TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC

BỘ MƠN CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC
---------------o0o---------------

BÀI TIỂU LUẬN

SẢN XUẤT H3PO4 BẰNG PHƯƠNG
PHÁP TRÍCH LY
GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hòa
LỚP: 13CDHH
SVTH:
Nguyễn Thị Minh Thư
Lưu Thị Ngọc Ánh

3004130079
3004130080

Lê Thị Minh Thùy
Nguyễn Nhật Tuấn
Huỳnh Khánh Sang
Nguyễn Thị Bé Thư
TP.HCM tháng 06 năm 2014
1


Cont

I.

Tổng quan về H3PO4
Axit photphoric, hay đúng hơn là axit orthophotphoric là một axit trung bình

có cơng thức hóa học H3PO4.
1.
Tính chất vật lý
Axit photphoric là chất rắn kết tinh, khơng màu, khơng mùi, hút ẩm. Hịa tan
vơ hạn trong etanol và nước (với bất kì tỉ lệ nào), có khuynh hướng chậm đông ở
trạng thái lỏng, phân hủy khi đun nóng vừa phải. Trong cấu trúc tinh thể của nó
gồm có những nhóm tứ diện PO 4, liên kết với nhau bằng liên kết hydro. Cấu trúc đó
vẫn cịn được giữ lại trong dung dịch đậm đặc của axit ở trong nước và làm cho
dung dịch đó sánh giống như nước đường. Axit photphoric tan trong nước đó được
giải thích bằng sự tạo thành liên kết hydro giữa những phân tử H 3PO4 và những
phân tử H2O. Khi đun nóng dần đến 2600C, axit photphoric mất dần nước và biến
thành axit điphotphoric (H4P2O7), ở 3000C biến thành axit metaphotphoric (HPO 3).
Thị trường H3PO4 có nồng độ 85-90%, có khối lượng riêng 1,7-1,75g/cm 3,
dung dịch này sánh đặc nhưng có thể rót từ lọ được.
Nếu nồng độ cao hơn nữa thì độ nhớt tăng lên và khơng thể lấy ra được một
cách dễ dàng.
Các thông số của axit photphoric:
−
−
−
−
−
−

Khối lượng phân tử: 98 g/mol
Khối lượng riêng: 1,87 g/cm3

Nhiệt độ nóng chảy: 42,350C
Nhiệt độ sôi: 1580C
Nhiệt độ phân hủy: 2130C
Độ nhớt: 2,4-9,4 cP (85% đậm đặc) và 147 cP (100%)
2


2.

Tính chất hố học
Axit photphoric là một axit 3 nấc, độ mạnh trung bình ở 25 0C:
H3PO4 ↔ H2PO4- k1 = 7,6.10-3
H2PO4- ↔ H2PO42- k2 = 6,2.10-8
H2PO42- ↔ PO43- k3 = 4,4.10-13
Hình thành 3 loại muối: Muối bậc 1 (MH 2PO4), muối bậc 2 (M2HPO4), muối bậc

3 (M3PO4) (hay còn gọi là các muối trung hoà) với M là kim loại hố trị I.
a.
Tính axit
Làm đổi màu chất chỉ thị, tác dụng với bazơ, với oxit bazơ, với muối, với kim
loại.
− Tác dụng với kiềm tuỳ theo tỉ lệ số mol giữa axit và dung dịch kiềm mà ta thu được
các muối khác nhau: M: Na, K.
H3PO4 + MOH(L)  MH2PO4 + H2O
H3PO4 + 2MOH(L)  M2HPO4 + 2H2O
H3PO4 + 3MOH(D)  M3PO4 + 3H2O
H3PO4 + NH3.H2O(L)  NH4(H2PO4) + H2O
H3PO4 + 2NH3.H2O(L)  (NH4)2HPO4 + 2H2O
T=
+ T 1 tạo ra MH2PO4

