Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «химия» для специальностей 5в090100- организация перевозок, движения и эксплуатация транспорта (стр. 4 )

Суммарная реакция разложения апатита серной кислотой:

2Са5(РО4)3F + 7Н2SO4+6,5Н2О = 3Са(Н2РО4)2Н2О+7СаSO4·0,5Н2О + 2НF (1)

на самом деле реакция разложения апатита серной кислотой протекает

в две стадии.

В первой стадии фторапатит реагирует с серной кислотой:

Са5(РО4)3F + 5Н2SO4+2,5Н2О = Н3РО4+5СаSO4·0,5Н2О + НF        (2)

Вторая стадия реакция протекает с затухающей скоростью и может длиться до 15-30 суток:

Са5(РО4)3F + 7Н3РО4+5Н2О = 5Са(Н2РО4)2Н2О+НF        (3)

Процесс кислотного разложения фосфоритов Каратау, в отличие от разложения апатита, протекает в три стадии.

Первая стадия реакции:

Са5(РО4)3F + 5Н2SO4 =5СаSO4+3 Н3РО4+НF        (4)

Ca, Mg(CO3)2+2Н2SO4 = СаSO4+MgSO4+2СО2+2Н2О        (5)

MgSO4+2Н2SO4 = MgSO4+SiO2+2Н2О        (6)

Заканчивается образованием водного раствора, содержащего фосфорную кислоту и сульфат магния.

Вторая стадия реакции:

Са5(РО4)3F + 5MgSO4 + 7Н3РО4 = 5СаSO4+ Mg(Н2РО4)2+НF        (7)

По завершении 2-й стадии в жидкой фазе остаются в основном Н3РО4, Mg(Н2РО4)2 и Н2О.

Третья  стадия  реакции состоит  в  разложении  остаточного  апатита фосфорной кислотой в присутствии Mg(Н2РО4)2:

Са5(РО4)3F + 7Н3РО4= 5Са(Н2РО4)2+НF        (8)

Полуторные оксиды, содержащиеся как в апатитах, так и фосфоритах

образуют фосфаты:

Fe2O3+H2SO4 + Са(Н2РО4)2 = 2FeРО4 + СаSO4+ 3Н2О	(9)
Al2O3+ H2SO4+Са(Н2РО4)2 = 2AlРО4 + СаSO4 + 3Н2О	(10)
Стехиометрический расход серной        кислоты	для	апатита

рассчитывается по содержанию в нем Р2О5 по уравнению (1):

= = 1,61 м. ч./м. ч. Р2О5

а на 100 м. ч. апатита, содержащего а, %т Р2О5

а·1,61= м. ч. H2SO4

при использовании для разложения раствора H2SO4 с концентрацией С. расход серной кислоты в натуре

м. ч./100 м. ч. апатита

или    об. ч.,

где с - плотность принятого раствора H2SO4.

В случае применения для получения простого суперфосфата фосфорита Каратау расход серной кислоты рассчитывают по уравнениям 1, 5, 9, 10. В соответствии с этими уравнениями должны быть приняты следующие стехиометрические коэффициенты для расчета расхода H2SO4 для соответствующих оксидов.

= = 1,61 м. ч.  = = 2,33 м. ч.

= = 0,61 м. ч.  = = 0,96 м. ч.

Расход H2SO4 на фосфорит определенного состава:

N

=1,61·а1+2,33·а2+0,61·а3+0,96·а4

где а1, а2 ,а3 ,а4 - содержание Р2О5, СО2, Fe2O3,Al2O3 в сырье, проценты.

Расход раствора H2SO4 в массовых или объемных единицах находят, как было приведено выше.

Практически применяемый расход H2SO4 при переработке фосфоритов на 3-5% превышает стехиометрический.

       Оборудование и реактивы: Сушильный шкаф, химическая посуда, аналитические и технические весы, фотоколориметр.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА

ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ:

Работа состоит из следующих этапов:

Расчет нормы и количества серной кислоты Приготовление простого суперфосфата при заданных условиях опыта Определение содержания общей,         усвояемой, водорастворимой и свободной форм Р2О5 в суперфосфате Расчет показателей производства

При получении суперфосфата в условиях периодического смешения реагентов отвешивают в фарфоровую чашку 30-100 г апатитового концентрата или фосфоритной муки. Требуемое количество кислоты помещают в предварительно взвешенный стакан емкостью 0,3-1 дм3 и ее подогревают до 50-600С. При достижении заданной температуры всыпают в стакан постепенно в течение 2-3 мин. Фосфатное сырье. Засыпку производят при перемешивании смеси механической мешалкой или вручную. По окончании загрузки сырья пульпу  продолжают перемешивать еще в течение 3-4 мин. Затем стакан с суперфосфатной массой помещают в сушильный шкаф, в котором поддерживают температуру 105-1100С. При этой  температуре  суперфосфат выдерживают в шкафу в течение 1 часа, что приближается к режиму созревания суперфосфата в камере. По истечении указанного времени стакан вынимают из сушильного шкафа, охлаждают и взвешивают. Затем полученный суперфосфат подвергается анализу на содержание в нем общей, водорастворимой, усвояемой и свободной форм Р2О5.

