CN102233201A - 聚丙烯酰胺对硝酸磷肥生产中酸不溶物的化学絮凝沉淀分离 - Google Patents

Abstract

本发明公开了聚丙烯酰胺对硝酸磷肥生产中酸不溶物的化学絮凝沉淀分离，絮凝剂聚丙烯酰胺选用非离子型聚丙烯酰胺以及由非离子型聚丙烯酰胺改性而成的阳离子型聚丙烯酰胺和阴离子型聚丙烯酰胺，其分子量为400万～1800万，先将絮凝剂配置成0.1％～1％水溶液并加入到装有酸解液的容器内，每立方米酸解液添加10g～100g固体絮凝剂，充分混合后静置、分离即可；工艺简单，对酸不溶物的分离率高，分离速度快。

Description

聚丙烯酰胺对硝酸磷肥生产中酸不溶物的化学絮凝沉淀分离

技术领域

本发明属于化学絮凝法固液分离技术领域，具体涉及聚丙烯酰胺絮凝剂沉降分离硝酸磷肥生产过程中酸解液所含酸不溶物的方法，适用于解决硝酸磷肥生产中酸不溶物对后续生产带来严重不利影响的问题并提高硝酸磷肥产品的质量。

背景技术

酸不溶物的分离是当今世界硝酸磷肥生产领域中面临的最主要的问题之一。这个问题在我国硝酸磷肥生产中显得尤为严重和突出，这是由于虽然我国磷矿储量丰富，磷矿产量仅次于美国、摩洛哥和前苏联，居世界第四位，但在储量丰富的磷矿中，富矿却只占极小比例，90％以上为中、低品位磷矿。中低品位磷矿不仅P₂O₅含量偏低，而且含多种杂质，尤其是酸不溶物含量很高，平均高达12％～14％。

磷矿中的酸不溶物随着物料通过生产过程中的各个操作单元，对生产过程带来许多不利影响。含固体颗粒的酸解液会给系统设备如泵、搅拌槽、离心机等带来严重磨蚀，尤其是离心泵的叶轮和涡轮内壁、管道的弯头处、阀门的阀头和阀座、搅拌桨的桨叶等，磨损不仅增加了备品备件费用和维修费用，还缩短了生产周期；酸不溶物颗粒易于在设备的静止及死角部位和管道的水平部位沉积，造成堵塞，在仪表管路上结垢，严重影响生产的连续稳定运行；固体颗粒还易于附着于换热器表面上生成污垢，降低换热效率；在硝酸钙结晶工序中，酸不溶物也将给硝酸钙结晶造成麻烦，酸不溶物在结晶器冷却盘上沉积，降低传热效率，影响冷却速率，结晶时间延长，甚至影响了硝酸钙结晶的形成；在硝酸钙过滤工序中，较大颗粒酸不溶物还会堵塞滤布，极细的酸不溶物会透过滤网进入母液，随后进入成品，导致成品质量的下降；同时，结晶硝酸钙所带细小的酸不溶物在硝酸钙转化生成碳酸钙时，使碳酸钙结晶晶体变细，显著降低了过滤分离的生产强度。总的来说，酸不溶物对生产造成了严重的影响，并给工厂造成了巨大的经济损失。因此，对磷矿中所含酸不溶物进行分离很有必要，尤其是对含有大量酸不溶物的中国磷矿，酸不溶物的分离成为硝酸磷肥工艺中的重要环节。

现有对硝酸磷肥生产中酸不溶物的分离技术主要是利用机械分离的方法，有：1)沉降分离；2)水利旋离；3)离心沉降分离等。其中，比较有效果的是天脊煤化工集团有限公司采用“沉降槽自然沉降-洗涤鼓逆流洗涤”方式进行酸不溶物的分离，但分离率仅为23％。虽然机械装置在一定程度上改善了酸不溶物对生产的不利影响，但还没有达到非常理想的效果，酸不溶物的分离率仍然不高，与理想的分离效果还有一定的差距。