+ T = 2 tạo ra M2HPO4
+ T 3 tạo ra M3PO4
+ 1 < T < 2 tạo ra MH2PO4 và M2HPO4
+ 2 < T < 3 tạo ra M2HPO4 và M3PO4
− Tác dụng với kim loại:
2H3PO4(L) + 3Mg  Mg3(PO4)2 + 3H2
3H3PO4(L) + 4Fe  FeHPO4 + Fe3(PO4)2 + 3H2
− Tác dụng với muối:
H3PO4(L) + 3AgNO3  Ag3PO4 + 3HNO3
H3PO4(L) + 3NaNO3  NaPO3 + HNO3 + H2O (3300C)
− Tác dụng với oxit bazơ:
H3PO4(L) + 12MO3  H3(PM12O40)dd
Ngoài ra còn một số phản ứng:
H3PO4 + HClO4  P(OH)4+ + ClO4H3PO4 + H2SO4  P(OH)4+ + HSO48H3PO4(d) + P4O10  6H4P2O7 (80-1000C)
b.
Tính oxy hố khử
Khó bị khử ở nhiệt độ thường (<350-400 0C), ở nhiệt độ cao là chất oxy hố yếu
(có thể tác dụng với kim loại và đặc biệt là tác dụng với thạch anh và thuỷ tinh).
3.
Ứng dụng
Axit Photphoric kỹ thuật: Dùng trong sản xuất phân bón, xử lý nước, xử lý bề
mặt kim loại, hương vị trong nước ngọt, sản xuất dược phẩm, sản xuất các sản
phẩm gốc photphat,...
3


Axit Photphoric thực phẩm: Dùng trong sản xuất phân bón, xử lý nước, xử lý
bề mặt kim loại, hương vị trong nước ngọt, sản xuất dược phẩm, sản xuất các sản
phẩm gốc photphat,...
II. Nguyên liệu để sản xuất axit photphoric: chủ yếu là quặng apatit và

phôtphorit
1.
Quặng Apatit
− Công thức tổng quát: M10(RO4)6X2. Trong đó:
+ M : Ca, Mg, Sr, Ba, Fe, Al, Zn.
+ RO4 : PO4, VO4, SO4, SiO4.
+ X : F,Cl, Br,OH.
 Công thức thường dùng của apatit: Ca10(PO4)6F2
− Tinh thể apatit thuộc hệ lục giác, có màu sắc khác nhau ( xanh, xám, vàng lục, lam,
−
−
−
−
−

tím) tùy theo loại quặng.
Tỷ trọng: 3,18 – 3,21 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy: 1400 – 15700C
Khó tan trong nước
Thành phần hóa học của tinh quặng apatit: 42,22% P 2O5; 55,59% CaO; 3,77% F
Ở Việt Nam, quặng Apatit Lào Cai có cơng thức Ca 5F(PO4)3 và được chia thành 4
loại:
Loại 1 có hàm lượng P2O5 = 33 - 38% chiếm 12,5%
Loại 2 có hàm lượng P2O5 = 24 - 26% chiếm 45,25%
Loại 3 có hàm lượng P2O5 = 12 - 18% chiếm 42,25%
Loại 4 có hàm lượng P2O5 = 8 - 12%
2.
Khống photphorit
Là khống được tạo thành do q trình trầm tích của caxiphotphat từ nước biển
[ xCa10(PO4)6F2 + yCa10P5CO23(F, OH)3 ]

Màu nâu hoặc nâu vàng
Ít hút ẩm, khơng kết dính nhưng độ phân tán kém.
III. Quy trình sản xuất axit photphoric bằng phương pháp trích ly
1.
Các vấn đề về nguyên liệu quặng photphat
Hàm lượng P2O5: càng thấp tăng chi phí vận chuyển, với phương pháp trích ly hàm
+
+
+
+

−
−
−

−

lượng P2O5 >32% → quặng loại 1.
− Tỷ lệ CaO: P2O5 cao→tiêu hao H2SO4 càng nhiều.
− Hàm lượng MgO :
Mg2+ + F- → MgF2 mịn
Mg2+ + SiF6- → MgSiF6 mịn
→bít vải lọc giảm năng suất lọc.
Khi Mg2+ trong H3PO4 cao → dộ nhớt tăng, giảm năng suất lọc → sản xuất
phân bón.

