Термические фосфаты. Производство термофосфатов, обесфторенных и плавленных магниевых фосфатов, стеклообразных фосфатных полимеров
Лекция №6
Термические фосфаты. Производство термофосфатов, обесфторенных фосфатов, плавленных магниевых фосфатов, стеклообразных фосфатных полимеров.
План лекции:
- Понятие термические фосфаты. Классификация.
- Технология получения обесфтореных фосфатов.
- Добавки, применяемые при гидротермическом обесфторивании фосфатов.
- Способы получения метафосфата кальция.
- Роль металлургических шлаков в сельском хозяйстве.
Термическими фосфатами называют продукты получаемые спеканием при высоких температурах природных фосфатов со щелочами (содой, смесью сульфатов с углем) или сплавление их с кварцем, известняком, силикатами магния, щелочными соединениями и т.д.. К ним относятся обесфторенные фосфаты, плавленые магниевые и термощелочные (термофосфаты), а также металлургические шлаки богатые фосфатом и метафосфатом кальция. Продукты спекания природных фосфатов со щелочами называют термофосфатами, а продукты сплавления их с различными добавками называют плавлеными фосфатами.
Обесфтореные фосфаты
Обесфторенные фосфаты получают термической обработкой природных фосфатов путем выделения из них фтора в газовую фазу в виде смеси HF и SiF4.
Процесс обесфторивания фосфатов ускоряется при термическом разложении их в присутствии водяного пара. Гидротермическая обработка апатита при 1400-1500ºС приводит к замещению фтора в кристаллической решетки исходного минерала гидроксил ионом.
Рекомендуемые материалы
Основным полезным соединением в обесфторенных кормовых фосфатах является трикальцийфосфат β-Са3(РО4)2, содержащий 45,76% Р2О5; 54,24%СаО.
Трикальцийфосфат кормовой Са3(РО4)2 – ортофосфат кальция из фосфатного сырья Каратау после размола представляет собой тонкодисперсный порошок серого цвета. Оксид фосфора (V) находится в лимоннорастворимой и солянокислорастворимой формах трикальцийфосфата α и β модификаций.
Трикальций фосфат существует в двух модификациях α и β, точка перехода которых равна 1180ºС. Ниже этой температуры стабильна не устойчивая кристаллическая β модификация, выше аморфная усвояемая α модификация. Сохранить аморфную форму можно быстрым охлаждением (замораживание). В присутствии кварцита температура перехода α формы в β форму снижается
При гидротермическом обесфторивании фосфатов (муки, концентратов) спекание производят в присутствии фосфорной кислоты до 
(4-6% Р2О5 от массы исходного фосфорита). В присутствии фосфорной кислоты температура процесса снижается Т=1380-1420ºС. Параллельно с реакцией обесфторивания идет реакция:
Добавка фосфорной кислоты ускоряет процесс обесфторивания с одновременным содержания Р2О5 в продукте.
Присутствие ортофосфорной кислоты, низкоплавких фосфоритов снижает температуру их плавления, что дает возможность обесфторить их термообработкой во вращающихся печах или печах кипящего слоя при 1250-1300 ºС.
Химизм образования лимоннорастворимого фосфат ренанита термообработкой природных фосфатов с кальцинированной содой.
Получение метафосфата кальция путем обезвоживания однозамещенных ортофосфатов при Т=275-320ºС.
Разработан способ получения метафосфата кальция – это взаимодействие фосфорного ангидрида с двух или трех замещенными фосфатами при 1000-1200ºС
В виде фосфоросодержащих удобрений применяют металлургические шлаки содержащие фосфаты, растворимые в 2%-ной лимонной кислоте. Образование в процессе удаления фосфора из доменного чугуна путем добавления доломита и известняка. «Томас шлак» содержит тетракальцийфосфат, фосфат железа.
Способы получения обесфторенных фосфатов
Способ спекания
Обесфторенные фосфаты способом спекания производят во вращающейся печи и в печи «КС». Обе схемы предусматривают гранулирование фосфоритной муки с применением обесфторенной фосфорной кислоты.
Принципиальная схема получения обесфторенных фосфатов способом спекания показана на рисунке 1.
На стадии обжига образуется пыль, которая направляется на грануляцию.
Для апатитового концентрата: Т=1430-1450°С; соотношение СаО:Р2О5 -1,18.
Для фосфоритов Каратау: Т=1260-1280°С; соотношение СаО:Р2О5 -1,03-1,10.
Рисунок 1 - Принципиальная схема получения обесфторенных фосфатов способом спекания
В лекции "3 Культура Тульского края в 16-17 вв." также много полезной информации.
Способ циклонной плавки
Методом циклонной плавки проводят обесфторивание фосфоритной муки посредством превращения ее в жидкоплавкое состояние при температуре около 1400°С .
Рисунок 2 - Принципиальная схема получения обесфторенных фосфатов методом циклонной плавки