发明内容

本发明的目的在于克服现有机械法分离硝酸磷肥生产中酸不溶物技术的不足，而提供一种聚丙烯酰胺对硝酸磷肥生产中酸不溶物的分离，即化学絮凝沉淀法。

本发明所提供的聚丙烯酰胺对硝酸磷肥生产中酸不溶物的化学絮凝沉淀分离，絮凝剂聚丙烯酰胺选用非离子型聚丙烯酰胺以及由非离子型聚丙烯酰胺改性而成的阳离子型聚丙烯酰胺和阴离子型聚丙烯酰胺，其分子量为400万～1800万。

化学絮凝方法对硝酸磷肥生产中酸不溶物的分离原理是：酸解液中由酸不溶物组成的微小胶体颗粒和悬浮物颗粒在絮凝剂的作用下，降低或消除颗粒之间的排斥力，使颗粒结合在一起，体积不断变大，当颗粒聚集使体积达到一定程度时，便从溶液中分离出来，形成絮凝体。

聚丙烯酰胺这种有机高分子絮凝剂对胶体和悬浮物颗粒表面上的吸附是一个复杂现象，其相互作用主要由三种键引起：1)静电键合：对带有大量电荷的阳离子型或阴离子型聚丙烯酰胺高分子物，静电键合是其吸附颗粒的主要作用机理，通过在带相反电荷粒子上的吸附，实现微粒子的絮团。2)氢键键合：非离子型聚丙烯酰胺高分子通过与颗粒表面的氧组分形成氢键而吸附在粒子上，多个非离子高分子与颗粒表面形成多个氢键，从而形成絮团。3)化学键合：聚丙烯酰胺高分子的活性集团依靠化学键力固着在颗粒表面，从而达到吸附作用。

当使用高分子化合物聚丙烯酰胺作为絮凝剂时，酸不溶物的胶体颗粒和悬浮物颗粒与高分子化合物的极性集团或带电基团作用，颗粒与高分子化合物结合，形成体积庞大的絮状物沉淀物。因为高分子化合物的极性或带电荷的基团很多，能够在短时间内同许多颗粒结合，使体积增大的速度快，因此，形成絮凝体的速度快，絮凝作用明显。

根据絮凝作用原理，我们将絮凝剂添加到酸解液中，使其中的酸不溶物颗粒发生絮凝作用，从而达到分离效果。具体分离过程如下：

1)配置絮凝剂水溶液，其质量浓度范围为0.1％～1％，对于高分子量的絮凝剂可配置浓度稍低的絮凝剂水溶液，对于低分子量的絮凝剂可配置浓度较大的絮凝剂水溶液；

2)将配置好的絮凝剂溶液加入到装有酸解液的容器内，絮凝剂添加量为每立方米酸解液添加10g～100g固体絮凝剂；

3)搅拌酸解液和絮凝剂溶液的混合物，使絮凝剂溶液与酸解液充分接触混合后，停止搅拌，使槽内溶液静置达到明显分层；

4)絮凝沉降分离结束后，上清液及未分离出来的细小酸不溶物随清液经溢流进入下一步工序，同时沉降下来的酸不溶物沉淀由容器底部排出，进入后续分离处理工序。

与现有的机械法分离硝酸磷肥生产中酸不溶物的技术相比较，本发明有以下优点：

1)本发明工艺简单，对酸不溶物的分离率高，可以达到90％以上，远远超出采用机械分离法时的分离效率。

2)本发明对酸不溶物的分离速度快，在半小时内可以基本完成絮凝沉降过程，快速的产生分层现象，有效地将清液与酸不溶物沉淀分离，提高了生产效率。而采用传统的自然沉降方法使酸解液固液分离，半小时几乎没有明显的分层现象。

3)本发明由于采用化学絮凝法处理酸解液中的酸不溶物可以达到很高的分离效率，使得大多数酸不溶物(主要成分为SiO₂)被分离出生产系统，减轻了料液对后续设备或管道的磨蚀，延长了生产周期，并节约了大笔设备维修与更换费用，并且提高了硝酸磷肥产品质量。

4)本发明采用化学絮凝法分离硝酸磷肥生产中酸不溶物，对生产成本得增加很少。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及优势，兹例举以下实例，详细说明如下：