NH3 + H3PO4 → MAD, DAP
NH3 + H3PO4 + Mg2+ → MgNH4PO4.6H2O
4



→ thất thoát lân và đạm
Tổng hàm lượng Fe2O3, Al2O3:
R2O3 + 3H2SO4 → R2(SO4)3 + 3H2O
R2(SO4)3 + PO43- → R.PO4

Tổn thất P2O5, Fe2O3 cho hàm lượng quặng nhiều hơn, độ tan thấp hơn.
+ Sự có mặt photphat nhơm tạo sự phát triển cho tinh thể CaSO 4.nH2O phát triển theo
−

chiều ngang ngắn lại và dể lọc hơn.
+ Hàm lượng Fe3+, Al3+ cao →độ nhớt tăng.
− Hàm lượng SiO2, F- :
HF ↑ => ăn mịn thiết bị
SiO2 nằm trong khống
NaK4Al5Si6O2 + H2SO4 → SiO2.nH2O
SiO2 + HF → SiF4↑ +H2O
SiF4 + HF → H2SiF6 ( tan )
Na +, K+ + SiF6 → Na2SiF6, K2SiF6 ↓mịn→ bít vải lọc, nguy hiểm cơ đặc
axit. Giảm hệ số truyền nhiệt, do bám lên ống truyền nhiệt.
− Hàm lượng CO3-, các hợp chất hữu cơ → tạo CO 2 sinh bọt → sử dụng chất chống tạo
bọt → tăng chi phí. HCHC có màu làm axit có màu, phải tinh chế phức tạp.
+ Sinh sản phẩm khác Ca.Mg(CO 3)2 → tăng độ nhớt H 3PO4→ ảnh hưởng đến q trình
lọc và cơ đặc.
+ Hàm lượng clorua, sunfua
Cl- , S2- + H3PO4 → HCl , H2S ↑ ( khí độc) → ăn mịn thiết bị
Cl- > 0,03%, S2- 0,1% → ăn mòn thiết bị → thép chịu axit → chi phí tăng cao.
− Các kim loại nặng Cd, Pb, As đi vào H3PO4→ độ tinh khiết giảm.
2.
Các dạng canxi sunfat có thể tạo thành:

n = 0 CaSO4 anhydric → thực tế khơng sản xuất vì nhiệt độ, nồng độ, độ ăn mòn
cao.

n = 2 CaSO4.2H2O dihydrat
n = ½ CaSO4.1/2H2O hemihydrat
→ Thường sử dụng: đơn giản, nồng độ lỗng, có thể sử dụng trực tiếp làm phân
bón.

Các dạng canxi sunfat có thể tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ P 2O5:

Anhydric (CaSO4)
105-1180C; 47% P2O5
Hemihydrat (CaSO4.½H2O)
85 – 1000C; 40 – 50% P2O5
Anhydric (CaSO4)
5


105-1180C; 47% P2O5
CaSO4 : 105 – 1180C: nhiệt độ cao, ăn mòn
Dihydrat: 70 – 850C: thường dùng trong nhiều loại quặng, quá trinh đơn giản.
Hemihydrat: 85 – 1000C: nhiệt độ cao hơn Dihydrat, nồng độ 40 – 50 %, có
nhiều nhược điểm → mức độ sử dụng hạn chế
 Giản đồ này chưa chính xác do cịn phụ thuộc nồng độ axit H 2SO4 tự do và hàm
lượng các tạp chất trong quặng.
3.
Quy trình
Được tiến hành bằng cách đun quặng photpho đã được nghiền nhỏ với axit
sunfuric lỗng có nồng độ khoảng 60-80%. Quặng photphat được sấy, nghiền cho
tới khi 60-70% hạt quặng có kích thước nhỏ hơn 0,15mm và sau đó được đưa liên

tục vào thiết bị phản ứng với axit sunfuric.
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4(L)  3CaSO4 + 2H3PO4
Khi axit photphoric tiếp xúc với bề mặt hạt quặng, phản ứng trao đổi bắt đầu
xảy ra. Trong điều kiện khơng có khuấy trộn thì chỉ sau một thời gian rất ngắn trên
bề mặt hạt quặng xuất hiện dung dịch bão hoà của canxi sunfat, ngăn cản axit
sunfuric tiếp tục khuếch tán vào bề mặt ngoài quặng ra ngoài. Khi phản ứng trao
đổi dừng lại, khu vực xảy ra phản ứng sẽ nguội dần và bắt đầu xuất hiện kết tinh
của canxi sunfat. Ngay sau đó canxi sunfat sẽ bao bọc lấy toàn bộ hạt quặng. Canxi
sunfat kết tinh dưới hai dạng thù hình. Dạng ngậm hai phân tử nước xuất hiện
trong điều kiện bão hoà ở nhiệt độ thấp hơn và tạo thành những tinh thể hình kim
lớn hơn. Dạng ngậm 0,5 phân tử nước là những tinh thể lớn hơn hình kim sẽ làm
cho lớp canxi sunfat bọc xung quanh hạt quặng có những lỗ hổng tạo điều kiện cho
quá trình khuếch tán của các phân tử axit vẫn tiếp tục xảy ra. Còn dạng ngậm nước
0,5 phân tử nước sẽ tạo một lớp vỏ đặc khít ngăn chặn hầu như hồn tồn các q
trình khuếch tán qua lại. Phải khuấy trộn hỗn hợp liên tục và tránh không sử dụng
axit sunfuric quá đặc.
Sau khi kết thúc người ta loại bỏ CaSO 4 không tan và cô đặc dung dịch H3PO4
thu được sản phẩm. Dung dịch axit này chưa tinh khiết. Các tinh thể được tách ta
cần phải rửa để thu hồi được ít nhất 99% axit photphoric trong phần lọc được.
Đây là phản ứng dị thể chuyển hoá từ canxi photphat hầu như khơng tan sang
canxi sunfat ít tan, do đó địi hỏi diện tích tiếp xúc lớn và dung dịch axit cần phải
lỗng thì thời gian và hiệu suất chuyển hoá cao. Ngược lại sản phẩm axit
6


photphoric sẽ lỗng, muốn có axit thương phẩm thì phải tốn năng lượng để cơ đặc.
Vì vậy, trong cơng nghiệp sản xuất axit photphoric theo phương pháp trao đổi
người ta lựa chọn các thông số kỹ thuật phù hợp đặc biệt là nhiệt độ và nồng độ, kể
cả dạng sản phẩm canxi sunfat hình thành sao cho tách được một cách dễ dàng
nhất ra khỏi dung dịch và hiệu quả kinh tế đạt cao nhất.

Các cơng đoạn chính là: Phân huỷ quặng photphat (quá trình thực hiện phản
ứng trao đổi), lọc, rửa tách axit photphoric ra khỏi bã (gồm canxi sunfat và các tạp
chất ít tan khác của silic, nhơm, sắt, magie, asen…) và cô đặc thành thương phẩm
(Thiết bị chủ yếu dùng để cô đặc axit photphoric là: Sục bọt và hút chân không )
Sản phẩm thu được (H3PO4) thường có nồng độ từ 40-50% (nếu gạn lọc thì chỉ
thu được axit có nồng độ khoảng 30%) và chứa nhiều tạp chất.
Sơ đồ công nghệ sản xuất axit photphoric bằng phương pháp trích:

Tinh quặng photphat

Axit sunfuric

Phản ứng trao đổi tạo axit Xử lý khí thải và hơi nước

Huyền phù axit và thạch cao

Ủ kết tinh CaSO4.0.5H2O

Nước rửa lần 2/3

Lọc, rửa

Sản phẩm axit photphoric
Ưu điểm:
− Ít tiêu tốn năng lượng


7

Nước sạch


Bã và CaSO4.0.5H2O


Nhược điểm:
Nguyên liệu phải đảm bảo thành phần photpho cao
Còn nhiều tạp chất
Nồng độ axit photphoric thu được không cao
Một số nhà máy đang sử dụng công nghệ sản xuất này như:
Ở nước ta, công nghệ sản xuất axit photphoric trích ly lần đầu tiên được nhập