В  простом суперфосфате все формы         Р2О5        можно определить фотоколориметрическим методом.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ АНАЛИЗОВ

Определение общей Р2O5

Приблизительно 1-2г простого суперфосфата взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002г, переносят в мерную колбу емкостью 250мл и добавляют 50мл раствора соляной кислоты концентрацией 20%НСI, и кипятят на медленном огне 30мин, добавляя воду по мере упаривания раствора до объема примерно 50мл. После охлаждения доводят дистиллированной водой до метки. Тщательно перемешивают и фильтруют, отбрасывая первые порции фильтрата. Отбирают пипеткой 1мл фильтрата и переносят в мерную колбу на 100мл, доливают водой до 50мл, прибавляют 25мл реактива на фосфаты (раствор Г) и доводят водой до метки, тщательно перемешивают. Через 10...15мин измеряют оптическую плотность относительно раствора сравнения.

Раствор сравнения готовят одновременно с пробой, в мерную колбу на 100мл берут 25 мл раствора Г и доводят дистиллированной водой до метки. Раствор сравнения используется для определения всех форм Р2O5 и готовят один раз.

Содержание P2O5 в массовых процентах вычисляют по формуле:

Р2O5 общ = ( m1 ·V1 ·100) /( m2· V2 ·1000) , %        (11)

где                m1 - масса Р2O5, найденная по калибровочному графику, мг; m2 - масса анализируемого вещества, г;

V1 - объем мерной колбы (основной раствор), мл.

V2  - объем анализируемого раствора, отобранный на анализ (аликвота), мл.

Определение усвояемой формы P2O5

Приблизительно 1-2г простого суперфосфата взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002г помещают в мерную колбу емкостью 500мл через сухую воронку, смывая навеску раствором трилона Б (конц.0,2 моль/дм3), предварительно нагретого  в  стакане  до  температуры 93±3oС, в количестве 150 мл, затем колбу закрывают пробкой и взбалтывают на аппарате для встряхивания 20-30мин. Объем раствора доводят до метки, перемешивают, фильтруют через фильтр “белая лента “, отбрасывая первые порции фильтрата.

Отбирают пипеткой 1мл фильтрата и переносят в мерную колбу на 100мл. К раствору добавляют 2мл раствора соляной кислоты (20%), 10-15мл воды, кипятят 10мин, охлаждают и разбавляют водой до 50мл. Затем прибавляют 25мл раствора на фосфаты, доливают водой до метки, перемешивают и через 20-25мин измеряют оптическую плотность, относительно раствора сравнения.

Содержание P2O5 в массовых процентах вычисляют по вышеприведенной формуле.

Определение водно-растворимой и свободной форм P2O5

4-5 г простого суперфосфата взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002г. Помещают в мерную колбу емкостью 500мл. Пробу заливают 400 мл воды и сразу же перемешивают, чтобы избежать образования комков. Колбу закрывают пробкой, устанавливают на аппарат для встряхивания. По истечении 30 мин содержимое колбы доводят до метки, фильтруют через сухой фильтр “белая лента” в сухую посуду, первые порции фильтрата отбрасывают.

Отбирают 1 мл фильтрата и переносят в мерную колбу на 100мл. К раствору добавляют 2 мл раствора соляной кислоты (20% HСl) и 15-20 мл воды, кипятят 10 мин. Охлаждают и разбавляют водой до 50 мл, затем прибавляют 25 мл раствора Г, доливают водой до метки, перемешивают и далее анализируют и рассчитывают как при определении общей формы P2O5.

Для определения содержания свободной формы P2O5 10-50 мл фильтрата, полученного извлечением P2O5 водой, пипеткой переносят в коническую колбу, разбавляют водой до 100-150 мл и титруют 0,1M раствором NaOH в присутствии 3-5 капель метилового оранжевого до перехода окраски из розового в желтый цвет. Содержание P2O5 своб вычисляют по формуле: