Изменение кислотности среды в процессе разложения апатита серной кислотой

Аннотация

Выполнено экспериментальное исследование процесса разложения Ковдорского апатита с определёнными размерами частиц, в реакторе периодического действия объемом 1 дм3 при перемешивании реакционной смеси, начальной концентрации фосфорной кислоты 17% мас. в системе: Апатит-H3PO4–H2SO4-H2O. Серная кислота вводилась в стехиометрическом количестве в начале процесса. Процесс проводили при соотношении Ж:Т 2,5:1, при температуре 78-82°С. Наблюдение за ходом процесса проводили по методике совместного определения серной и фосфорной кислот титриметрическим анализом состава реакционной смеси в присутствии метилового оранжевого, а затем фенолфталеина. Определяли концентрацию фосфорной кислоты, концентрацию избыток или недостаток серной кислоты и концентрацию геля монокальцийфосфата. Фиксировали кислотность реакционной смеси по показаниям рН-метра (рН-105 МА с электродом стеклянным комбинированным – ЭСК-10603). В системе апатит-H3PO4–H2SO4-H2O, при анализе полученных эксперименальных значений указанных параметров показано, что в ходе процесса pH реакционной смеси повышается до значений рН 6,3 в течение порядка 30 минут, а затем происходит его уменьшение до значений рН 4,5–5. Сравнение зависимости значений рН от концентрации серной кислоты в водном растворе фосфорной кислоты и значений рН реакционной смеси при соответствующих концентрациях серной и фосфорной кислот показывает, что значение рН реакционной смеси определяется присутствующим в смеси промежуточным продуктом – гелем монокальцийфосфата. Процесс разложения апатита в системе апатит-H3PO4-H2SO4-H2O протекает в несколько стадий. В начале проходит быстрое разложение фосфатного сырья фосфорной кислотой и соответствующее изменение рН реакционной смеси, связанное с накоплением в растворе монокальцийфосфата. Затем происходит медленное разложение монокальцийфосфата серной кислотой и соответствующее уменьшение рН до 4,5–5. Значение pH в конце процесса определяется физико-химическими свойствами фосфорной кислоты присутствующей в реакционной смеси. На всех стадиях процесса происходит постоянное увеличение концентрации фосфорной кислоты связанное с разложением геля монокальцийфосфата..