В производстве минеральных удобрений широко использу­ются процессы концентрирования (выпаривания) экстракцион­ной фосфорной кислоты, аммонизированных суспензий (аммофо­са, нитроаммофоса и др.), а также растворов аммиачной селит­ры и карбамида. Выпарные установки являются составной ча­стью технологических схем и зачастую определяют технико-эко­номические показатели производства в целом.

1.1. ОСОБЕННОСТИ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ УДОБРЕНИЙ

Концентрация фосфорной кислоты, полученной традицион­ным дигидратным способом из апатитового концентрата, состав­ляет 28—30% Р2О5. Из фосфоритов Каратау производят еще менее концентрированную фосфорную кислоту, содержащую обычно 18—22% Р2О5. Даже полугидратный способ производст­ва, реализованный на некоторых установках, обеспечивает полу­чение из апатитового концентрата фосфорной кислоты концент­рацией не выше 42% Р2О5. Поэтому практически во всех случа­ях для получения концентрированных фосфорных и сложных удобрений требуется концентрирование фосфорной КИСЛОТЫ до 52—55%, а для получения концентрированных жидких комп­лексных удобрений (ЖКУ) и полифосфатов аммония — поли - фосфорная кислота концентрацией 72—76% Р2О5. Отсюда возникает необходимость концентрирования фосфорной кислоты, полученной экстракционным методом [132].

Процесс выпаривания ЭФК осложняют сильная коррозия аппаратуры и выделения растворенных в ней примесей (в твер­дую и газовую фазы). Фосфорная кислота при повышенных температурах оказывает сильное корродирующее воздействие на большинство известных металлов и сплавов, композиционных и некоторых неметаллических материалов. Коррозия значитель­но возрастает, если в концентрируемом растворе содержится 2—5% свободной H2SO4. Поэтому в случае выпаривания такой кислоты необходимо предварительно нейтрализовать в ней сво­бодную серную кислоту, снизив ее содержание до 1 % и менее.

Выделяющиеся в процессе концентрирования фосфорной кис­лоты осадки вызывают инкрустацию рабочих поверхностей ап­паратов и коммуникаций, что приводит к резкому снижению производительности выпарных установок.

Повышение концентрации фосфорной кислоты и понижение температуры приводят к уменьшению растворимости содержа­щихся в ней примесей (сульфата и фосфата кальция, фосфатов железа и алюминия, кремнефторидов натрия и калия и др.). Это приводит к непрерывному увеличению количества осадков, выделяющихся при выпаривании фосфорной кислоты и ее пос­ледующем охлаждении.

При отстаивании исходной фосфорной кислоты (28—30% Р2О5) в осадок выпадают главным образом сульфат кальция и кремнефториды. Из концентрированной фосфорной кислоты (50—54% Р2О5) выпадает в осадок смесь изолированных дигид­рофосфатов (однозамещенных ортофосфатов) железа, алюминия и кальция.

Содержание примесей в фосфатном сырье и полученной из него экстракционной фосфорной кислоте определяет предельную концентрацию кислоты при ее выпаривании.

Так, кислоту концентрацией 52—55% Р2О5 и более можно получить толь­ко из высококачественного фосфатного сырья, например из апатитового кон­центрата. Фосфорная кислота, полученная из низкокачественных фосфоритов (например, фосфоритов Каратау, содержащих 24,5—25,0% Р2О5) и упаренная до 40—45% Р2О5, после ее охлаждения превращается в густую камнеобраз­ную массу. Такую кислоту, без ее предварительной очистки, можно упари­вать только до 34—38%, так как при дальнейшем концентрировании даже при повышенных температурах получается весьма вязкая загустевающая масса. Это объясняется тем, что в фосфорной кислоте из фосфоритов Кара­тау содержится много солей магния и кремнефторидов щелочных металлов.

Концентрирование фосфорной кислоты сопровождается так­же выделением в газовую фазу фторидов кремния (SiF4) и во­дорода (HF). При выпаривании кислоты до 55—57% Р2О5 в газовую фазу удаляется 85—90% содержащегося в ней фтора. Поэтому установки выпаривания фосфорной кислоты являются одновременно установками утилизации фтористых соединений.

Соотношение между SiF« и HF в газовой фазе зависит от состава ис­ходной фосфорной кислоты, условий концентрирования и абсорбции отходя­щих газов. Избыток SiF4 гидролизуется в промывных растворах, а выделя­ющийся кремнезем ускоряет инкрустацию оборудования и коммуникаций.

Таким образом, концентрирование экстракционной фосфор­ной кислоты имеет ряд специфических особенностей, которые серьезно затрудняют использование типовых выпарных устано­вок.

Аналогичные сложности встречаются и при концентрирова­нии аммонизированных суспензий на основе ЭФК (аммофоса, нитроаммофоса и др.). Присутствие в пульпах и суспензиях взвешенных частиц вызывает закупорку теплообменных трубок, арматуры и коммуникаций, наличие в пульпах накипеобразую­щих солей приводит к значительному снижению производитель­ности выпарного оборудования. Специфические свойства суспен­зий затрудняют их упаривание до высоких концентраций и

транспортирование вследствие резкого повышения их вязкости. Это привело к необходимости создания выпарных аппаратов специальных конструкций, которые будут рассмотрены ниже.

К особенностям процесса концентрирования растворов амми­ачной селитры и карбамида можно отнести тот факт, что упари­вание растворов ведут обычно до получения высококонцентри­рованных плавов, содержание влаги в которых не превышает 0,2—0,5%.