slide đồ án nhập môn

Tinh chế và sản xuất axit photphoric
theo phương pháp trích ly

Người bảo vệ: Đặng Văn Quý
Lớp:

KTHH 4

Khóa:

K56


NỘI DUNG
1. Tình hình hiện nay
2. Phương pháp sản xuất axit
3. Một số phương pháp tinh chế axit photphoric

4. Công nghệ sản xuất axit photphoric(theo phương pháp trích ly)

5. Những ứng dụng của axit photphoric


1. Tình hình sản xuất và
tiêu thụ H3PO4 hiện nay


Bảng 1. Tỷ lệ sử dụng axit photphoric sạch tại một số quốc gia và khu vực

Sản phẩm

EU

Nhât Bản

Mỹ

Xử lý kim loại

-

-

25

Xử lý nước

-

-

20

40

32

-

-

-

15

Thức ăn khoáng cho gia súc

22

13

-

Các ngành khác

38

55

40

Sản xuất Natri Tripolyphotphat

Công nghệ thực phẩm


Bảng 2. Tình hình sản xuất các sản phẩm chứa lân ở

Tên sản

Trung Quốc (Đơn vị:1000 tấn P 2O5/năm)

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Axit photphoric

4.101

4.080

4.610

4.793

5.093

5.374

5.374

DAP

2.287

2,287

2.487

2.671

2.921

3.142

3.142

MAP

1.062

1,062

1.338

1.338

1.338

1.338

1.338

TSP

115

115

115

115

115

115

115

NPK

1.735

1.758

1.758

1.758

1.758

1.958

1.958

phẩm


2.Phương pháp sản xuất axit H3PO4 hiện nay


Hiện tại axit photphoric sạch được sản xuất theo 2
phương pháp:

+ Đi từ photpho vàng nhiệt điện (H3PO4
nhiệt)

+ Axit được tinh chế từ axit photphoric trích li (H3PO4 tinh
chế)


Sản lượng axit sạch trên thế giới khoảng hơn 2,2 triệu
tấn/năm, trong đó axit tinh chế từ H3PO4 trích li chiếm 1,7
triệu tấn/năm


Bảng 3: Bảng tỷ lệ sử dụng axit của các quốc gia
trên thế giới
Các vùng

H3PO4 nhiệt luyện

H3PO4 trích li

Bắc Mỹ

86

14

Tây Âu

31

69

Châu Á

49

51

Châu Phi

24

76

Mỹ La Tinh

52

48

Châu Đại Dương

26

74


3. Một số phương pháp
tinh chế axit photphoric trích ly


+Phương pháp trao đổi ion hấp phụ

+Phương pháp trung hòa và kết tủa tạp chất

+Phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ


Phương pháp trao đổi ion hấp phụ
Tách loại tạp chất anion trong axit photphoric trích ly

Khi tồn tại đồng thời của nhiều anion tạp chất trong axit photphoric thì khả năng hấp thụ của các anion sẽ giảm theo dãy
223NO > SiF
> SO
> PO .
3

6
4
4

Ở giai đoạn đầu, flo trong axit photphoric được loại bằng cách kết tủa dạng Na SiF .Lượng flo trong axit giảm 0,2 - 0,4%.
2 6
Sau đó tiếp tục tinh chế bằng anionit. Lượng flo sau khi tinh chế không quá 0,006%.

Một phương pháp đơn giản cũng dùng để loại flo là cho kết hợp cô đặc axit photphoric trích ly và hấp phụ bằng than hoạt
tính, sau đó loại anion sunfat bằng stronti cacbonat. Bằng phương pháp này có thể thu được các loại sản phẩm axit sạch với
hàm lượng tạp chất như ở bảng 4:


Bảng 4:Bảng hàm lượng tạp chất sau khi tinh chế

 Hàm lượng
P2O5

F

SO4

SiO2

Al2O3

Fe2O3

Axit Kỹ thuật

39

0,052

0,12

1,35

0,017

0,02

Axit tinh chế

54

0,008

0,01

0,017

0,0075

0,007

   tạp chất (%)
Loại axit

Tách các tạp chất cation trong axit photphoric trích ly

Các tạp chất canxi, magiê có trong axit photphoric trích ly nếu không được loại bỏ thì quá
trình cô đặc axit sẽ gặp khó khăn do độ nhớt và điểm sôi tăng cao.

