Производство фосфорной кислоты на базе АО «Апатит»

1. Основная часть
1.1 Структура и общая характеристика производства
Акционерное общество «Апатит» осуществляет свою деятельность в соответствии с Гражданским кодексом Российской Федерации, Федеральным законом «Об акционерных об-ществах» и иными правовыми актами Российской Федерации. Компания создана Мурманским территориальным агентством Государственного комитета Российской Федерации по управле-нию государственным имуществом в соответствии с Указом Президента Российской Федера-ции от № 721 «Об организационных мерах по преобразованию государственных предприятий, добровольных объединений государственных предприятий в акционерные общества» от 1 июля 1992 года и является правопреемником государственного ПО «Апатит» имени С.М. Киров.
Компания зарегистрирована Постановлением главы администрации города Кировска Мурманской области № 160 от 11 мая 1994 года. Правовое положение общества, порядок его реорганизации и ликвидации, а также права и обязанности акционеров общества определяются Гражданским кодексом Российской Федерации, Федеральным законом «Об акционерных об-ществах» и другими федеральными законами, иными правовыми актами Российской Федера-ции, а также настоящим Уставом.
Уставный капитал общества составляет 2 079 017 (два миллиона семьдесят девять тысяч семнадцать) рублей и состоит из 6 237 052 (шесть миллионов двести тридцать семь тысяч пятьдесят две) обыкновенных акций и 2 079 016 (два миллиона семьдесят семь девять тысяч шестнадцать) привилегированных акций. акции, именные акции типа «А».
Акции ОАО «Апатит» на организованном рынке ценных бумаг не обращаются. Страте-гию развития и оперативное управление АО «Апатит» осуществляет управляющая компания ЗАО «ФосАгро АГ». Рассмотрим организационно-производственную структуру организации и отчетности, а также кратко поясним роли и обязанности этих подразделений. Организацион-ная структура компании основана на цеховом принципе.

1.2 Характеристика сырья, полупродуктов и готовой продукции
В природе известно более 120 минералов. Наиболее распространены и имеют промыш-ленное значение минералы апатитовой группы — фторапатит Ca10F2(PO4)6, гидрокисдапатит Ca10(PO4)6(OH)2, хлорапатит.

Фосфаты апатита включают минералы общей формулы Ca10R2(PO4)6, где R — F, Cl, OH.
Часть Ca в апатитах замещена Sr, Ba, Mg, Mn, Fe и трехвалентными редкоземельными элементами в сочетании с щелочными металлами.
Мощность пластов достигает 200 м. Содержащиеся в руде минералы различаются по своим физико-химическим и флотационным свойствам, что позволяет при флотации обога-щать полученный концентрат с содержанием целевого продукта 92-93%. Чистый фторапатит кальция содержит: 42,22% Р2О5; 55,6% CaO, 3,76% -F
По происхождению фосфаты бывают магматическими и осадочными. Магматические или собственно апатитовые породы образовались либо при непосредственном затвердевании расплавленной магмы, либо в отдельных жилах в процессе кристаллизации магматического расплава (гематитовые жилы), либо при отделении от горячих водных растворов (гидротер-мальные образования), либо при взаимодействии магма с известняком (контактная).
Апатитовые породы имеют зернистую крупнозернистую структуру и характеризуются отсутствием полидисперсности и микропористости. Осадочные фосфаты представляют собой фосфатные породы. Они образовались в результате выветривания горных пород, взаимодей-ствия с другими горными породами — и их отложения как в дисперсном состоянии, так и с об-разованием крупных навалов.
Фосфоритовые руды отличаются от апатитовых большой дисперсностью содержащихся в них фосфорных минералов и их строгим срастанием с сопутствующими минералами (приме-сями) Фосфориты быстрее растворяются в кислотах, чем апатиты. Крупнейшее в мире место-рождение апатита расположено в Хабинской тундре на Кольском полуострове. Мощность пла-стов достигает 200 м. Лучшим сырьем для получения экстракционной фосфорной кислоты яв-ляется апатитовый концентрат, содержащий 2 % R2O3 или 5 % от общего содержания P2O5. Он почти не содержит карбонатов. В результате на его разложение расходуется наименьшее (по сравнению с другими видами сырья) количество серной кислоты. Содержит сульфаты и фосфаты магния, железа и алюминия, нейтрализующие значительную часть (даже половину) фосфорной кислоты. Кроме того, из такого сырья можно извлечь на 3-6 % меньше P2O5, чем из апатитового концентрата. В основном это связано с ухудшением условий фильтрации и про-мывки фосфогипса, который выделяется из раствора в виде мелких кристаллов, через которые проникают примеси в виде мелких глинистых частиц.
Другие виды фосфоритов - пески (Актобинский, Щигровка), глауконитовые глины (Вят-ский, Рязано-Егорьевский) даже при обогащении современными методами для производства фосфорной кислоты в настоящее время не используются. Их можно использовать в смеси с апатитовым концентратом.

