CN105384157A - 一种半水-二水法生产磷酸工艺 - Google Patents

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刘波
彭灯平
喻军
江良更科
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Abstract

本发明公开了一种半水-二水法生产磷酸工艺，在Nissan-C半水-二水法生产磷酸工艺的基础上，进行了开发、改进及优化，使其能更好适应低品位磷矿，同时保持较高P2O5回收率（98.3%以上）；经过二次过滤洗涤后磷石膏品质高，有利于后续磷石膏综合利用；成品磷酸浓度高达45%（以P2O5计）以上，比二水法流程节约蒸汽70%以上等优点。

Description

一种半水-二水法生产磷酸工艺
技术领域
本发明涉及湿法磷酸生产工艺领域，具体是一种半水-二水法生产磷酸工艺。
背景技术
磷酸是一种重要的无机酸，在磷化工产品的生产过程中，磷酸是最为关键的中间体，磷酸又是磷复肥的原料，因而磷化工行业的核心是磷酸生产技术。
根据硫酸钙结晶水的不同，湿法磷酸的生产工艺可分为二水法(DH)、半水法(HH)、半水-二水法(HDH)和二水-半水法(DHH)等流程。然而二水工艺有如下缺点：
1、由于石膏晶体中包裹了CaHPO4晶体，使得P2O5回收率低；
2、过滤后的磷酸浓度低于30％，浓缩生产商品级磷酸(54％P2O5)需要更多的蒸汽；
3、为了制备粒度更细的磷矿粉，磨矿需要消耗更多电能。
半水工艺同样也有缺点，除了包裹损失比二水更多外，由于结晶出来的半水磷石膏过滤性差，过滤机需要更大的过滤面积，同时也需对半水磷石膏进行养晶。
近年来，在国内二水法工艺仍占主导，而半水-二水法装置也有建成投产。但其对低品位磷矿适应差，操作困难，虽经过多次技改，仍存在很多问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种半水-二水法生产磷酸工艺，以解决现有技术存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种半水-二水法生产磷酸工艺，其特征在于：生产过程由以下各工段组成：磨矿工段、半水硫酸钙反应工段、半水硫酸钙过滤工段、二水硫酸钙反应工段、二水硫酸钙过滤工段；包括包括以下生产过程：
(1)将粒径小于2mm磷矿粉、回浆液及1号过滤机的回磷酸在预混槽中进行均匀混合，停留一定时间，反应生成10％～20％的磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2和10％～25％的半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O；
(2)、来自预混槽料浆进入1号反应槽，与经回磷酸稀释的浓硫酸进一步反应生成20％～35％的磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2和60％～70％半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O，浓硫酸浓度由98％稀释到60％，1号反应槽中反应时间取决于磷矿品质及料浆中硫酸浓度，控制范围在-1％～-2.5％之间；
在2号反应槽料浆与硫酸及来自1号过滤机回磷酸继续反应生成半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O，分解率为94％～97％，2号反应槽中游离硫酸的浓度为2.5％～3.5％，P2O5浓度为40％～45％，2号反应槽反应时间时间同样取决于磷矿品质，根据实际需要加入消泡剂减少反应槽中的泡沫；
(3)在1号过滤机中，半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O料浆经过滤分离出磷酸，过滤后的半水石膏滤饼中还含有25％～45％液体，用来自2号过滤机洗涤液进行洗涤，洗涤后滤饼中仍含有22％～35％液体，1号过滤机初滤区在15°到30°间进行调整，使滤液中的含固量小于1％，稀释水小于0.7％；
(4)在二水转化槽继续加入硫酸使半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O生成二水硫酸钙CaSO4.2H2O,在二水转化槽中P2O5浓度为12％～16％，硫酸浓度4.5％～6.5％；
二水转化槽中料浆通过料浆泵输送到2号过滤机，过滤出磷酸，二水石膏滤饼通过两级洗涤，排出的二水石膏滤饼含水率在22％～28％，P2O5总含量在0.2％～0.5％。
所述的一种半水-二水法生产磷酸工艺，其特征在于：消泡剂加入位置应靠近特定区域的料浆液面。
所述的一种半水-二水法生产磷酸工艺，其特征在于：在二水转化槽停电情况下，在其底部将有固体二氧化硅析出，在无稀释料浆的情况下，二水过滤系统中独立过滤方式可降低二水转化系统内固体含量。