−
−
−

cho nhà máy DAP Đình Vũ, Hải Phịng. Đến nay được phát triển cho một số nhà máy
khác, như nhà máy DAP số 2, nhà máy sản xuất dicanxi photphat dùng làm thức ăn
bổ sung khống cho gia súc, Cơng ty CP Bột giặt & Hóa chất Đức Giang…
Trên thế giới hiện cũng đang phát triển một số công nghệ mới sản xuất axit
photphoric nhằm giảm tiêu hao nguyên liệu và năng lượng, nâng cao chất lượng
sản phẩm.
a.
Hệ thống phản ứng
Đảm bảo:
− Chuyển hóa tối đa P2O5 trong quặng thành H3PO4.
− Tinh thể thạch cao có hình dạng và kích thước dễ lọc rửa → tránh tiếp xúc giữa
quặng và axit H2SO4.
− Phải có thời gian lưu để tinh thể phát triển lớn, thời gian thiết bị pư ngắn. Tinh thể
−


dạng đơn giản, kích thước lớn.
Không cho tiếp xúc trực tiếp quặng với H 2SO4 đậm đặc làm CaSO4 nhanh bảo quản
→ hình thành mần tự nhiên, tinh thể CaSO 4 bé, lọc lấy hạt quặng ngăn cản pư, chậm

phân hủy, tinh thể CaSO4 bé khó khăn cho q trình lọc rửa.
− H2SO4 đưa vào trộn H3PO4 tuần hoàn hoặc trộn với bùn hoàn lưu → làm quá trình
diễn ra theo 2 giai đoạn, nhằm tinh thể lớn. Kích thước lớn hồn lưu bùn, tạo mầm,
khống chế nhiệt độ cho tốt, chuyển thành dạng khác tinh thể nhỏ

−

Thiết bị phản ứng trong quy trình Prayon Mark IV

Thiết bị phản ứng gồm nhiều thiết bị, hoặc 1 thiết bị có nhiều ngăn, chảy ngăn này
sang ngăn tiếp theo.Thiết bị làm bằng gạch có lót cao su,gạch cacbon, thành giữa
các ngăn bố trí hệ thống cho bùn chảy. Mỗi ngăn đều có khuấy trộn, bơm lên q
trình làm mát phun, hệ thống chân khơng, đảm bảo nhiệt độ, độ chân khơng, cao
hút nhiệt nhiều. Bơm hồn lưu bơm bùn trở lại. Thời gian lưu 8h.

8


Thiết bị phản ứng trong quy trình Prayon Mark IV
Thiết bị phản ứng Raytheon Isothermal
− Quặng khô đưa nước vào tạo huyền phù cho vào thiết bị trộn quặng-bùn T1, được


bơm P2 bơm từ đáy lên thiết bị phản ứng Raytheon Isothermal R3. Trong thiết bị
phản ứng này, bùn chuyển động xung quanh thành thiết bị tạo sự tiếp xúc bùn và

axit. Trên đầu thiết bị R3 gắn với hệ thống chân khơng X4, cịn phần hỗn hợp trong
thiết bị R3 qua thùng cấp đến thiết bị lọc T5.

9




Thiết bị phản ứng Kellogg-Lopker và Somerville

Kellogg-Lopker:
10


−
−
−

Thiết bị phân hủy áp suất khí giảm
Axit hồn lưu
Bùn qua thiết bị phân hủy bơm vào thiết bị chân không, chuyển động ly tâm,
khuấy,axit H2SO4 đưa vào không tiếp xúc trực tiếp với bùn. Chiều cao 2 thiết bị đều

−

chỉnh theo áp suất của quá trình.Áp suất lực tạo chuyển động tránh lắng bùn.
Thời gian lưu 1,5h thiết bị phân hủy tích tự động [SO 42-] tự do.
Thiết bị pư Somerville:

−


Quặng phophat đưa vào tiếp xúc bùn, bùn hút vào thiết bị chân khơng,H 2SO4,H3PO4

−

tuần hồn vào thiết bị,bùn bơm vào thiết bị phản ứng.
Thời gian phản ứng 15 giây – 3 phút. Thời gian lưu 1,5-12h . Thời gian lưu ngắn
năng suất cao nhưng kích thước tinh thể chưa đủ lớn, thời gian phản ứng nhanh
quá không điều khiển nồng độ SO 42- tự do, không điều khiển [H 2SO4] đưa vào dư
1,5%.
b.
Quá trình lọc rửa
Thiết bị lọc quay kiểu máng nghiên

−
−

Thiết bị lọc bàn quay
Thiết bị kiểu lọc băng tải
5 Bước lọc:

−
−
−
−
−
−

Tập chung bùn (canxi sunfat – H3PO4) lên thiết bị lọc
Lọc hút chân không: bã, H3PO4

Rửa bã
Tách bã ra khỏi bể lọc
Làm sạch vải lọc
Năng suất q trình lọc phụ thuộc kích thước CaSO 4 tạo thành, độ nhớt, nồng độ

H3PO4 cao → độ nhớt lớn.
c.
Cô đặc
− Axit photphoric sản phẩm 26 – 32 % P 2O5 → sử dụng trong một số quy trình sản
−

xuất phân bón.
Nhưng phần lớn suer dụng H3PO4 có % P2O5 cao hơn:

TSP-den process

Nồng độ axi,
% P2O5
50 – 54

TSP-slurry process

38 – 40

DAP

Khoảng 40

Sử dụng


11

Sử dụng
MAP
Vận chuyển ( cấp độ
buôn bán)
Axit superphotphoric
cho vận chuyển hoặc

Nồng độ axi,
% P2O5
40 - 54
50 - 60
68 - 70


sản suất phân lỏng

Cô đặc H3PO4 lên nồng độ 98%, khó thực hiện nồng độ cao,độ nhớt cao.
−

Hệ thống cơ đặc có buồng đốt ngồi là thiết bị trao đổi nhiệt E1giai nhiệt bằng hơi

−
−

nước dạng ống chùm.
H3PO4 qua quá trình lọc cho vào thiết bị cơ đặc E2
Hơi thứ thoát ra là nước và hợp chất clo. Qua S3 thiết bị phân ly tách giọt, khí thốt
ra hơi thứ dùng nước rửa khí tại thiết bị rửa khí C4, có HSiF 6 sản phẩm dùng thuốc


trừ sâu.
− Hơi thốt ra ở thiết bị C4 đi vào thiết bị ngưng tụ (hệ thống chân khơng có buồng
bốc)
− Cơ đặc có lẫn CaSO 4,nồng độ H3PO4 tăng lên CaSO4↓ bám lên bề mặt truyền nhiệt,
cặn kết tủa cũng bám lên thiết bị cô đặc→ thiết bị cô đặc và thiết bị trao đổi nhiệt
riêng biệt dể vệ sinh.
− Giai nhiệt ở nhiệt độ cao, nồng độ axit cao, phải chế tạo thiết bị chống ăn mòn.
d.

Các phương pháp sản xuất thường dùng

Dạng kết
tinh

Số bước
tách

Nồng độ
axi, %
P2O5
12

Nhiệt độ
phản
ứng

Nhiệt độ tái
kết tinh



4.
a.

Dihydrat

1

26 – 32

70 – 85

-

Hemihydrat

1

40 – 50

85 – 100

-

Hemihydrat
Dihydrat

1

26 – 30


90 – 100

50 – 60

Dihydrat–
hemihydrat

2

40 – 50

90 – 100

50 – 65

HemihydratDihydrat

2

35 - 38

65 - 70

90 - 100

Các phương pháp thường dùng
Phương pháp Dihydrat

Quặng nghiền mịn cho vào thiết bị phản ứng R5 chung với bùn

Ca5F(PO4)3 + H2SO4 + nH3PO4 → CaSO4.2H2O↓+ (n+3)H3PO4 +HF
Bùn:
Gđ1: Ca5F(PO4)3 + H3PO4 → Ca(H2PO4)2 +HF
Gđ2: Ca(H2PO4)2 +H2SO4 → CaSO4.2H2O + H3PO4 51
−

H2SO4 trộn H3PO4 tuần hoàn tỏa nhiệt lớn làm hh nóng lên bay hơi hợp chất của Cl,
SiF42- .

