CN102390821A

CN102390821A - 二水湿法磷酸的生产方法

Info

Publication number: CN102390821A
Application number: CN2011102258387A
Authority: CN
Inventors: 薛毅; 沈立莹; 朱明芳; 钟欧
Original assignee: YUNTIANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd YUNNAN
Current assignee: YUNTIANHUA INTERNATIONAL CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd YUNNAN
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2012-03-28

Abstract

一种二水湿法磷酸的生产方法涉及一种湿法磷酸的生产方法，特别涉及采用单槽单桨加养晶槽萃取的二水湿法磷酸的生产方法，本发明步骤为：a.将重量百分比为50%的矿浆和50%的硫酸分别加入两个萃取槽，用鼓风机和表面冷却控制反应温度在80-83℃；b.萃取槽内的料浆以溢流的形式流入养晶槽，在养晶槽内生成粗大、均匀、稳定的二水磷石膏晶体；c.养晶槽内的二水磷石膏晶体流入转台式过滤机过滤，得成品磷酸，滤液流入制浆槽去再浆槽或者流入过滤冷凝系统；d.冷却萃取槽、养晶槽的尾气经尾气抽风、冷却洗涤后排空。本发明对二水双槽单桨二水湿法磷酸改造成单槽单桨加养晶槽工艺，提供一种优化单槽单桨磷酸装置配置与工艺全面提高P₂O₅收率。

Description

二水湿法磷酸的生产方法

技术领域

本发明涉及一种湿法磷酸的生产方法，特别涉及采用单槽单桨加养晶槽萃取的二水湿法磷酸的生产方法。

背景技术

130ktP₂O₅/a二水双槽单桨二水湿法磷酸装置于2000年5月建成投产，原设计能力为60ktP₂O₅/a，装置投产后生产稳定，但技术经济指标较差，磷石膏中枸溶磷含量高达0.55%，导致实物磷收率只达到93.94%。由于磷收率低，磷矿的实物矿消耗高达3.548t/tP₂O₅,按30% P₂O₅标矿计，且随着磷矿资源的贫化，磷矿采购价格逐年上升，导致磷酸生产成本逐年上升。如何降低磷石膏中枸溶磷、不溶磷、水溶磷，提高磷收率，降低消耗，提高磷资源的利用率作为专题开发研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，通过大量分析研究，对二水双槽单桨二水湿法磷酸改造成单槽单桨加养晶槽工艺，提供一种优化单槽单桨磷酸装置配置与工艺全面提高P₂O₅ 收率的二水湿法磷酸的生产方法。

本发明所述的二水湿法磷酸的生产方法，其步骤为：

a.将重量百分比为50%的矿浆和50%的硫酸分别加入两个萃取槽，用鼓风机和表面冷却控制反应温度在80-83℃；

b.萃取槽内的料浆以溢流的形式流入养晶槽，在养晶槽内生成粗大、均匀、稳定的二水磷石膏晶体；

c.养晶槽内的二水磷石膏晶体流入转台式过滤机过滤，得成品磷酸，滤液流入制浆槽去再浆槽或者流入过滤冷凝系统；

d.冷却萃取槽、养晶槽的尾气经尾气抽风、冷却洗涤后排空。

所述的二水湿法磷酸的生产方法，每个萃取槽内有至少4台表面冷却器，的温度为80-83℃。

所述的二水湿法磷酸的生产方法，养晶槽通过气相管与萃取槽相连，以控制温度在78-82℃。

本发明所述的二水湿法磷酸的生产方法，实现采用单槽单浆生产、料浆鼓风冷却、养晶槽消除过饱和的二水湿法磷酸生产工艺；矿浆、硫酸100%加入萃取槽，打破原设计的矿浆、硫酸需分别按70%、30%比例分别加入两个萃取槽的工艺路线，实现了产量增加一倍，各项技术经济指标达同行业先进水平。

本发明所述的二水湿法磷酸的生产方法，单槽单桨加养晶槽萃取，采用鼓风机+表面冷却控制反应温度，硫酸及矿浆100%加入萃取槽，再经养晶槽消除过饱和后的磷酸料浆送过滤工序过滤。萃取产生的磷酸料浆采用翻盘式过滤机改转台式过滤机进行过滤，通过项目的研究与应用全面提高磷收率达行业先进水平。采用单槽单浆生产、料浆鼓风冷却、养晶槽消除过饱和的二水湿法磷酸生产工艺，过程中对湿法磷酸生产的各个工序进行了研究分析、试验，对原料实施了磷矿浆粒级分布提升、稳定矿浆SS含量、矿浆槽位控制改造，萃取系统P₂0₅、SO₃、SS、T等优化及硫酸、矿浆加入方式、料浆取出方式等技改试验，通过对影响130ktP₂O₅/a磷酸装置磷石膏枸溶磷、不溶磷、水溶磷的各项因素进行分析研究，为萃取工序提供适宜反应条件，过滤系统过滤洗涤方式、洗液浓度梯度改造，使各项指标达到预定目标。单槽单桨磷酸装置磷石膏总磷≤0.60%、水溶性磷≤0.20%、枸溶性磷≤0.20%，磷收率达到97%的行业先进水平；在萃取槽料浆停留时间低至3.5h，打破理论需要的4—6h条件下，萃取料浆功率消耗量下降29.13 kW/（tP₂O₅·h）；技术经济指标：洗涤率达99%、转化率达98%、磷收率达97%，达到国内同行业内先进水平。

