Получение фосфатных соединений из материалов, содержащих фосфор и по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия - RU2015144562A
Код документа: RU2015144562A
Формула
1. Способ концентрирования фосфатных соединений, включающий стадии:
- растворения сырья, содержащего золу осадка сточных вод, содержащую фосфор и по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия, в жидкости, содержащей по меньшей мере хлороводородную кислоту;
- отделения нерастворимых остатков, полученных на указанной стадии растворения, с образованием тем самым первого выщелачивающего раствора;
где указанный первый выщелачивающий раствор имеет мольное отношение фосфора к суммарному содержанию железа(III) и алюминия;
- контролирования указанного мольного отношения таким образом, чтобы оно составляло более 1;
- добавления основания в указанный первый выщелачивающий раствор после указанной стадии отделения нерастворимых остатков, вызывая осаждение фосфатных соединений, содержащих по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия, из указанного первого выщелачивающего раствора;
- удаления указанных осажденных фосфатных соединений из указанного первого выщелачивающего раствора;
- добавления серной кислоты в указанный первый выщелачивающий раствор после указанной стадии удаления указанных осажденных фосфатных соединений, вызывая осаждение сульфатных соединений;
- отделения указанных осажденных сульфатных соединений из указанного первого выщелачивающего раствора; и
- повторного использования по меньшей мере части указанного выщелачивающего раствора после указанной стадии отделения указанных осажденных сульфатных соединений в качестве указанной жидкости, содержащей по меньшей мере хлороводородную кислоту, на указанной стадии растворения золы осадка сточных вод.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанная стадия контролирования указанного мольного отношения включает по меньшей мере одну из операций, выбранных из:
- добавления фосфора в указанный первый выщелачивающий раствор во время указанной стадии растворения сырья;
- добавления фосфора в указанный первый выщелачивающий раствор после указанной стадии растворения сырья; и
- добавления фосфора в указанное сырье.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанную стадию растворения проводят при рН менее 2, предпочтительно менее 1,5.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное основание содержит известь.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное основание содержит гидроксид железа.
6. Способ по п. 1, отличающийся дополнительными стадиями:
- добавления сульфида в указанный первый выщелачивающий раствор, что приводит к осаждению сульфидов тяжелых металлов; и
- отделения указанных осажденных сульфидов тяжелых металлов из указанного первого выщелачивающего раствора.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что указанные стадии добавления сульфида и отделения указанных осажденных сульфидов проводят перед указанной стадией добавления основания в указанный первый выщелачивающий раствор.
8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что указанные стадии добавления сульфида и отделения указанных осажденных сульфидов проводят после указанной стадии удаления указанных осажденных фосфатных соединений из указанного первого выщелачивающего раствора.
9. Способ по п. 1, отличающийся дополнительной стадией:
- регулировки доли ионов в указанном первом выщелачивающем растворе, в результате чего отношение катионов, которые можно осаждать в виде фосфатных соединений, и фосфатных ионов увеличивается, если мольное содержание фосфатов в указанном первом выщелачивающем растворе превышает количество молей, которое по ожиданиям осаждалось бы на указанной стадии добавления основания в указанный первый выщелачивающий раствор, поддерживая указанное мольное отношение, составляющее более 1;
где указанная стадия регулировки доли ионов в указанном первом выщелачивающем растворе включает добавление по меньшей мере одного металла, выбранного из железа(III) и алюминия, в указанный первый выщелачивающий раствор перед проведением указанного осаждения фосфатных соединений на указанной стадии добавления основания в указанный первый выщелачивающий раствор.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанная стадия регулировки доли ионов в указанном первом выщелачивающем растворе включает добавление окислителя в указанный первый выщелачивающий раствор перед проведением указанного осаждения фосфатных соединений на указанной стадии добавления основания в указанный первый выщелачивающий раствор, что приводит к окислению железа(II) до железа(III).
11. Способ получения фосфатных соединений, включающий:
способ концентрирования фосфатных соединений по любому из п.п. 1-10; и способ выделения фосфатных соединений.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что указанный способ выделения фосфатных соединений включает стадии:
- растворения указанных осажденных фосфатных соединений во втором выщелачивающем растворе для обеспечения подаваемого раствора, содержащего фосфаты железа;
- экстракции железа из указанного подаваемого раствора с использованием первого органического растворителя, содержащего трибутилфосфат, модификатор и разбавитель, для получения подаваемого раствора с пониженным содержанием железа;
где указанный первый органический растворитель имеет первое содержание трибутилфосфата;
- удаления указанного экстрагированного железа из указанного первого органического растворителя с применением воды или разбавленной кислоты;
- повторного использования указанного первого органического растворителя после указанного удаления железа на указанной стадии экстракции железа; и
- выделения указанных фосфатных соединений из указанного подаваемого раствора с пониженным содержанием железа.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что
указанный первый органический растворитель имеет первое содержание трибутилфосфата, составляющее от 5 до 60% по объему, предпочтительно от 10 до 40% по объему;
предпочтительно указанный модификатор представляет собой додеканол, более предпочтительно имеющий концентрацию от 10 до 40% по объему;
предпочтительно указанный разбавитель представляет собой алифатический керосин.
14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что указанная стадия растворения включает растворение указанных осажденных фосфатных соединений в жидкости, содержащей по меньшей мере хлороводородную кислоту.
15. Способ по п. 12, отличающийся тем, что указанная стадия выделения указанных фосфатных соединений из указанного раствора с пониженным содержанием железа в свою очередь включает стадии:
- экстракции фосфорной кислоты из указанного раствора с пониженным содержанием железа с использованием второго органического растворителя, содержащего трибутилфосфат и предпочтительно модификатор и разбавитель, для получения подаваемого раствора с пониженным содержанием фосфора;
где указанный второй органический растворитель имеет более высокую концентрацию трибутилфосфата по сравнению с первым органическим растворителем;
- удаления указанной экстрагированной фосфорной кислоты из указанного второго органического растворителя с применением водного раствора; и
- повторного использования указанного второго органического растворителя после указанного удаления указанной экстрагированной фосфорной кислоты для применения на указанной стадии экстракции фосфорной кислоты;
где указанный второй органический растворитель имеет концентрацию трибутилфосфата от 70 до 100% по объему;
указанный модификатор, входящий в состав указанного второго органического растворителя, предпочтительно представляет собой додеканол;
указанный разбавитель, входящий в состав указанного второго органического растворителя, предпочтительно представляет собой керосин.
16. Способ по п. 12, отличающийся тем, что указанный подаваемый раствор дополнительно содержит алюминий, и способ включает дополнительные стадии:
- добавления основания по меньшей мере в часть указанного подаваемого раствора с пониженным содержанием фосфора для обеспечения нейтрального или щелочного рН, что приводит к осаждению гидроксида алюминия;
- отделения осажденного гидроксида алюминия из указанного раствора с пониженным содержанием фосфора для получения подаваемого раствора с пониженным содержанием алюминия.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что указанное основание, добавляемое в указанный подаваемый раствор с пониженным содержанием фосфора, содержит по меньшей мере один агент, выбранный из извести, гидроксида натрия и аммиака.
18. Способ по п. 12, отличающийся тем, что указанный подаваемый раствор дополнительно содержит алюминий, и способ включает дополнительные стадии:
- добавления по меньшей мере одного агента, выбранного из фосфата кальция и основания, по меньшей мере в часть указанного подаваемого раствора с пониженным содержанием фосфора для обеспечения кислого рН>1,5, вызывая осаждение фосфата алюминия;
- отделения осажденного фосфата алюминия от указанного раствора с пониженным содержанием фосфора для получения подаваемого раствора с пониженным содержанием алюминия.