Количество добавляемого апатита должно обеспечивать такое соотношение R2O3:P2O5, которое позволяет проводить процесс с минимальными потерями.
1.3 Физико-химические основы производства
Фосфорная кислота производится двумя процессами:
а) «мокрый» процесс
б) термический процесс
Термический метод обычно производит более концентрированный и более чистый про-дукт, но является энергоемким (из-за производства самого фосфора). Кислота, производимая «мокрым» путем, менее чиста, но используется при производстве удобрений.
а) Мокрый процесс
Фосфорная кислота производится из фторапатита, известного как фосфатная порода, 3Ca3(СП4)2. Сумка2, путем добавления концентрированной (93%) серной кислоты в серию хо-рошо перемешанных реакторов. Это приводит к образованию фосфорной кислоты и сульфата кальция (гипса) плюс другие нерастворимые примеси. Добавляют воду и удаляют гипс путем фильтрации вместе с другими нерастворимыми материалами (например, кремнеземом). Фто-рид, как H2Снаряжение6, удаляется на дополнительном этапе путем испарения.
Хотя реакция происходит на стадиях с участием дигидрогенфосфата кальция, общая ре-акция может быть представлена как:

Однако существуют побочные реакции; например, с фторидом кальция и карбонатом кальция, присутствующими в породе:


Фторсилициловая кислота является важным побочным продуктом от этого и от произ-водства фтористого водорода. Он может быть нейтрализован гидроксидом натрия с образова-нием гексафторсиликата натрия. Кислота также используется для изготовления фторида алю-миния, используемого в свою очередь при изготовлении алюминия.

Кристаллическая структура образующегося сульфата кальция зависит от условий реак-ции. При 340-350 К основным продуктом является дигидрат, CaSO4.2H2O. При 360-380 К обра-зуется гемигидрат, CaSO4.1/2H2O.
Сульфат кальция отфильтровывается, а затем кислота концентрируется примерно до 56% P.2O5 с использованием вакуумной дистилляции.
Продукт из кислоты «мокрого процесса» является нечистым, но может быть использо-ван без дальнейшей очистки для производства удобрений (см. Ниже). В качестве альтернативы он может быть испарен дополнительно до 70% P2O5, раствор, называемый суперфосфорной кислотой, который используется непосредственно в качестве жидкого фертрилизатора.
Для получения промышленных фосфатов кислоту очищают экстракцией растворителем с использованием, например, метилизобутилкетона (MIBK), в котором кислота слабо раство-рима и концентрирована с получением 60% P2O5 содержание. Эта кислота может быть допол-нительно очищена с использованием растворителей для извлечения ее из тяжелых металлов и дефторирована (путем испарения) для получения продукта пищевого качества.
b) Термический процесс
Сырьем для этого процесса являются фосфор и воздух:

Первоначально фосфор распыляется в печь и сжигается на воздухе при температуре около 1800-3000 К.
В большинстве процессов используется негристый воздух, и многие из них включают добавление пара в фосфорную горелку для производства и поддержания пленки конденсиро-ванных полифосфорных кислот, которые защищают башню горелки из нержавеющей стали (внешне охлаждаемую водой). Продукты из башни горелки проходят непосредственно в гидра-тационную башню, где газообразный оксид фосфора поглощается в переработанной фосфор-ной кислоте:

Альтернативно, фосфор может быть сожжен в сухом воздухе. Пятиокись фосфора кон-денсируется в виде белого порошка и отдельно гидратируется в фосфорную кислоту.
Этот метод позволяет рекуперировать и повторно использовать тепло.
Горение и прямая гидратация, как описано ранее, создает высококоррозионные условия. Оборудование изготовлено из нержавеющей стали или облицовано углеродистым кирпичом. Чтобы уменьшить коррозию, стенки горелки и башен гидрататора охлаждаются, но продукты реактора выходят при температуре, слишком низкой для полезной рекуперации тепла.
Кислота продукта имеет концентрацию около 85%. Тетрафосфорная кислота, одна из семейства полифосфорных кислот, которые могут быть селективно получены, производится либо путем кипячения воды при высоких температурах в углеродном сосуде, либо путем до-бавления твердого пятиокиси фосфора к почти кипящей фосфорной кислоте. Первый способ обычно дает более чистый продукт, благодаря высокому содержанию мышьяка в пятиокисью фосфора.
Фосфаты
Соли фосфорной кислоты, фосфаты, являются соединениями, которые широко исполь-зуются в сельском хозяйстве, промышленности и в домашних условиях.
а) Фосфаты аммония
Моноаммонийдигидрофосфат и диаммонийгидрофосфат широко используются в каче-стве удобрений и производятся путем смешивания правильных пропорций фосфорной кислоты с безводным аммиаком во вращающемся барабане.
Выбор того, какой фосфат аммония использовать, зависит от пропорции азота и фосфо-ра, необходимых для урожая.
b) Фосфаты кальция
Фосфаты кальция широко используются в качестве удобрений. Дигидрофосфат кальция, Ca(H)2ПО4)2, образуется в результате реакции фосфатной породы с серной кислотой:

Это называется суперфосфатом. Содержит около 20% P2O5. Если фосфатную породу обрабатывать фосфорной кислотой, а не серной кислотой, получается более концентрирован-ная форма дигидрогенфосфата кальция с общим более высоким P.2O5 уровень (50%):

Это называется тройным суперфосфатом. Более высокий уровень фосфата достигается потому, что продукт больше не разбавляется сульфатом кальция.
с) Фосфаты натрия
Фосфаты натрия получают реакцией фосфорной кислоты и концентрированного раство-ра гидроксида натрия в соответствующих (стехиометрических) пропорциях. Продукт кристал-лизуется.
• Мононатрий дигидрогенфосфат (MSP,2ПО4) используется в составах для очистки металлов и подготовки поверхности, в качестве источника фосфатов в фармацевтическом про-изводстве, а также в качестве агента контроля рН в зубных пастах, в покрытии стекловидной эмали (сантехника) и в производстве фосфатов крахмала. Одним из самых больших примене-ний является лечение плюмбосольвента в питьевой воде. Либо фосфорная кислота, либо MSP могут быть использованы для получения тонкого нерастворимого покрытия фосфата свинца на свинцовых трубах, чтобы предотвратить растворение свинца кислотами в воде.

• Динатрийгидрофосфат (Na2Наряд на кухню4) используется в качестве смягчаю-щего агента в плавленых сырах, в эмали и керамических глазурях, в дублении кожи, в произ-водстве красителей и в качестве ингибитора коррозии при обработке воды.
• Тринатрийфосфат (Na3ПО4) используется в сверхпрочных очищающих сред-ствах, например, в обезжиривающей стали. Он является щелочью и секвестром для ионов каль-ция, удерживая их в растворе и предотвращая образование накипи.
• Динатрия пирофосфат (Na2H2P2O7) используется в качестве разрыхлителя в хле-бе/пирожных (он способствует высвобождению углекислого газа из пищевой соды), в качестве подавителя оксида железа (эффект затемнения или потемнения) при производстве различных пищевых продуктов и в качестве диспергатора в буровом растворе нефтяных скважин.

1.4. Принципиальная технологическая схема производства продукта и ее описание
Производство фосфорной кислоты дигидратным и полугидратным методами
Существуют различные способы получения фосфорной кислоты разной концентрации с выделением дигидрата сульфата кальция. Наиболее удобна классификация и оценка разных способов в зависимости от концентрации получаемой кислоты, так как именно она — основ-ной показатель качества продукции и один из главных технологических параметров, опреде-ляющих все другие — температуру, длительность взаимодействия реагентов, форму и филь-трующие свойства выделяющихся кристаллов сульфата кальция и т. п.
В настоящее время дигидратным способом производят Н3РО4 с содержанием 20−25% Р2О5 (обычно из низкосортного сырья — бедных фосфоритов) и 30−32% Р2О5 (из высококаче-ственного сырья — апатитового концентрата).
При получении кислоты, содержащей 30−32% Р2О5 полугидратно-дегидратным спосо-бом, процесс осуществляют в две стадии. Первую стадию — разложение фосфата — проводят при таких условиях, когда сульфат кальция выделяется в виде относительно устойчивого полу-гидрата, не оводняющегося в процессе экстракции до гипса. Во второй стадии выделившийся полугидрат, не отделенный от жидкой фазы, перекристаллизовывают в реакционной пульпе в дигидрат в присутствии затравочных кристаллов гипса с выделением крупных, хорошо обра-зованных и быстро фильтрующих кристаллов. На второй стадии отделившийся полугидрат, не отделившийся от жидкой фазы, перекристаллизовывают в реакционной массе в дигидрат в присутствии зародышей гипса с выделением крупных, хорошо образованных и быстро филь-трующихся кристаллов.