Спосіб перероблення важкорозчинної калійно-магнієвої руди

Реферат: UA 87872 U UA 87872 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до хімічної технології неорганічних речовин, зокрема технологій кислотного перероблення важкорозчинних калійно-магнієвих руд у добрива. Відомий спосіб перероблення важкорозчинної калійно-магнієвої руди [Патент № 25143 України. МПК C05D 1/00; C05D 5/00. Опубл. 25.07.2007; Бюл. № 11], який включає розклад руди, відмитої від хлоридних мінералів, у розчині хлоридної кислоти, фільтрування нерозчинного залишку і оброблення розчину водно-органічним реагентом (ацетоном або етанолом) з одержанням добрива, його наступним фільтруванням і сушінням. Проте цей спосіб через використання хлоридної кислоти дає змогу отримати лише просте калійно-магнієве добриво. Найближчим за технічною суттю є спосіб (Патент № 48934 України. МПК C05D 1/00; C05D 5/00; С05В 11/00. Спосіб перероблення важкорозчинної калійно-магнієвої руди / Т.В. Перекупко, О.М. Басіста. Опубл. 12.04.2010; Бюл. № 7], який включає розклад руди, відмитої від хлоридних мінералів, у розчині фосфатної кислоти, фільтрування нерозчинного залишку і оброблення розчину реагентом з одержанням добрива, його наступним фільтруванням і сушінням. Як реагент використовують водний розчин аміаку, після оброблення розчину яким відфільтровують амонію-магнію фосфат гексагідрат, відфільтрований розчин випарюють і охолоджують з одержанням NPK-добрива. 2+ Однак згідно з цим способом усі іони Mg і більша частина іонів амонію і фосфату в розчині під час нейтралізації його аміаком зв'язуються у вигляді нерозчинного у воді амонію-магнію фосфату гексагідрату, який як добриво має обмежене застосування. Окрім того, повністю виділити амонію фосфати в тверду фазу з відфільтрованого розчину можна лише за умови його повного висихання, що зумовлює підвищені енергетичні витрати на здійснення процесу. Недоліком способу є також високий вміст амонію сульфату в одержаному добриві (42,15 % у розрахунку на суху речовину), що істотно погіршує якість продукту, оскільки ця сіль, хоча і містить поживний елемент - Нітроген, але є фізіологічно кислою. Відтак внесення такого добрива зумовлюватиме істотне підкислення ґрунтів. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий спосіб перероблення важкорозчинної калійно-магнієвої руди, в якому застосування двох реагентів і здійснення нових стадій процесу забезпечило б одержання добрив високої якості - безхлоридного калійномагнієвого (калімагнезії) і амонію гідрогенфосфату (діамофосу). Поставлена задача вирішується тим, що у способі перероблення важкорозчинної калійномагнієвої руди, який включає розклад руди, відмитої від хлоридних мінералів, у розчині фосфатної кислоти, фільтрування нерозчинного залишку, оброблення розчину реагентом з одержанням добрива, його наступним фільтруванням і сушінням, згідно з корисною моделлю, як реагент спочатку використовують водний розчин ізопропілового спирту, яким обробляють розчин у масовому співвідношенні 3:1 з одержанням безхлоридного калійно-магнієвого добрива (калімагнезії), відфільтрований розчин розділяють на спиртову і водну фази, водну фазу повертають на оброблення водним розчином ізопропілового спирту, а із спиртової фази відганяють ізопропіловий спирт, після чого розчин, що залишається після відгонки, обробляють другим реагентом - водним розчином аміаку за мольного співвідношення NH3:H3PO4=2,5:1 з одержанням амонію гідрогенфосфату (діамофосу). Оброблення розчину двома різними реагентами у зазначених умовах здійснення процесу підвищує якість отриманих добрив. Після оброблення розчину водним розчином ізопропілового спирту в тверду фазу виділяють понад 84 % калію сульфату і 43 % магнію сульфату. Оброблення водним розчином ізопропілового спирту цього розчину