(Hóa học ngày nay-H2N2)-Hiệu quả sản xuất của nhà máy axit phốtphoric nhìn chung bị ảnh hưởng bởi tính chất của quặng phốtphat được sử dụng. Trong đó, những tính chất ảnh hưởng mạnh nhất đến hiệu quả của nhà máy là:
– Các tính chất hóa lý
– Khả năng nghiền
– Tiêu thụ axit sunphuric và tiêu thụ nhiệt
– Chất lượng và hoạt tính vật lý
– Hàm lượng các tạp chất
Phần lớn axit phốtphoric được sản xuất bằng quy trình trích ly, trong đó quặng phốtphat phản ứng với axit sunphuric để tạo ra axit phốtphoric và sản phẩm phụ canxi sunphat. Tùy theo quy trình được sử dụng, canxi sunphat có thể ở dạng gip (CaSO4. 2H2O) hoặc hemi-hydrat (CaSO4.1/2H2O). Sản phẩm phụ này phải được loại bỏ khỏi axit phốtphoric bằng cách lọc. Bề mặt cần thiết để lọc chất rắn thay đổi tùy theo dạng phốtphat, các thông số quá trình, kiểu chất phụ gia được sử dụng và dạng của canxi sunphat.
Khi sản xuất axit phốtphoric, khả năng lọc của bùn là một thông số then chốt rất quan trọng. Nó phụ thuộc vào nhiệt độ, hàm lượng sunphat, hàm lượng P2O5 của dung dịch và hàm lượng chất rắn của bùn. Tất cả những thông số này ảnh hưởng đến cỡ và dạng của tinh thể sunphat. Ngoài ra, dạng của tinh thể còn bị ảnh hưởng bởi xuất xứ của quặng phốtphat và việc bổ sung phụ gia.
Các chất phụ gia thực hiện một phạm vi rộng các chức năng thiết yếu trong nhà máy sản xuất axit phốtphoric: một số phụ gia nhất định giải quyết những ảnh hưởng bất lợi của quặng được sử dụng, trong khi đó các phụ gia khác có vai trò đặc biệt là nâng cao chất lượng của axit phốtphoric và thay đổi hình dạng của tinh thể canxi sunphat.
Các chất khử bọt
Một vấn đề lớn trong các nhà máy sản xuất axit phốtphoric là sự tạo bọt. Quặng phốtphat thường chứa khoảng 1-10% CO2 và khoảng 4-6% các chất hữu cơ. Khi quặng bị phân hủy bởi hỗn hợp axit sunphuric và axit phốtphoric, những lượng bọt lớn sẽ được tạo thành. Khi để nguyên, bọt này sẽ trở nên bền và có thể chảy tràn vào các bể phân hủy. Sự có mặt của những lượng lớn bọt và/hoặc khí sẽ làm giảm hiệu quả phản ứng và tính ổn định của sự kiểm soát hóa chất, vì lượng bùn tuần hoàn giảm, công suất phản ứng và hiệu suất bơm cũng giảm.
Người ta đã quan sát thấy rằng, nếu bọt được loại bỏ ngay từ khi tạo thành thì tinh thể gip được tạo ra sẽ có thể được lọc tốt hơn. Sau khi loại bỏ bọt ra khỏi chu trình phân hủy quặng,có thể tăng đáng kể tốc độ lọc và hiệu suất rửa.
Tại các nhà máy cũ, đã vận hành lâu năm, đôi khi người ta muốn tăng tốc độ phản ứng lên trên công suất thiết kế danh định. Tốc độ bơm và tuần hoàn trở nên quan trọng trong việc duy trì sự làm mát thích hợp và kiểm soát sunphat một cách ổn định. Việc làm mát thích hợp sẽ làm tăng sự tạo thành cặn trong các môi trường bơm và làm tắc thiết bị lọc, do đó làm giảm số giờ vận hành vì phải ngừng máy để rửa và làm sạch các điểm bị ảnh hưởng. Sunphat hình thành do sự tuần hoàn kém cũng có thể làm mất phốtphat tan trong xitrat và giảm hiệu suất lọc, do đó giảm tốc độ vận hành hoặc làm tăng thất thoát phốtphat tan trong nước.
Bọt có thể được loại bỏ bằng các phương tiện cơ học, nhưng phương pháp này dẫn đến các sản phẩm khó thao tác. Phương pháp được áp dụng rộng rãi hiện nay là bổ sung các chất hoạt động bề mặt hoặc các chất khử bọt có bán trên thị trường. Chúng giúp phá bọt vỡ và sau đó lượng bọt lỏng được đưa trở lại bùn.