本次发明首先从工艺路线进行研究，由双槽单桨改为单槽单桨加养晶槽萃取流程，两个串联的萃取槽改为并联萃取加养晶槽实现了产量的增加，料浆结晶均匀、稳定、易于过滤，通过各项指标的优化控制使各指标达到较好水平。工艺指标的控制优化主要从以下几方面进行研究开发：

1.1降低磷石膏枸溶磷研究开发

根据CaSO₄·0.5H₂O + 1.5 H₂O ==== CaSO₄·2H₂O结晶转化的磷酸生产机理及反应料浆结晶四相图可知，结晶过程为整个磷酸生产控制步骤，影响结晶的主要因素除矿浆细度、品质、萃取槽回浆量及料浆停留时间等客观因素外，还与萃取槽中SO₃、P₂O₅、SS、温度各项指标的控制息息相关，所述的品质即杂质含量。

实际生产实践试验验证，当萃取槽中指标SS含量达35%、P₂O₅含量达27%条件下，萃取槽温度、SO₃正常控制情况下，生产出的磷酸料浆在过滤上过滤极为困难，甚至导致生产无法连续进行。从现场直观可看出主要是料浆粘度较大，影响反应扩散过程，使结晶细小，各项技术经济指标恶化，经生产研究与应用，在单槽单浆工艺技术中要得到均匀、稳定、易于过滤的磷石膏晶体，适宜的指标应为：SS为28—30%，P₂O₅为25—28%，SO₃为26—29g/l，萃取温度为80—83℃较为适宜。装置尽管在1.718m³/（tP₂O₅.d）萃取槽容积利用系数下，萃取槽获得晶体相比之下较方格多槽工艺偏小，但其石膏枸溶性磷较方格多槽工艺低约0.3%，对磷矿转化率影响1.5%，同时具备良好的洗涤条件；过滤后磷石膏枸溶磷低至0.1～0.15%，磷石膏水溶磷亦低至0.2%以内，达到99%洗涤率的较好水平。

1.2降低磷石膏不溶磷研究开发

磷石膏不溶磷含量的高低为磷矿被分解程度判定的依据，此过程主要在萃取槽中发生，在萃取温度、P₂O₅、SO₃、料浆SS含量等可控变量及搅拌强度、换热方式、物料加入点、取料方式相对稳定的已定条件下，影响磷矿不溶磷分解程度的主要因素为磷矿颗粒的表面积，而颗粒的表面积是颗粒直径的平方，因此，提高磷矿颗粒的细度要求可有效提高磷矿表面积，促进反应活性。

矿浆生产的物理关键控制指标为细度和含固量，两个指标将直接影响磷酸生产稳定运行和消耗控制。矿石在磨机内须有一定时间的停留，才能被磨碎，超负荷生产时会使矿石研磨时间缩短，细度下降，同时，因细度降低会使矿浆流动性变差，造成输送不稳定，进而影响含固量指标的控制。根据磷酸生产的实际情况，结合矿浆分级设备水力旋流器的特点进行试验研究，在原来的管路上每台磨机增加一台水力旋流器来实现磷矿浆的分级。即将磨机处理磨细的磷矿浆经圆筒筛粗滤后，进入矿浆收集槽，再通过矿浆泵把矿浆送到水力旋流器，经水力旋流器分级后，合格矿浆从水力旋流器的顶部靠高位旋流流入新矿浆缓冲槽，由矿浆泵输送至磷酸罐区矿浆贮槽贮存使用。而大颗粒的磷矿由水力旋流器下部进入磨机再次磨细，实现了湿磨由开路磨矿工艺改为闭路磨矿工艺，满足了矿浆细度对工艺控制的要求。

1.3降低磷石膏水溶磷的研究开发

为提高洗涤率，降低石膏水溶磷，以最大限度地回收进入液相部份的P₂O₅，达到提高磷收率的目的，由于石膏洗涤率的因素较多，通过生产实践中逐步试验，大幅度地降低了磷石膏中的水溶磷。

（1）各级洗涤液浓度梯度洗涤研究：

过滤机的洗涤方式原始设计为三级逆流洗涤，生产过程中进行新增一级高温清水洗涤，成为“3+1”的洗涤模式，此洗涤方式的石膏含湿基稳定在26—28%，石膏水溶磷可达到0.30%，为有效降低石膏含湿，以回收溶解于其中的水溶性磷，洗涤方式由原“3+1”改为“2+1”方式，即对过滤各级洗涤液浓度梯度控制改造工作，根据水平衡所需过滤洗涤水量，把其中50%含P₂O₅为零的水量用于第三级洗涤，其余50%直接转入第二级洗涤，从而实现了第一、二、三洗液含P₂O₅分别为5～7%、1～1.7%、0%大梯度浓度洗涤液，实现石膏洗涤充分、彻底。

（2）各级洗涤液分配研究

洗涤液经洗涤水分配槽分配后，由于结垢、杂物、分配槽腐蚀等因素导致洗涤液分配不均，局部过大，局部较少甚至没有的现象在磷酸生产过程中较为突出，为此根据洗涤液特性，对分配堰进行原为316L不锈钢材质改为FRPP材质，并改变分配堰分水结构后，实现分水均匀、稳定，杜绝腐蚀现象。

（3）过滤料浆分布研究

过滤磷酸料浆分布的好坏，对石膏洗涤、操作真空、洗涤液分布均匀性影响较大，生产实践中，经测过滤内圈石膏较外圈差异值达约1cm，石膏水溶磷差异值达0.2%，对石膏洗涤率影响值达1%，经调整分配堰高度、改变分配堰分料出料口高度、过程中加强结垢物清理工作后，实现料浆分料均匀，差异值降至3mm以内。

（4）适宜真空度研究

过滤机设计过滤真空度为65kPa，但实际生产过程中达到此设计值时，在过滤机各级洗涤泵进口液封高度恒定时，在此真空状态下，查得磷酸沸点约为75℃，而过滤后产生的磷酸产品其温度基本与此温度吻合，会造成磷酸在气液分离部份沸腾，气相分压增加，从而导致真空度波动大，磷损失增加，甚至会导致装置无法连续、稳定生产；同时还会导致低浓度洗涤液被反抽进气相管，造成过程控制不稳定，石膏水溶磷高达2%，对洗涤率影响值达10%。为此经生产实践摸索，对过滤机转速与过滤布料量匹配调整，使石膏厚度保持2.8—3.2cm，过滤真空度38—44Kpa，该值需根据设计时过滤机洗涤泵进口液封高度值密切相关，不是恒定值，需结合实际进行调整，以有效降低磷石膏水溶磷，提高洗涤率。

研究矿浆细度分级及矿浆成份的稳定性，增加矿浆反应表面积，获得均匀、稳定、易于过滤的结晶，降低枸溶磷到0.14%，磷收率达97%的较好水平。配置及工艺优化解决了萃取槽容积利用系数为 1.718m³/（tP₂O₅.d）条件下生成的结晶细小，经优化矿浆细度、萃取指标、过滤洗涤各细节性指标后，使磷收率达到97%国内同行业先进水平。通过以上一系列的研究试验，经改造及优化后，至2010年下半年磷石膏枸溶性磷降至0.14%，水溶磷降至0.16%，不溶磷降至0.27%，总磷降至0.57%，磷矿磷收率达到97.17%的同行业先进水平。

课题实施后，装置运行安全平稳，磷矿和硫酸的消耗大幅下降，磷矿消耗由原来3.548降至3.43t/t P₂0₅，硫酸消耗由原来2.624下降到2.528 t/t P₂0₅，取得了较好的经济效益。

通过“优化单槽单桨磷酸装置配置与工艺全面提高P₂O₅收率”课题的研究开发与应用，装置稳定运行，各项指标均达到较好水平，使磷石膏平均总磷低于0.60%、平均水溶磷低于0.20%、枸溶磷0.20%，使磷矿转化率达到98%、磷石膏洗涤率达到99%、总的磷收率达到97%，装置经济技术指标在国内同行业处于先进水平。技术上为公司形成了较好的核心竞争力，为公司创造了显著的经济效益和社会效益。