Để loại bỏ magiê, người ta dùng cationit, thí dụ như loại bỏ cationit KY - 2. Khi đó, canxi bị
loại hoàn toàn còn magiê giảm xuống tới 0,14% và có thể cô đặc axit tới 60 - 65% P O .
2 5


Phương pháp trung hòa và kết tủa tạp chất
Khi cô đặc axit, dùng natri sunfit để khử các cation kim loại nặng và bari cacbonat để kết tủa ion
sunfat.

Người ta dùng SiO2 hoạt tính để phản ứng với ion Flo trong axit thành SiF4 chuyển vào pha khí.

Tuy nhiên phương pháp này không loại triệt để được các tạp chất và chỉ được dùng để loại sơ bộ
hay áp dụng cho trường hợp điều chế axit photphoric ở mức độ sạch không cần quá cao như sản xuất
natritripolyphotphat dùng chất tẩy rửa tổng hợp.


Phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ
+ Ưu điểm: là tính chọn lọc cao, có thể tiến hành quá trình liên tục, tự động hoá cao.

+ Nhược điểm: là khả năng dễ gây cháy nổ bởi tác nhân chiết hữu cơ.

Có thể chia ra hai phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ:

+) phương pháp chiết thuận

+) phương pháp chiết ngược


Phương pháp chiết thuận
+)Tinh chế H PO bằng RIP: Khi bổ sung rượu vào axit photphoric trích ly các tạp chất vô cơ sẽ tách ra ở dạng kết tủa
3 4 
nhầy (gel), khó tách loại bằng phương pháp cơ học. Để dễ tách kết tủa gel người ta điều chỉnh môi trường chiết bằng kiềm
(NaOH, NH , sođa).
3

+)Hiện nay người ta quan tâm nhất là dung môi hữu cơ photpho hữu cơ. H PO khan hoàn toàn trộn lẫn với
3 4
tributylphotphat (TBP). Khi đó, tạo thành phức 3 TBP. H PO .6H O. Mặc dù TBP đắt hơn rượu RIP nhưng tái sinh khá đơn
3 4 2
giản.

Tác nhân chiết tốt hơn cả là dung dịch TBP trong kerosin (dầu hỏa) và hexan.

- Ưu điểm: độ hoà tan của tác nhân chiết trong pha nước thấp và dễ tái sinh.

- Nhược điểm: làm sạch không cao và còn phải xử lý sơ bộ axit H PO để ngăn ngừa tạo thành gel H SiO .
3 4
2
3


Phương pháp chiết ngược
+) Ưu điểm:Phương pháp này kinh tế hơn vì giảm chi phí và giảm tổn thất dung môi

+) Nhược điểm: đòi hỏi những dung môi có tính chọn lọc cao với các tạp chất.

Để tách tạp chất người ta thường dùng amin có khối lượng phân tử lớn và các hợp chất amin bậc bốn.

+) Về nguyên lý cơ chế của quá trình cũng tương tự như chiết H3PO4 thuận nghĩa là cũng tạo thành solvat-hydrat .

Tác nhân chiết tốt được dùng là trialkylamin do dung môi này không đắt và sản phẩm chấp nhận được.
Gần đây phổ biến là dùng photphinoxit và triển vọng hơn cả là photphinoxit.