разом з водною фазою, яку повертають у процес, підвищує ступені виділення сульфатів у тверду фазу, а саме: калію сульфату - до 96 % і магнію сульфату - до 94 %. Виділення в тверду фазу більшої частини сульфатів від їх вмісту в розчині запобігає утворенню великої кількості нерозчинного амоніюмагнію фосфату гексагідрату і фізіологічно кислого амонію сульфату під час оброблення розчину водним розчином аміаку та кристалізації цих солей разом з амонію гідрогенфосфатом (діамофосом). Запропонований спосіб простий в апаратурному оформленні і не потребує великих витрат енергії, оскільки всі його стадії здійснюють за кімнатної температури, а для відгонки ізопропілового спирту з розчину необхідні значно нижчі витрати теплоти порівняно з випарюванням води до повного висихання розчину. Нижче наведено приклад здійснення запропонованого способу перероблення важкорозчинної калійно-магнієвої руди у зазначені добрива. Приклад. 1,00 кг важкорозчинної калійно-магнієвої руди, попередньо відмитої від хлоридних + + 2+ 2+ 2мінералів, складу (мас. %): К 12,74; Na 3,06; Са 0,48; Mg 8,97; SO4 56,72; Сl 1,74; н. з. 3,4; Н2Окрист. 1,18, вологість 11,71, розкладали у 3,00 кг водного розчину фосфатної кислоти. 1 UA 87872 U + 5 10 15 20 25 Суспензію після розчинення розфільтрували, одержали 3,81 кг розчину складу (мас. %): К 3,14; + 2+ 2+ 2Na 0,80; Са 0,02; Mg 1,82; SO4 12,26; Сl 0,45; Н3РО4 11,77; Н2О 69,74 і 0,19 кг нерозчинного залишку. До відфільтрованого розчину додали 88 % водний розчин ізопропілового спирту у масовому співвідношенні 1:3. Унаслідок висолювальної дії спирту в тверду фазу протягом 40 хвилин виділилося 0,56 кг калійно-магнієвих солей, після фільтрування і сушіння яких отримали добриво складу (мас. %): К2О 31,2; MgO 14,0; Сl - сліди (у розрахунку на суху речовину), вологи - не більше 12 мас. %, яке повністю відповідає вимогам чинних ТУ 6-05743160.002-94 до калімагнезії марки А. Відфільтрований розчин розшаровується на дві фази: 13,62 кг спиртової (верхньої) і 1,06 кг водної (нижньої). Водну фазу, яка містить (мас. %): K2SO4 5,87; MgSO4 19,20; Н3РО4 4,55, повертають на оброблення водним розчином ізопропілового спирту. Спиртова фаза містить (мас. %): K2SO4 0,074; MgSO4 0,135; Н3РО4 2,98. Ступінь вилучення фосфатної кислоти в спиртову фазу становить 90,18 %. Із спиртової фази відганяють 10,30 кг конденсату з густиною 3 0,820 г/см , що за масовим складом відповідає 88 % водному розчину ізопропілового спирту, який повертають на оброблення відфільтрованого розчину для виділення в тверду фазу калійно-магнієвих солей. Розчин, одержаний після відгонки, який містить (мас. %): K2SO4 0,44; MgSO4 0,81; NaCl 1,28; Н3РО4 18,09; ізопропілового спирту 0,22; Н2О 79,16, обробили 20 % водним розчином аміаку за мольного співвідношення NH3:Н3РО4=2,5:1. Унаслідок цього в тверду фазу виділилося 0,72 кг осаду складу (мас. %): (NH4)2HPO4 74,70; NH4MgPO4•6H2O 2,86; Na3PO4 0,78; NaCl 0,15; Na2SO4 0,13; K2SO4 0,04; H2Oгігр 21,34, після фільтрування і сушіння якого отримали добриво, яке містить (мас. %): N 20,15; P2O5 52,01; H2Oгігр 1,00, і повністю відповідає вимогам чинних технічних умов ТУ У6-14005076.055-2000 до амонію гідрогенфосфату (діамофосу). У табл. 1 наведено дані досліджень процесу оброблення розчину масою m1 88 % водним розчином ізопропілового спирту масою m2. Таблиця 1 Результати досліджень процесу оброблення фосфатнокислотного сольового розчину 88 % водним розчином ізопропілового спирту за різних масових співвідношень між ними Вихід осаду з розчину, % m2:m1 1:1 1,5:1 2:1 2,5:1 3:1 30 35 за K2SO4 за MgSO4 за масою 53,5 73,0 79,0 81,6 84,3 27,8 36,1 39,0 41,1 43,2 9,51 11,81 13,00 14,26 14,74 Склад осаду, мас. % Шеніт K2SO4• Епсоміт Гіпс MgSO4• MgSO4•7H2O CaSO4•2H2O 6H2O 92,82 4,40 0,80 93,80 3,54 0,60 94,47 2,46 0,52 