在二水法湿法磷酸生产中，采用相同的矿浆、萃取指标以及除搅拌桨强度、反应热移除方式不同以外的系统优化控制指标、过滤洗涤液浓度梯度控制等关键指标优化及管理均相同情况下，单槽单桨加养晶槽工艺生产出的磷酸料浆枸溶性磷可达0.15%，经过不断分析研究、总结，“优化单槽单桨磷酸装置配置与工艺，全面提高P₂O₅收率”在生产装置中的应用对增产提能及提高磷收率效果显著。在磷矿浆细度研究中，采用闭路湿法磨矿工艺，“一段球磨+旋流分级+浓密”投资省，施工周期短，能满足工艺生产要求，生产运行中能得到较好的磷收率。通过项目研究开发应用，磷石膏总磷、枸溶磷、不溶磷、水溶磷由原技改前的1.24%、0.55%、0.39%、0.35%下降至2010年的0.57%、0.14%、0.27%、水溶磷0.16%、；磷矿转化率达到98%，洗涤率达到99%，磷收率达到97%，达到同行业先进水平。由于磷损失的降低，磷收率得以大幅提高，磷矿、硫酸的消耗由技改前的3.548t标矿/tP₂O₅、2.624t/tP₂O₅，下降至技改后的3.430t标矿/tP₂O₅、2.528t/tP₂O₅，达到同行业先进水平，技术上形成了较好的核心竞争力。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明，但不限于实施例。

实施例1

如图1所示，由矿浆输送泵送来的磷矿浆经计量后分别加入1^#、2^#萃取槽内，并根据矿浆量分别控制加入萃取槽内的硫酸量及回磷酸量，使磷矿充分分解，以获得较高的磷矿分解率。萃取槽的料浆以溢流的形式流入养晶槽，在养晶槽内未反应完全的磷矿得到进一步的分解，生成粗大、均匀、稳定的二水磷石膏晶体，获得较佳的过滤和洗涤性能，反应完全的料浆由料浆泵将料浆送至转台过滤机过滤。

为使萃取槽的温度维持在80-83℃左右，减少萃取槽的含氟气体外逸，反应系统采取了空气冷却工艺，在尾气风机的作用下，使萃取槽在较小在负压下操作。为了使冷空气充分与料浆接触，在每个反应槽内安装4台表面冷却器，冷空气不断地通过萃取槽的进气孔进入与料浆充分接触，使干空气变成饱和湿度的气体，带出大量的水蒸汽和含氟气体（以下简称反应尾气），从而达到控制反应槽内料浆温度的目的。养晶槽用气相管与反应槽相连，以控制温度。

萃取槽及养晶槽尾气在第一、二气体洗涤塔内依次循环洗涤，为避免含氟洗涤液外排，含氟洗涤液通过循环洗涤泵出口付线送至过滤机作为滤饼洗涤水，洗涤后的达标尾气经尾气烟囱排放。

结论：

由原设计时的两槽串联工艺改单槽单桨并联加养晶槽，打破了双槽生产7：3的矿、酸比例调整控制，萃取槽实现了容积利用系数实现了1.718m³/（tP₂O₅.d）条件下生成的结晶细小，经优化矿浆细度、萃取指标、过滤洗涤各细节性指标后，使磷收率达到97%较好水平。

实施例2

一种二水湿法磷酸的生产方法，其步骤为：

a.将重量百分比为50%的矿浆和50%的硫酸分别加入两个萃取槽，每个萃取槽内有至少4台表面冷却器，用鼓风机和表面冷却控制反应温度在81.5℃；

b.萃取槽内的料浆以溢流的形式流入养晶槽，在养晶槽内生成粗大、均匀、稳定的二水磷石膏晶体，养晶槽通过气相管与萃取槽相连，以控制温度在80；

实施例3

一种二水湿法磷酸的生产方法，其步骤为：

a.将重量百分比为50%的矿浆和50%的硫酸分别加入两个萃取槽，每个萃取槽内有至少4台表面冷却器，用鼓风机和表面冷却控制反应温度在80℃；

b.萃取槽内的料浆以溢流的形式流入养晶槽，在养晶槽内生成粗大、均匀、稳定的二水磷石膏晶体，养晶槽通过气相管与萃取槽相连，以控制温度在82；

实施例4

一种二水湿法磷酸的生产方法，其步骤为：

a.将重量百分比为50%的矿浆和50%的硫酸分别加入两个萃取槽，每个萃取槽内有至少4台表面冷却器，用鼓风机和表面冷却控制反应温度在83℃；

b.萃取槽内的料浆以溢流的形式流入养晶槽，在养晶槽内生成粗大、均匀、稳定的二水磷石膏晶体，养晶槽通过气相管与萃取槽相连，以控制温度在78；

Claims

1.一种二水湿法磷酸的生产方法，其特征在于，其步骤为：

2.根据权利要求1所述的二水湿法磷酸的生产方法，其特征在于，每个萃取槽内有至少4台表面冷却器，萃取槽的温度为80-83℃。

3.根据权利要求1所述的二水湿法磷酸的生产方法，其特征在于，养晶槽通过气相管与萃取槽相连，以控制温度在78-82℃。