4. Công nghệ sản xuất axit photphoric trích ly


1.Cơ sở của phương pháp

•Thành phần của quặng photphat:
Ca F(PO ) ; CaCO Al O ; Fe O ; MgCO ; SiO …
5
43
3; 2 3
2 3
3
2

• Lượng pha rắn:
+ CaSO

4

+ Khoáng chưa bị phân hủy
Khi có mặt của axit H PO :

3 4

•

Ca F(PO ) +5H SO +nH PO +aq
5
43
2 4
3 4

(n+3)H PO +5CaSO . H O + HF + aq
3 4
4 2

•Phản ứng của các tạp chất trong quặng:
CaCO + H SO + aq
3
2 4

CaSO .nH O + CO
4 2
2


*Với quặng Dolomit:

2MgCa(CO ) +3H SO +2H PO + aq
32
2 4
3 4

SiO + 4HF
2

SiF

SiF4 + 2HF

Fe2O3 + H2SO4

Al2O3 + 3 H2SO4

4

2CaSO .2H O +MgSO +Mg(H PO ) +4CO +aq.
4 2
4
2 42
2

+ 2H O
2

H2SiF6

Fe2(SO4)3 +3H2O

Al2 (SO4)3 + 3H2O

2.Nguyên liệu chính
Nguyên liệu và hóa chất chính để sản xuất axit photphoric
(42%P2O5) gồm:

+ Quặng photphat(apatit) 32% P O
2 5

+ Axit sunfuric nồng độ 98%


3.Các thiết bị sản xuất axit
TT

Tên thiết bị

Kiểu

Vật liệu

1.

Thiết bị phản ứng

Hình trụ

Thép có bọc vật liệu chịu axit

2.

Thiết bị lọc

Bể nhiều ngăn

Vật liệu chịu axit

3.

Thiết bị cô đặc axit

Hình trụ

Vật liệu chịu axit

4.

Bun ke quặng

Hình trụ đứng

Thép cacbon

5.

Bơm bùn

Ly tâm đứng

Thép cacbon

6.

Bơm cấp bùn

Ly tâm trụ

Gang

7.

Thùng chứa bùn quặng

Hình trụ thẳng đứng

Thép cacbon

8.

Máy khuấy

Mái chèo 3 tầng

Thép cacbon

9.

Bể chứa bùn quặng

Hình chữ nhật

Bê tong

10.

Thùng lường

Hình côn đứng

Thép cacbon

11.

Thùng sục bùn

Hình trụ đứng

Thép cacbon

12.

Băng tải cân quặng

Cân định lượng hằng số

Thép cacbon +băng cao su

13.

Máy trộn sơ bộ

Hình trụ đứng

Thép cacbon


4.Quy trình sản xuất
Công nghệ sản xuất H3PO4 trích ly có thể thực hiện theo một trong 5 dạng cơ bản :

1/ Quy trình đihyđrat (DH) nồng độ sản phẩm 27 - 30% P O
2 5

2/ Quy trình tái kết tinh hemihyđrat (HRC), nồng độ sản phẩm 27 - 3 1% P O
2 5

3/ Quy trình đi/hemihyđrat (DHH), nồng độ sản phẩm 32 - 37% P O
2 5

4/ Quy trình hemihyđrat (HH), nồng độ sản phẩm 40 - 48% P O
2 5

5/ Quy trình hemi/dihyđrat (HDH), nồng độ sản phẩm 40 - 50 P O
2 5


Các công đoạn sản xuất
- Công đoạn 1: Chuẩn bị bùn quặng
Quặng phophat được đưa tới hố bùn quặng qua cân cấp lượng không đổi.Trong hố quặng photphat được trộn với nước để
chuẩn bị bùn quặng với nồng độ 40% trọng lượng.

- Công đoạn 2: Phân hủy
Quặng phophat được cấp vào thiết bị trộn sơ bộ và bị phân hủy 1 phần bằng axit H SO được pha loãng từ ( 98% đến 70%

2 4
trọng lượng) và axit H PO lấy ra từ công đoạn lọc.Bùn phophat trên và hỗn hợp axit được chuyển tới thiết bị phân hủy
3 4
photphat để tạo thành H PO .Điều khiển nhiệt độ bằng cách thổi không khí trên bề mặt bùn qua 1 số ống và giữ nhiệt độ
3 4
o
khoảng 85-900 C,có khoảng 80%photphat được phân hủy.Axit photphoric ngậm ½ nước là chất không ổn định được đưa vào
công đoạn tiếp theo.