7862365679

Układy wielofazowe- Otrzymywanie superfosfatu

1. Część teoretyczna

1.1. Wstęp

Przemysł chemiczny wytwarza superfosfat zwykły i superfosfat podwójny. Superfosfat zwykły jest nawozem najbardziej rozpowszechnionym i produkowanym w dużych ilościach. Gotowy produkt ma postać sypkiego proszku (lub granulek) o barwie szarej i podstawowym jego składnikami są fosforan jednowapniowy Ca(H₂P0₄)₂H₂0 i siarczan wapniowy CaS0₄-¹/2H₂0. W skład superfosfatu wchodzą domieszki: fosforany żelaza i glinu, krzemionka oraz kwas fosforanowy. Produkcja superfosfatu polega na działaniu kwasem siarkowym na minerały fosforanowe.

Otrzymywanie superfosfatu przez działanie kwasu siarkowego na fluoroapatyt jest procesem wielofazowym, przebiegającym głównie na obszarze dyfuzyjnym. W procesie tym wyróżnia się dwa stadia.

W pierwszym stadium zachodzi dyfuzja kwasu siarkowego do cząstek apatytu, której towarzyszy szybka reakcja chemiczna na powierzchni cząstek, co prowadzi do całkowitego przereagowania kwasu siarkowego i wytrącenia się siarczanu wapniowego wg reakcji:

Ca₅F(P0₄)3+5H₂S0₄+2¹/2H₂0<->5(CaS0₄-¹/2H₂0)+3H₃P0₄+HF+Q    (1)

W drugim stadium zachodzi dyfuzja powstającego kwasu fosforowego w porach cząstek nierozłożonego surowca, której towarzyszy reakcja:

Ca₅F(P0₄)3+7H₃P0₄+5H₂0^5Ca(H₂P0₄)H₂0+HF+Q    (2)

Powstający fosforan jednowapniowy znajduje się początkowo w roztworze i dopiero po przesyceniu roztworu zaczyna krystalizować.

Reakcja (1) dobiega końca w komorze reakcyjnej w ciągu 30-60 min. W tym czasie następuje zatężenie, a następnie zakrzepnięcie masy, spowodowane stosunkowo szybką krystalizacją słabo rozpuszczalnego siarczanu wapniowego.

Ostatnim stadium procesu jest dojrzewanie superfosfatu, tzn. powstawanie i krystalizacja fosforanu jednowapniowego. Proces ten jest powolny i kończy się dopiero podczas składowania superfosfatu w ciągu 6-25 dni. Powolność tego procesu tłumaczy się słabą dyfuzją kwasu fosforowego do surowca apatytowego przez utworzona na powierzchni jego ziaren ścisłą otoczką z fosforanu jednowapniowego, a także długą krystalizacją nowej fazy stałej Ca(H₂P0₄)₂ H₂0.

Rys. 1-2. Superfosfat pojedynczy i potrójny

Podstawy technologii nieorganicznej- ćwiczenia laboratoryjne- J.Henke