Кристаллизация нитрата кальция.

Процесс выделения кальция из раствора разложения основан на уменьшении растворимости нитрата кальция при понижении температуры раствора.

Нитрат кальция кристаллизуется в виде тетрагидрата (Са(NО_з)₂·4 Н₂О). Теплота кристаллизации +711,8 кДж/кг (+170 ккал/кг).

Для получения готового продукта (NРК) с содержанием водорастворимой формы оксида фосфора Р₂О₅, соответствующим ТУ, необходимо удалить из раствора 80-85 % кальция от общего количества, вводимого с апатитовым концентратом.

Это требование обеспечивается при конечной температуре охлаждаемого раствора минус 3 – минус 12С при использовании для разложения 57 % азотной кислоты и выдерживании DR = 1,27-1,29 (при подаче раствора амселитры в аппарат для разложения I DC 009) и DR = 1,31-1,33 (без подачи раствора амселитры в аппарат для разложения I DC 009).

При понижении концентрации азотной кислоты или увеличении ее избытка для получения качественного готового продукта конечная температура охлаждаемого раствора должна быть понижена.

Показателем полноты выделения нитрата кальция из раствора разложения является отношение массовой доли кальция к массовой доле оксида фосфора (Са/Р₂О₅) в маточном (нитрофосфатном) растворе, которое должно составлять не более 0,19. Отношение Са/Р₂О₅ определяется аналитически.

Кристаллизация ведется в 15 аппаратах FА 017 А - 0 периодического действия, но организован процесс таким образом, что обеспечивает непрерывную работу предыдущей и последующей операции (разложения и фильтрации). Отвод тепла производится через змеевики, вмонтированные в кристаллизатор. Для лучшего теплообмена установлены мешалки.

В качестве хладоагента используется 20 % аммиачная вода с начальной температурой минус 25 – минус 4 С, а конечной (15-40) С.

Регенерация (охлаждение) "теплого" хладоагента осуществляется за счет холода, полученного при испарении аммиака, используемого в процессах нейтрализации раствора нитрофосфата и для получения карбоната аммония. Недостаток холода компенсируется фреоновым компрессором.

Охлажденный хладоагент до температуры минус 25 – минус 4 С поступает в кристаллизатор с самой низкой температурой суспензии, наиболее близкой к конечной и затем последовательно передается из кристаллизатора в кристаллизатор, постепенно нагреваясь. Пройдя все кристаллизаторы, хладоагент поступает в тот, куда залит свежий раствор разложения, т.е. движение хладоагента осуществляется противотоком к охлаждаемому раствору, что обеспечивает уменьшение разности температур между раствором и хладоагентом и, следовательно, способствует снижению инкрустации теплообменной поверхности. Но так как инкрустация все же имеет место, очистка змеевиков происходит при заполнении кристаллизаторов "горячим" раствором разложения, в котором осевший на поверхности осадок растворяется.

Фильтрация и промывка кристаллов тетрагидрата нитрата кальция (сn)

Из кристаллизаторов FА 017 А-О суспензия (раствор с выпавшими кристаллами нитрата кальция) самотеком поступает в расходный бак FА 018, из которого также самотеком через донные клапаны направляется на фильтрацию.

Фильтрация должна обеспечивать максимально возможное отделение раствора нитрофосфата от нитрата кальция, а промывка - регламентированное содержание оксида фосфора и свободной азотной кислоты в нитрате кальция., Качественная фильтрация и промывка снижают потери оксида фосфора с кристаллами тетрагидрата нитрата кальция Са(NО_з)₂·4Н₂О, обеспечивают хорошие фильтрующие свойства мела, получаемого из нитрата кальция при его конверсии и способствуют ведению процесса конверсии в пределах норм технологического режима.

Процессы фильтрации и промывки кристаллов нитрата кальция осуществляются на двухступенчатых барабанных вакуум-фильтрах FD 019 А-Е. На первом барабане нитрат кальция отфильтровывается, а на втором - промывается азотной кислотой и водой с образованием промывной кислоты.

Для дальнейшей транспортировки и переработки кристаллический тетрагидрат нитрата кальция переводится в расплав.

Для обеспечения производительности агрегата установлено 5 фильтров с поверхностью фильтрации каждого барабана 4,5 м².

В процессе фильтрации кристаллы нитрата кальция оседают на фильтрующей поверхности. По мере вращения барабана происходит отделение раствора нитрофосфата, а кристаллы поступают в зону съема осадка, где происходит разрыхление, отдувка осадка и снятие его при помощи скребка.

Отфильтрованный нитрофосфатный раствор поступает в сборник FА 035, откуда насосами направляется на нейтрализацию через теплообменник ЕА 008, в котором охлаждается азотная кислота, используемая для промывки нитрата кальция.

За счет проскока через фильтровальную сетку твердой фазы, в нитрофосфатный раствор попадают мелкие кристаллы нитрата кальция и большая часть нерастворившихся при разложении примесей.

Нитрат кальция смывается с ножа первого барабана промывной кислотой и поступает в лоток второго барабана. Промывная кислота подается из сборника FА 034.

На второй ступени фильтра кристаллы нитрата кальция, репульпируются во взвешенном состоянии в циркулирующей промывной кислоте, отделяются на фильтре, затем промываются свежей азотной кислотой и очищенной промывной водой.

Количество свежей азотной кислоты, промывной кислоты для промывки и воды должно быть минимальным, чтобы уменьшить количество растворившихся кристаллов нитрата кальция, которые с промывной кислотой возвращаются в аппарат для разложения I. Чтобы обеспечить содержание Р₂О₅ в расплавленном нитрате кальция не более 0,35 % на один фильтр расходуется 3-7 м³/ч свежей кислоты. Чтобы содержание азотной кислоты в расплавленном нитрате кальция поддерживалось не выше 4 % расходуется 0,5-1 м³/ч воды на один фильтр.

Температура азотной кислоты и воды, подаваемых на промывку кристаллов нитрата кальция, должна быть минимальной, чтобы уменьшить количество растворяющихся кристаллов. Азотная кислота охлаждается в холодильнике ЕА 008 до температуры 15-25 С холодным раствором нитрофосфата (маточным раствором).

Вода для промывки отбирается с температурой 10-15 С.