ТЕХНОЛОГИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

ТЕХНОЛОГИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Е. А. Орлов, Н. Н. Треущенко, Б. А. Копылев, Г. В. Бельченко, О. В. Швецов

Ранее проведенные лабораторные исследования [1, 2] по обезмагниванию доломитизированных фосфоритов Кара - тау и Кингисеппа сернистым газом выявили возможность проведения как отдельного процесса декарбонизации с по­лучением фосфатного продукта, пригодного для использова­ния в производстве высококачественной фосфорной кислоты и аммофоса, так и совмещенного процесса обезмагнивания и очистки отходящих газов сернокислотного производства.

С целью отработки технических условий процесса обез­магнивания фосфорита Каратау и Кингисеппа с использова­нием отходящих сернистых газов проведено лабораторное исследование по определению влияния различных техноло­гических параметров (температуры, продолжительности об­работки, количества ступеней контактирования) и состава газовой и жидкой фаз на показатели процессов обезмагни­вания фосфорита и абсорбции двуокиси серы.

Опыты проводили в лабораторном одно - и двухполочном пенном аппарате (0 38 мм) при температуре 60—75°С, про­должительности обработки суспензии от 10 до 30 мин, ско­рости газа 0,5—1,3 м/с, концентрации двуокиси серы в га­зовой смеси 0,082—0,495%, норме SO2 в расчете на карбо­наты исходного фосфорита-—100%, концентрации кислорода в газе 8—20%.

В качестве исходных применяли водные и солевые (0—20% MgS04) суспензии (Ж:Т=2: 1-М: 1) фосмуки Ка­ратау месторождения Аксай, содержащей 24,3% Р2О5, 40% СаО, 3,35% MgO, 8,01% С02 или Кингисеппского флото - концентрата, содержащего 26,97% Р2О5, 42,7% СаО, 2,96% MgO, 7,5% C02l 1,12% Fe203.

Диапазон температур выбран на основе полученных нами ранее данных [2] и объясняется следующими сообра­жениями.

Известно, что повышение температуры благоприятно влияет на скорость процесса окисления S02 в жидкой фазе [3]. С другой стороны, это повышение приводит к уменьше­нию растворимости кислорода и S02. В зависимости от пре­обладания того или иного фактора процесс абсорбции с по­вышением температуры может улучшаться или ухудшаться.

Растворимость S02 уменьшается при увеличении темпе­ратуры от 40 до 75 °С ~ в 2—2,5 раза, а кислорода ~ в 1,3 раза, т. е. с повышением температуры величина от­ношения концентраций кислорода и S02 в жидкой фазе уве­личивается.

В связи с тем, что при абсорбции S02 с одновременным ее окислением (т. е. в сульфатном режиме) процесс не зави­сит от концентрации S02, а определяется концентрацией кислорода и, в конечном счете, его растворимостью, увеличе­ние соотношения Со3: Cso2 будет способствовать ускорению процесса в целом.

На основании этого сделано заключение, что на степень абсорбции S02 оказывает воздействие не столько концентра­ция S02 и кислорода в газовой фазе, сколько их концентра­ционное соотношение Со,(г): Csoa(r>- С его увеличением соответственно возрастает это соотношение в жидкой фазе. Этим, по-видимому, и обусловливается увеличение степени абсорбции S02 при возрастании температуры в диапазоне от 20 до 75 °С, о чем свидетельствуют ранее полученные данные [1].

Как видно из рис. 1, при постоянной температуре (75 °С) увеличение отношения Со,'. Cso3 в газе в 3—4 раза незначи­тельно сказывается на степени абсорбции S02 (опыты про­ведены на Кингисеппском флотоконцентрате).

Степень поглощения S02 водной суспензией фосфорита Каратау при 60—75°С и 20%-ной концентрации кислорода в газе на одной полке пенного аппарата составляет 75—80% (кривая 1, рис. 2), а концентрация S02 на выходе-»-0—0,13% в зависимости от начальной концентрации S02.

При уменьшении концентрации кислорода в газе до 8% степень абсорбции снижается в 1,2—1,4 раза (кривая 2, рис. 2).

60 -

Г » « » »

Рис. 1. Влияние отношения концентраций кислорода и двуокиси серы в газе на степень абсорбции S02

Рнс. 2. Влияние концентраций кислорода и дву - окйси серы на степень абсорбции S02: 1 — 20% 02 однополочный пенный аппарат; 2 — 8% Oj однополочный пенный аппарат; 3 — 20% 02 двух - полочный пенный аппарат; 4 — 8% 02 двухполоч - ный пенный аппарат

Применение двухполочного пенного аппарата позволяет увеличить степень абсорбции S02 при использовании газов, содержащих 0,1—0,5% S02 и 20% кислорода, до 85—95%, а при работе с газом, имитирующим состав отходящих газов сернокислотного производства, до 70—75% (кривые 3 и 4, рис. 2).