19. Способ по п. 16, отличающийся дополнительной стадией повторного применения части указанного подаваемого раствора с пониженным содержанием фосфора, которую не использовали на указанной стадии отделения осажденного гидроксида алюминия или на указанной стадии отделения осажденного фосфата алюминия, для использования на указанной стадии обеспечения подаваемого раствора, содержащего фосфаты железа.
20. Способ по п. 11, отличающийся тем, что указанный способ выделения фосфатных соединений включает стадии:
- растворения по меньшей мере части по меньшей мере одного из указанных осажденных фосфатных соединений и указанного осажденного фосфата алюминия с использованием щелочного раствора для получения второго выщелачивающего раствора;
- добавления извести в указанный второй выщелачивающий раствор, что вызывая осаждение фосфата кальция;
- отделения осажденного фосфата кальция из указанного второго выщелачивающего раствора; и
- повторного использования указанного второго выщелачивающего раствора после указанной стадии отделения осажденного фосфата кальция на указанной стадии растворения по меньшей мере части по меньшей мере одного из указанных осажденных фосфатных соединений и указанного осажденного фосфата алюминия в щелочном растворе.
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что указанная часть по меньшей мере одного из указанных осажденных фосфатных соединений и указанного осажденного фосфата алюминия содержит железо, и указанный способ включает дополнительную стадию фильтрования гидроксида железа из указанного второго выщелачивающего раствора перед указанной стадией добавления извести.
22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что указанный гидроксид железа, получаемый на указанной стадии фильтрования гидроксида железа из указанного второго выщелачивающего раствора применяют по меньшей мере в качестве части указанного основания на указанной стадии добавления основания в указанный первый выщелачивающий раствор, на указанной стадии регулировки доли указанных ионов в указанном первом выщелачивающем растворе и/или на указанной стадии контролирования указанного мольного отношения таким образом, чтобы оно составляло более 1.
23. Способ по п. 20, отличающийся дополнительными стадиями:
- добавления кислоты по меньшей мере в отводимую часть указанного второго выщелачивающего раствора после указанной стадии отделения осажденного фосфата кальция, что приводит к осаждению гидроксида алюминия; и
- отделения указанного осажденного гидроксида алюминия из указанной отводимой части указанного второго выщелачивающего раствора.
24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что указанная кислота, применяемая на указанной стадии добавления кислоты в указанную отводимую часть указанного второго выщелачивающего раствора, содержит угольную кислоту или газообразный диоксид углерода, и указанный способ включает дополнительные стадии:
- добавления извести в указанную отводимую часть указанного второго выщелачивающего раствора после указанной стадии отделения указанного осажденного гидроксида алюминия, что приводит к осаждению карбоната кальция;
- отделения указанного осажденного карбоната кальция из указанной отводимой части указанного второго выщелачивающего раствора; и
- повторного использования указанной отводимой части указанного второго выщелачивающего раствора после указанного отделения указанного осажденного карбоната кальция на указанной стадии растворения по меньшей мере части по меньшей мере одного из указанных осажденных фосфатных соединений и указанного осажденного фосфата алюминия в щелочном растворе.