实施例1

1)选用分子量为400万的阳离子型聚丙烯酰胺，使其在絮凝剂配置槽内水解，使其配置质量浓度为1％。

2)容积为1m³的絮凝沉降槽中事先装有来自原料车间的磷矿粉与过量的60％的硝酸酸解生成的酸解液。将配置好的絮凝剂溶液按照每立方米酸解液添加100g固体絮凝剂的用量通过喷淋器添加到絮凝剂沉降槽内(即1m³絮凝沉降槽应添加10⁴g絮凝剂溶液)。

3)搅拌酸解液和絮凝剂溶液的混合物0.5分钟；，使絮凝剂溶液与酸解液充分接触混合后，停止搅拌，使槽内溶液静置半小时。

4)静置15分钟后，酸解液分层基本结束，上层为清液，下层为酸不溶物沉淀。絮凝沉降分离结束后，上清液清液及未分离出来的细小酸不溶物随清液经溢流管进入结晶给料槽。同时分离出来的酸不溶物经絮凝沉降槽的槽底阀进入后续分离工序。加入絮凝剂并充分搅拌后可以明显看到酸解液中的酸不溶物杂质形成细小的絮团，并快速沉降；酸不溶物杂质在10min内可以沉降到一半，20min内基本沉降完全；沉降下来的絮凝体紧密而坚实，固液分界面很清晰；上清液颜色呈浅黄色，较为清澈透明，用肉眼几乎看不到固体颗粒的存在，酸不溶物分离率可达到95％以上。

实施例2

操作步骤同实施例1，所用絮凝剂选用分子量为1800万的阴离子型聚丙烯酰胺。将其配置为浓度0.1％的絮凝剂溶液，按照每立方米酸解液添加10g固体絮凝剂的添加用量，则容积为1m³的絮凝沉降槽中应添加10⁴g絮凝剂溶液。当絮凝剂与酸解液充分混合后，沉淀物迅速形成粗大、蓬松的絮团，开始沉降时，沉降速度很快，可以明显的看到絮团呈现沟壑状并急速下沉，酸不溶物杂质在15min内可以沉降到一半，30min内基本沉降完全；固液分界面比较模糊，界面不太平整；沉降完全时，絮团较紧密；上清液颜色呈浅棕色，上清液中悬浮有少量较粗大的絮团，酸不溶物分离率可达到90％以上。

实施例3

操作步骤同实施例1，所用絮凝剂选用其分子量为800万的非离子型聚丙烯酰胺。将其配置为浓度0.5％的絮凝剂溶液，按照每立方米酸解液添加50g固体絮凝剂的添加用量，则容积为1m³的絮凝沉降槽中应添加10⁴g絮凝剂溶液。当絮凝剂与酸解液充分混合后，沉淀物迅速形成粗大的絮团，可以明显地看到絮团急速下降，酸不溶物杂质在15min内可以沉降到一半，30min内基本沉降完全；固液分界面清晰，界面较为平整；沉降完全时，絮团紧密；上清液成浅黄色，上清液中悬浮有少许较细小的絮团，酸不溶物分离率可达到95％以上。

Claims (2)

1.聚丙烯酰胺对硝酸磷肥生产中酸不溶物的化学絮凝沉淀分离，絮凝剂聚丙烯酰胺选用非离子型聚丙烯酰胺以及由非离子型聚丙烯酰胺改性而成的阳离子型聚丙烯酰胺和阴离子型聚丙烯酰胺，其分子量为400万～1800万。

2.权利要求1的聚丙烯酰胺对硝酸磷肥生产中酸不溶物的化学絮凝沉淀分离方法，其特征在于，具体分离过程如下：

1)配置絮凝剂水溶液，其浓度范围为0.1％～1％，对于高分子量的絮凝剂可配置浓度稍低的絮凝剂水溶液，对于低分子量的絮凝剂可配置浓度较大的絮凝剂水溶液；

2)将配置好的絮凝剂溶液加入到装有酸解液的容器内，絮凝剂添加量为每立方米酸解液添加10g～100g固体絮凝剂；

3)搅拌酸解液和絮凝剂溶液的混合物，使絮凝剂溶液与酸解液充分接触混合后，停止搅拌，使槽内溶液静置达到明显分层；

4)絮凝沉降分离结束后，上清液及未分离出来的细小酸不溶物随清液经溢流进入下一步工序，同时沉降下来的酸不溶物沉淀由容器底部排出，进入后续分离处理工序。