Các tác nhân khử bọt đã được phát triển để giải quyết vấn đề này. Hiện có nhiều hợp chất có thể hỗ trợ việc kết tập bọt. Nhìn chung, chất khử bọt không tan trong môi chất tạo bọt và có các tính chất của bề mặt hoạt tính. Một đặc điểm cơ bản của chất khử bọt là độ nhớt thấp và khả năng lan truyền nhanh trên bề mặt bọt. Thế hệ đầu tiên của các chất khử bọt là các sản phẩm dầu lửa, dầu nhiên liệu hoặc các sản phẩm dầu nhẹ khác có khả năng phá vỡ bọt. Các loại dầu thực vật béo khác cũng đã được sử dụng, trong khi đó các loại rượu béo cũng đã chứng tỏ là các tác nhân khử bọt có hiệu quả, nhưng nhược điểm là giá thành cao. Các loại rượu này có thể được bổ sung vào các sản phẩm khử bọt đi từ dầu để tăng hiệu quả của chúng. Thế hệ mới nhất các chất khử bọt là các loại huyền phù nước trong dầu và các huyền phù dầu trong nước. Chúng trở thành nổi bật sau khi dầu mỏ trở nên đắt đỏ từ thập niên 1970 trở đi. Gần đây, các chất khử bọt với thành phần silicon đã được phát triển, sử dụng các chất tạo nhũ khác nhau và các loại dầu silicon biến tính. Những chất khử bọt này có ưu điểm là ít gây ra các xáo trộn bề mặt, có thể rửa tốt hơn và giảm nhu cầu oxy sinh học.
Các chất khử bọt giúp tăng tối đa tốc độ tuần hoàn của dung dịch phản ứng, hỗ trợ môi trường ổn định và có kiểm soát để tạo thành các tinh thể cho quá trình lọc và thu hồi P2O5.
Công ty ArrMazCustomChemical, một trong những nhà cung ứng hàng đầu thế giới đối với các hóa chất xử lý quá trình trong sản xuất phân bón, hiện đang cung ứng các tác nhân kiểm soát bụi, các tác nhân chống kết dính, các chất khử bọt, các tác nhân trợ lọc và trợ giúp tạo hạt.
Trong số những nhà cung ứng hàng đầu châu Âu về chất khử bọt sử dụng trong các nhà máy sản xuất axit phốtphoric có Công ty Blackburn Chemicals (Anh) và Công ty Seppic (Pháp).
Các tác nhân biến tính tinh thể để hỗ trợ quá trình lọc
Các tác nhân này được sử dụng để xử lý quặng phốtphat từ các nguồn khác nhau trong cùng một nhà máy. Chúng làm thay đổi cỡ và hình dạng của các hạt canxi sunphat, giảm tỷ lệ chiều dài/chiều rộng, đôi khi tạo thành các kết tập và tạo ra độ phân bố cỡ hạt hẹp. Do đó, chúng cải thiện khả năng lọc của bùn phản ứng và hiệu quả hoạt động của nhà máy sản xuất axit phốtphoric. Các phụ gia biến tính tinh thể có thể có thành phần chính là các chất hữu cơ hoặc vô cơ.
Phần lớn các phụ gia dạng khoáng chất này đều có thành phần chính là alumin hoặc silic oxit, thường có nguồn gốc từ đất sét hoặc tro. Silic oxit hoạt động như tác nhân tạo phức flo, phức này có tác động bất lợi đến sự kết tinh nhờ hỗ trợ tạo thành các hạt dạng kim. Alumin có tác động tương tự, nó tạo thành phức với flo trong quặng nhưng cũng có tác động tích cực đến hình dạng tinh thể nhờ giảm tốc độ kết tinh.