25. Система для концентрирования фосфатных соединений, содержащая:
реактор для выщелачивания золы, предназначенный для растворения сырья, содержащего золу осадка сточных вод, содержащую фосфор и по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия, в жидкости, содержащей по меньшей мере хлороводородную кислоту;
устройство для отделения остатка, соединенное с указанным реактором для выщелачивания;
где указанное устройство для отделения остатка выполнено с возможностью отделения нерастворимых остатков из указанного реактора для выщелачивания золы для получения тем самым первого выщелачивающего раствора;
где указанный первый выщелачивающий раствор имеет мольное отношение фосфора к суммарному содержанию железа(III) и алюминия;
средства для контролирования указанного мольного отношения таким образом, чтобы оно составляло более 1;
установку для смешения с основанием, соединенную с выходом указанного устройства для отделения остатка;
где указанная установка для смешения с основанием выполнена с возможностью добавления основания в указанный первый выщелачивающий раствор, вызывая осаждение фосфатных соединений, содержащих по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия, из указанного первого выщелачивающего раствора;
устройство для отделения фосфатов, соединенное с указанной установкой для смешения с основанием;
где указанное устройство для отделения фосфатов выполнено с возможностью удаления указанных осажденных фосфатных соединений из указанного первого выщелачивающего раствора;
установку для смешения с серой, соединенную с выходом указанного устройства для отделения фосфатов;
где указанная установка для смешения с серой выполнена с возможностью добавления серной кислоты в указанный первый выщелачивающий раствор, вызывая осаждение сульфатных соединений;
устройство для отделения сульфатов, соединенное с указанной установкой для смешения с серой;
где указанное устройство для отделения сульфатов предназначено для отделения указанных осажденных сульфатных соединений из указанного первого выщелачивающего раствора; и
установку для повторного использования, соединенную с выходом указанного устройства для отделения сульфатов и входом указанного реактора для выщелачивания золы;
где указанная установка для повторного использования выполнена с возможностью повторного использования по меньшей мере части указанного выщелачивающего раствора.
26. Система для получения фосфатных соединений, содержащая:
систему для концентрирования фосфатных соединений по п. 25; и
систему для выделения фосфатных соединений.
27. Система по п. 26, отличающаяся тем, что указанная система для выделения фосфатных соединений содержит:
установку для обеспечения подаваемого раствора, содержащего фосфаты железа;
где указанная установка для обеспечения подаваемого раствора, содержит реактор для выщелачивания фосфатного соединения, соединенный с выходом для осажденного фосфатного соединения указанного устройства для отделения фосфатов;
и указанный реактор для выщелачивания фосфатного соединения выполнен с возможностью растворения указанных осажденных фосфатных соединений во втором выщелачивающем растворе для получения указанного подаваемого раствора, содержащего фосфаты железа;
секцию экстракции железа, соединенную с указанной установкой для обеспечения подаваемого раствора;
где указанная секция экстракции железа выполнена с возможностью экстракции железа из указанного подаваемого раствора первым органическим растворителем, содержащим трибутилфосфат, модификатор и разбавитель, для получения подаваемого раствора с пониженным содержанием железа;
причем указанный первый органический растворитель имеет первое содержание трибутилфосфата;
указанная секция экстракции железа дополнительно выполнена с возможностью удаления указанного экстрагированного железа из указанного первого органического растворителя с применением воды или разбавленной кислоты;
указанная секция экстракции железа дополнительно выполнена с возможностью повторного использования указанного первого органического растворителя после указанного удаления железа для указанной экстракции железа; и
секцию выделения фосфатов, соединенную после выхода подаваемого раствора с пониженным содержанием железа из указанной секции экстракции железа;
где указанная секция выделения фосфатов выполнена с возможностью выделения указанных фосфатных соединений из указанного подаваемого раствора с пониженным содержанием железа.
28. Система по п. 26, отличающаяся тем, что указанная система для выделения фосфатных соединений содержит:
реактор для растворения, предназначенный для растворения по меньшей мере части указанных осажденных фосфатных соединений из устройства для отделения фосфатов в качестве промежуточного фосфорсодержащего осадка, в щелочном растворе для получения второго выщелачивающего раствора;
емкость для смешения, соединенную с указанным реактором для растворения и предназначенную для добавления извести в указанный второй выщелачивающий раствор, вызывая осаждение фосфата кальция;
устройство для разделения твердых веществ и жидкости, соединенное с указанной емкостью для смешения и выполненное с возможностью отделения указанного фосфата кальция, осаждаемого в указанной емкости для смешения, от указанного второго выщелачивающего раствора; и
установку для повторного использования, расположенную между указанной емкостью для смешения и указанным реактором для растворения и выполненную с возможностью повторного использования указанного второго выщелачивающего раствора, полученного в указанном устройстве для разделения твердых веществ и жидкости, в указанном реакторе для растворения в качестве по меньшей мере части указанного щелочного раствора.