Уабс =f/CSQ, «ач

Зависимость концентрации двуокиси серы в газе, выхо­дящем из аппарата, от начальной концентрации S02 выра­жается прямой линией (кривая /, рис. 3). Это позволяет осуществить расчеты по определению необходимого коли­чества ступеней контактирования для достижения высокой степени абсорбции при различных начальных концентрациях S02.

Так, при Cso вход. =0,2%, Wr=l,0 м/с и степени погло­щения S02 ~ 75% концентрация S02 после первой ступени контактирования будет составлять 0,2(1—0,75) =0,05%, а после второй ступени 0,05(1—0,75) =0,0125%, что соответст­вует усредненным значениям, полученным при проведении лабораторных исследований.

При поглощении двуокиси серы водными суспензиями доломитизированных фосфоритов во всем диапазоне кон­центраций SOz (0,082—0,495%) и кислорода (8—20%) в газовой смеси наблюдаются 100%-ная степень окисления абсорбированной двуокиси серы и высокая скорость абсорб­ции.

Скорость поглощения S02 зависит в основном от вели­чины движущей силы абсорбции. Об этом свидетельствует характер зависимости Vaac=dCldx=f(Cso вход.)» представ­ленной на рис. 3 (кривая 2).

Коэффициент абсорбции двуокиси серы возрастает при увеличении скорости газа в аппарате от 1,5 до 3,0 м/с (со­гласно ранее проведенным опытным исследованиям), от 4000 до 6000—8000 м/ч, что в 2—4 раза превосходит показа­тели абсорбции S02 водой.

На скорость процесса обезмагнивания фосфорита, на­ряду с изучавшимся ранее влиянием температуры и состава газовой фазы [2], большое воздействие оказывает продол­жительность обработки суспензии в пенном аппарате.

Так, за 10 мин при температуре 75°С и Со„ =20% из фосмуки Каратау извлекается 33% MgO и 35% С02, а за 30 мин — 66% MgO и 67,3% С02. При снижении концентра­ции кислорода в газовой смеси до 8% Для достижения рав­ноценных показателей требуется увеличение продолжитель­ности обработки в 1,3—1,5 раза, т. е. до 40—45 мин. В обез - магненном фосфорите при этом остается 1—1,4% MgO (т=20—30 мин). Вследствие проведения процесса при доста­точно высоких значениях рН (~3—3,8) извлечения P2Os ъ жидкую фазу практически не наблюдается.

В специальной серии опытов изучали влияние состава жидкой фазы на показатели процессов окисления и абсорб­ции S02 и обезмагнивания фосфоритов.

Повышение концентрации сульфата магния в растворе от 1 до 20% приводит к значительному снижению величины активности водородных ионов (ан.+), рассчитанной на основе значений рН раствора: ан+=—lg[H+].

Присутствие в растворе 3—8% MgS04 практически не сказывается на величине «н+ и степени окисления, состав­ляющей 100%- *

При концентрации сульфата магния выше 10% величина gh+ составляет лишь Ю-5 г-ион/л, а в жидкой фазе обнару­живаются сульфит-ионы, что свидетельствует о неполном окислении S02.

При этом соответственно наблюдается снижение ~ в 1,5—2,5 раза степени обезмагнивания фосфорита (рис. 1). Очевидно, оптимальным диапазоном для ведения процесса обезмагнивания является рН=3—4, что соответст­вует величине 10~3—10-4 г-ион/л. Выход за пределы этого диапазона ведет либо к значительному замедлению

Ь

Процесса обезмагнивания, либо к снижению селективности процесса, выражающемуся в извлечении части Р2О5 в рас­твор.

Использование метода полного факторного эксперимента позволило вывести уравнения регрессии, справедливые в ис­следованном температурном и концентрационном диапазоне: /(х,)=60—75 °С, T(xj= Ю-30 мин, Со, ^ =8—20%; CMbso<№)=0—10%.

В частности, для Кингисеппского флотоконцентрата при Wr=0,7 м/с:

Г)мво=35+4 (х,) +10 (х2) +12 (ж3) —4 (х4); т]со, = 32+3 (х,) +11 (х2) + 6 (х3) —4 (х4).

Таким образом, проведенные нами исследования пока­зали возможность достижения высоких показателей абсорб­ции S02 (~70—80%) и обезмагнивания фосфорита (~70%У при обработке водных суспензий фосфоритов Каратау в

Кингисеппа двуокисью серы в однополочном пенном аппа­рате в течение 20—30 мин при 60—75 °С, норме S02 — 100%, концентрации кислорода — 20%.

Применение двухполочного пенного аппарата и увеличе­ние продолжительности обработки до 40—50 мин обеспечи­вает достижение подобных показателей абсорбции и обез- магнивания при использовании газа с низким содержанием кислорода (8—10%) и солевых суспензий фосфорита (10— 15%-иого раствора MgS04).

Полученные данные могут быть использованы при про­верке метода сернокислотного обезмагнивания в опытах и опытно-промышленных масштабах.