Một số phân tử hữu cơ cũng có tác động biến tính tinh thể. Ví dụ, các chất này gồm có dodexylbenzensunphonic axit (với nồng độ cho đến 5 g/kg dung dịch), di-isooctylsunphoxinat, alkylarylsunphonat sử dụng trong quá trình hemihydrat, và etylen oxit với dầu nhựa thông hoặc không có axit béo. Cơ chế cơ bản của các sản phẩm này là làm chậm lại quá trình phát triển tinh thể trên bề mặt phát triển nhanh của tinh thể. Sử dụng các tác nhân biến tính tinh thể là phương pháp có hiệu quả để tăng năng suất lọc của nhà máy axit phốtphoric, thường trong phạm vi 25 – 30oC, trong khi đó các chất biến tính dạng vô cơ với thành phần chính là Al2O3 và SiO2 có thể làm tăng năng suất lọc ở nhiệt độ cho đến 100oC. Việc lựa chọn các chất biến tính tinh thể để nâng cao hiệu quả của quá trình lọc axit phốtphoric cần phải dựa trên tiêu chí tăng tối đa khả năng lọc của bùn được tạo ra.
Các chất biến tính tinh thể cần phải được đưa vào ở đầu dòng, từ khi tạo nhân canxi. Các chất biến tính dạng hữu cơ có thể có những tính chất bổ sung như chống tạo bọt hoặc giảm cặn.
Công ty Seppic đã phát triển một số sản phẩm biến tính tinh thể nhãn hiệu Montaline với thành phần vô cơ, bao gồm hỗn hợp các chất hoạt động bề mặt đáp ứng các yêu cầu của ngành công nghiệp phốtphat – cụ thể là ở dạng lỏng, dễ bơm ở nhiệt độ phòng, tương thích với các lớp lót cao su.
Trong các thử nghiệm dựa trên quy trình Mark IV Prayon, sử dụng quặng phốtphat Marốc, chất biến tính Montaline được bổ sung vào dung dịch axit phốtphoric loãng với tốc độ đến 500g/tấn P2O5 đã mang lại kết quả là tăng tối đa 38% tốc độ lọc. Ngoài ra, người ta còn quan sát thấy rằng:
– Bùn đồng đều hơn
– Tinh thể có xu hướng tụ tập với nhau, tạo thành các khối lớn hơn
– Độ phân bố của cỡ hạt gip nhỏ hơn
– Đường kính trung bình của tinh thể gip tăng khoảng 24%.
Các chất keo tụ
Để tạo điều kiện xử lý cả các loại quặng phốtphat với bậc chất lượng ngày càng giảm, nhiều nhà sản xuất đã bổ sung các tác nhân keo tụ vào bùn trước khi lọc. Các tác nhân này có tác dụng cải thiện quá trình lọc nhờ chúng bao bọc silic oxit vô định hình trong quặng.
Keo tụ được định nghĩa là quá trình mà ở đó các chất keo sẽ trở thành huyền phù và tập hợp ở dạng cụm xốp hoặc bông tuyết. Tác động này khác với kết tủa ở chỗ là các chất keo được chuyển thành huyền phù ở dạng lỏng mà không thực sự tan trong dung dịch. Việc bổ sung các chất keo tụ giúp cải thiện sự lắng cặn và khả năng lọc của các hạt gip cũng như các tạp chất khác, với mục đích làm cho axit trở nên trong và giúp loại bỏ gip kết tủa cũng như các phốtphat kim loại nặng.
Nhiều chất keo tụ là các cation đa hóa trị, ví dụ cation nhôm, sắt, canxi hoặc magiê. Các ion tích điện dương này tương tác với các hạt và ion tích điện âm, do đó hỗ trợ sự kết tập. Nhiều hóa chất keo tụ cũng có thể phản ứng với nước, tạo thành các hydroxit không tan mà khi kết tủa sẽ liên kết với nhau tạo thành các chuỗi dài hoặc các lưới, thu giữ các hạt nhỏ thành bông lớn hơn.
Nhiều hóa chất có thể được sử dụng làm chất keo tụ, ví dụ nhôm sunphat, canxi oxit, natri silicat, polyacrylamit,
Những nhà cung ứng hàng đầu các chất keo tụ cho ngành sản xuất phân lân là Công ty ArzMaz. Tại Trung Quốc, nhà cung ứng hàng đầu là Weihan Kehai Chitosan Co.
Các nhà cung ứng các chất hoạt động bề mặt và các phụ gia cho sản xuất axit phốtphoric thường liên lạc chặt chẽ với các công ty chuyên về công nghệ phốtphat. Ví dụ, Công ty Seppic đã hợp tác với Công ty Prayon SA để tập trung đặc biệt vào việc cải thiện quá trình kết tinh gip. Tương tự, Công ty ArzMaz cũng liên lạc chặt chẽ với các nhà sản xuất phốtphat tại
Hoàng Vân
Nguồn Vinachem