13


−

Sau đó vào thiết bị phản ứng R5, gồm 3 thiết bị nối tiếp nhau. Giai đoạn 1 thực hiện
ở 2 thiết bị đầu, cần CaSO4.2H2O phải kết tinh lớn để dễ lọc. Tạo mần (k để mầm tự
nhiên): do số lượng mần nhiều thì lượng tinh thể nhỏ, cần tuần hoàn mần trở lại
nhằm điều khiển nhiệt độ trong khối phản ứng 70- 85 0C, nhiệt độ tăng k tạo

dihydrat.
− Bơm toàn bộ hỗn hợp bằng bơm P6 sau đó qua q trình lọc bằng thiết bị lọc F7a –
F7d. Trong thiết bị lọc nồng độ P 2O5 30%, bã rửa tận thu H3PO4 nước lấy rửa sạch
hoặc lắng H3PO4. Rửa từ 2-3 lần, dung dịch rửa cuối cùng là axit tuần hoàn lại.
− Nồng độ H3PO4 thấp qua thiết bị bay hơi chân không ( cô đặc ) E8, q trình cơ đặc
nằm ở vùng đốt ngồi, độ nhớt cao khó cơ đặc.
Hàm lượng rắn trong khối phản ứng 35-45% tuần hoàn H 3PO4 trở lại, tạo hỗn
hợp linh động hơn→ dễ vận chuyển, lọc rửa. Nếu quá lỗng khó cơ đặc. Nếu kém
linh động, khó bơm, khó khuyếch tán giảm tốc độ phản ứng.
Lượng H3PO4 sao cho H2SO4 tự do 1,5 % tùy thuộc vào loại quặng.
−

+
+
+

Tổn thất P2O5 do:
Không bị phân hủy.
Đồng kết tinh CaSO4.nH2O, CaHPO4 ↓ kết tinh trong tinh thể → tổn thất P2O5
Qúa trình lọc rửa khơng hồn tồn → nước đưa nhiều H 3PO4 lỗng → khơng thể

tách P2O5 hồn tồn.
+ Tràn, bắn ra ngoài.
b.
Phương pháp Hemihydrat
Axit H2SO4 đưa vào 2 giai đoạn
Gđ1: 2 thiết bị hoặc 1 thiết bị chia đôi, Thể tích thiết bị R-1a, R -1b ở 2 giai
đoạn là 2:1
H3PO4 + Ca5(PO4)3F → Ca(H2PO4)2 +HF
Gđ 2: Axit H2SO4 tuần hoàn trở lại. 56
Ca(H2PO4)2 +H2SO4→ CaSO4.1/2 H2O + H3PO4

14


Bùn photphat từ thiết bị giai đoạn 2 làm lạnh phun có hút chân khơng ở thiết
bị phản ứng 1a. Bùn bơm lên thiết bị làm nguội phun, làm mát chân không, thiết bị
khối phản ứng 98-1000C, bùn chảy tràn qua thiết bị R1b đến R2. Kiểm soát chặn chẽ
dao động không quá 20C. Axit H2SO4 không tiếp xúc trực tiếp với quặng.
Sau đó qua thiết bị lọc băng tải F3, dùng nước để rửa, nước rửa cuối cùng
quay lại R2. Nồng độ H3PO4 45- 50% P2O5 thì kết tinh hemihydrate tùy thuộc vào
lượng nước đưa vào.

Cho nước vào rửa bã, nước rửa cuối cùng quay lại giai đoạn 2, nước được
khống chế 40 – 50% P2O5 để tạo ra HH.

−

Ưu điểm :

Nồng độ H3PO4 sản xuất ra có nồng độ cao 40-50%, sản xuất phân bón, thương

phẩm →khơng cần cơ đặc nửa tiết kiệm, giảm chi phí đầu tư.
− Sản phẩm H3PO4 tinh khiết hơn, nồng độ SO42- tự do nhỏ hơn dihydrat. Do:
+ Quá trình thực hiện phản úng yêu cầu lượng axit tự do ít hơn nên H 2SO4 ít, tạp chất
ít.
+ Nhiệt độ phản ứng cao hơn làm hợp chất F- bay nhiều hơn, tinh khiết hơn.
+ u cầu kích thước hạt quặng khơng khắc khe, nhiệt độ cao, tốc độ phản ứng cao
hạt quặng không cần nghiền mịn →giảm chi phí. Hàm lượng các chất lơ lửng ít
hơn.
15



−
−

Nhược điểm:

Tốc độ lọc chậm → chi phí lọc tăng
Tinh thể mịn: tinh thể hemihydrate có đường kính d CaSO 4.1/2H2O< d CaSO4.2H2O,
vải lọc chặt hơn, lọc H3PO4 nên chất lơ lửng ít hơn, bít vải lọc nhiều hơn → năng