94,88 2,02 0,39 94,88 3,18 0,36 Н3РО4 Вологість 0,38 0,18 0,08 0,22 0,17 1,60 2,00 2,47 2,49 1,41 Як видно з наведених даних, вихід осаду за калію і магнію сульфатами та масою зростає із збільшенням маси доданого 88 % водного розчину ізопропілового спирту. За співвідношення m2:m1 = 3:1 вихід осаду максимальний, а вміст шеніту в ньому досягає 94,88 %. Збільшення співвідношення m2:m1 понад 3,0 є, очевидно, недоцільним, оскільки великі обсяги відфільтрованих при цьому маточних розчинів будуть потребувати значних енергетичних витрат на відгонку з них ізопропілового спирту. Результати досліджень оброблення розчину, одержаного після відгонки ізопропілового спирту, 20 % водним розчином аміаку за різних мольних співвідношень NH3:H3PO4 наведені в табл. 2. 2 UA 87872 U Таблиця 2 Результати досліджень процесу оброблення розчину 20 % водним розчином аміаку за різних мольних співвідношень NH3:H3PO4 ЗначеNH3: ння рН Н3РО4 розчину 1,3:1 2,0:1 2,2:1 2,3:1 2,5:1 5 10 15 7,0 8,0 9,0 9,5 10,0 Ступінь Вихід вилучення з Склад одержаного осаду, мас. % осаду, г розчину, % із 100 г NH4MgPO4• (NH4)2 (NH4)2 розчину NH4+ РО43K2SO4 Na2SO4 NH4H2PO4 Na3PO4 NaCl H2Oгігр 6H2O HPO4 SO4 2,83 3,20 3,69 56,96 0,11 0,43 4,91 3,89 0,46 33,24 4,37 3,05 5,50 56,45 0,13 0,49 0,39 3,08 0,21 39,25 6,67 39,79 47,38 10,21 0,04 0,21 74,99 0,02 14,53 12,64 67,25 79,06 3,98 0,07 0,28 74,53 0,50 20,64 21,67 76,10 100,00 2,86 0,04 0,13 74,70 0,78 0,15 21,34 Як свідчать наведені результати досліджень, за мольних співвідношень NH3:H3PO4=1,3…2,0 (рН розчину 7,0…8,0) в тверду фазу виділяються осади амонію-магнію фосфату гексагідрату в суміші з невеликою кількістю амонію дигідрогенфосфату та амонію гідрогенфосфату. Вологість одержаних осадів через їх дрібнодисперсність значна і становить 33…39 %. Виходи осадів + 3невисокі (2,8…4,4 г із 100 г розчину), ступені вилучення іонів NH і РО4 з розчину теж дуже низькі і не перевищують 3,0…5,5 %. Із збільшенням кількості доданого аміаку вихід осаду + 3стрімко зростає, також суттєво підвищуються ступені вилучення іонів NH4 і РО4 . За рН = 10,0 2(мольне співвідношення NH3:H3PO4=2,5:1) іони Н2РО4 і НРО4 в розчині відсутні, тобто досягається повне вилучення фосфатів в осад, який містить 74,70 % амонію гідрогенфосфату. Тому саме це мольне співвідношення між аміаком і фосфатною кислотою (NH3:H3PO4=2,5:1) слід вважати необхідним. На кресленні зображена принципова схема перероблення важкорозчинної калійно-магнієвої руди у добрива запропонованим способом. Запропонований спосіб дає змогу одержати два кондиційних добрива - калійно-магнієве (калімагнезію) і азотно-фосфорне (діамофос). У запропонованому способі передбачено використання водного розчину ізопропілового спирту в замкненому циклі, що забезпечує екологічну завершеність процесу. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб перероблення важкорозчинної калійно-магнієвої руди, що включає розклад руди, відмитої від хлоридних мінералів, у розчині фосфатної кислоти, фільтрування нерозчинного залишку, оброблення розчину реагентом з одержанням добрива, його наступним фільтруванням і сушінням, який відрізняється тим, що як реагент спочатку використовують водний розчин ізопропілового спирту, яким обробляють розчин у масовому співвідношенні 3:1 з одержанням безхлоридного калійно-магнієвого добрива (калімагнезії), відфільтрований розчин розділяють на спиртову і водну фази, водну фазу повертають на оброблення водним розчином ізопропілового спирту, а із спиртової фази відганяють ізопропіловий спирт, після чого розчин, що залишається після відгонки, обробляють другим реагентом - водним розчином аміаку за мольного співвідношення NH3:H3PO4=2,5:1 з одержанням амонію гідрогенфосфату (діамофосу). 3 UA 87872 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4