−

suất lọc thấp.
Mất mát P2O5 nhiều, lượng nước đưa vào thiết bị khống chế, q trình lọc rửa

khơng hồn tồn →tổn thất P2O5 nhiều hơn, sản phẩm phụ kém chất lượng.
− Ăn mòn thiết bị cao do nhiệt độ cao, nồng độ cao.
− Hiện tượng đóng cặn,dạng CaSO 4.1/2H2O là giả bền. Khi thay đổi nhiệt độ từ pư
qua lọc gảm nhiệt độ xuống xảy ra hiện tượng tái kết tinh:
CaSO4.1/2H2O +H2O→CaSO4. H2O
−

Đóng cặn đường ống, bơm, vải lọc bị bít →khó lọc.
c.
Phương pháp HDH

Phương pháp này lọc ly tâm hút chân không nên tách được một lượng lớn
bùn.
−

Quặng cho vào thiết bị phản ứng, bùn hoàn lưu cũng cho vào đây, chảy tràn qua

thiết bị 2 thực hiện phản ứng phân hủy.
− Giai đoạn đầu thực hiện phân hủy dihydrat nồng độ 26- 32% ở nhiệt độ 70 0C.
− H3PO4 32- 36% P2O5 cao tạo điều kiện kết tinh hemihydrate thực hiện bằng hệ thống
lọc ly tâm. Qúa trình lọc ly tâm tách ra 1 lượng lớn bùn H 3PO4 32- 36%

16



−

Quá trình phân hủy 2 hỗn hợp bùn 1 phần lọc tách, 1 phần thiết bị tái kết tinh
nhanh đưa nước tăng giảm nhiệt độ, lượng nhỏ H 3PO4. Dung dịch lọc rửa tuần hồn
q trình phản ứng.


−
−
−
−

Ưu điểm:

Nồng độ sản phẩm tương tự HH(45%).
Kích thước hạt quặng khơng khắc khe như dihydrat.
Tái kết tinh dihydrat tạo thạch cao sạch hơn, sử dụng cho nhiều mục đích.
Thu CaSO4.1/2H2O (sản phẩm có thể tự khơ), độach cao được sử dụng nhiều trong
thực tế.


−

Nhược điểm:

Axit sản phẩm thu được nồng độ thấp hơn phương pháp hemihydrate – dihydrat

với lọc trung gian nhưng cao hơn phương pháp dihydrat.
− Thêm bước lọc thêm chi phí.
d.

HDH

Axit H2SO4 đưa vào 2 giai đoạn:
Gđ1: 2 thiết bị hoặc 1 thiết bị chia đơi, Thể tích thiết bị R-1a, R -1b ở 2 giai
đoạn là 2:1
Gđ 2: Axit H2SO4 tuần hoàn trở lại.

17


−

Bùn photphat và bùn hoàn lưu làm nguội ở thiết bị pư 1a. Bùn bơm lên thiết bị làm
nguội phun, làm mát chân không, thiết bị khối pư 98-100oC, bùn chảy tràn qua
thiết bị R1b để thực hiện qt phân hủy rồi đến R2.
Sau đó qua thiết bị lọc nằm ngang F3 thu H3PO4, dùng nước để rửa, nước rửa
cuối cùng quay lại R2. Nồng độ H3PO4 phóng chế 45- 50% P2O5.

−

Bã hemihydrate, chất rắn tách ra lọc rửa, tái sinh ở các thùng chuyển hóa T4, T5
chuyển hemihydrate thành dehydrate. Thời gian lưu để tinh thể đủ lớn, nồng độ

−

P2O5 giải phóng ra ở giai đoạn thứ 2 quá trình lọc rửa.
Gđ 2 quá trình lọc rửa: thu hồi P2O5 tách ra tái kết tinh, dung dịch sau rửa tuần
hoàn cuối cùng của HH.



−
−
−

Ưu điểm:

Nồng độ sản phẩm tương tự HH(45%).
Kích thước hạt quặng khơng khắc khe như dihydrat.
Tái kết tinh dihydrat tạo thạch cao sạch hơn, sử dụng cho nhiều mục đích.
- Nhược điểm:

Tốn thời gian, nhiên liệu nhiều nhất.
− Thêm bước lọc rửa tăng chi phí
−

18