本发明中，1号反应槽料浆在自由硫酸浓度在负值下操作(-1～-3％)、有大量的循环料浆及足够长的反应时间；2号反应槽料浆在自由硫酸浓度在正值下操作(2～3.5％)，P2O5浓度在45％，反应平稳，形成半水磷石膏结晶过滤性能良好。
本发明中，二水转化转化槽料浆在其停留时间内，自由硫酸浓度在4.5～6.5％，P2O5浓度在13～15％下操作，磷石膏结晶水数量很容易从0.5到1.95，形成良好的二水磷石膏结晶。
本发明过滤是一个很重要的步骤，使用本工艺流程的过滤机真空度不高，阻力小，易清洗。
因此，本工艺技术P2O5回收率高，可以达到98％～99％，P2O5损失主要是非可溶性P2O5，而可溶性P2O5损失大大降低，残留在石膏中仅为0.2％～0.33％；磷石膏经过多次洗涤后，其纯度比较高，适合水泥、石膏板及硫酸铵的生产。
由于使用本工艺技术生产的磷酸P2O5含量高，因此减少了磷酸浓缩过程中低压蒸汽的消耗，同时本工艺适应细度较粗的磷矿粉，从而减少了在磨矿过程中电耗。
本发明具有环保及经济优势，副产品磷石膏纯度高，易于处理；收率高、操作成本低、电耗低、蒸汽消耗低。
附图说明
图1为本发明中磷酸生产装置原理图。
具体实施方式
参见图1所示，图1中，1.磷矿皮带称，2.SA混酸器，3.预混槽，4.反应槽，5.缓冲槽，6.循环料浆泵，7.1号低位闪蒸器，8.半水料浆给料泵，9.1号低位闪蒸循环泵，10.1号过滤机，11.回磷酸收集槽，12.1号过滤真空排气分离器，13.过滤机冷凝器，14.1号过滤机真空泵，15.二水转化槽,16.2号低位闪蒸器,17.2号低位闪蒸循环泵,18.2号过滤机,19.过滤酸泵,20.2号过滤真空排气分离器,21.2号过滤机冷凝器,22.2号过滤机真空泵23.冷凝器密封槽,24.氟回收系统。
一种半水-二水法生产磷酸工艺，其特征在于：生产过程由以下各工段组成：磨矿工段、半水硫酸钙反应工段、半水硫酸钙过滤工段、二水硫酸钙反应工段、二水硫酸钙过滤工段；包括以下生产过程：
(1)将粒径小于2mm磷矿粉、回浆液及1号过滤机的回磷酸在预混槽中进行均匀混合，停留一定时间，反应生成10％～20％的磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2和10％～25％的半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O；
(2)来自预混槽料浆进入1号反应槽，与经回磷酸稀释的浓硫酸进一步反应生成20％～35％的磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2和60％～70％半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O，浓硫酸浓度由98％稀释到60％，1号反应槽中反应时间取决于磷矿品质及料浆中硫酸浓度，控制范围在-1％～-2.5％之间；
在2号反应槽料浆与硫酸及来自1号过滤机回磷酸继续反应生成半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O，分解率为94％～97％，2号反应槽中游离硫酸的浓度为2.5％～3.5％，P2O5浓度为40％～45％，2号反应槽反应时间时间同样取决于磷矿品质，根据实际需要加入消泡剂减少反应槽中的泡沫；
(3)在1号过滤机中，半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O料浆经过滤分离出磷酸，过滤后的半水石膏滤饼中还含有25％～45％液体，用来自2号过滤机洗涤液进行洗涤，洗涤后滤饼中仍含有22％～35％液体，1号过滤机初滤区在15°到30°间进行调整，使滤液中的含固量小于1％，稀释水小于0.7％；
(4)在二水转化槽继续加入硫酸使半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O生成二水硫酸钙CaSO4.2H2O,在二水转化槽中P2O5浓度为12％～16％，硫酸浓度4.5％～6.5％；
二水转化槽中料浆通过料浆泵输送到2号过滤机，过滤出磷酸，二水石膏滤饼通过两级洗涤，排出的二水石膏滤饼含水率在22％～28％，P2O5总含量在0.2％～0.5％。
消泡剂加入位置应靠近料浆液面。
在二水转化槽停电情况下，在其底部将有固体二氧化硅析出，在无稀释料浆的情况下，二水过滤系统中独立的过滤方式可降低二水转化系统内固体含量。
本发明提供一种迥异的湿法磷酸工艺技术。是对NissonC半水-二水法工艺进行进一步开发、改进及优化。从而能够使用BPL62/65到72/73的劣质磷矿石生产高浓度磷酸(≥45％P2O5)、并达到P2O5回收率≥98.3％、蒸汽消耗低于0.8t/tP2O5。
本发明要求反应工段设置的操作参数如下：
(1)利用循环料浆及回磷酸进行配浆，循环料浆与1号过滤机给料比例范围在3:1～5:1，最优比例为4:1。
为了获得良好的晶体及较高的分解率，硫酸在反应槽进行适当的调整，使反应槽得到产物含量如表1所示：
表1反应槽中产物含量表
(2)半水反应工段1号低位闪蒸器控制温度变化如表2所示：
表2温度变化表
本工段料浆中P2O5含量在42％～45％
(3)半水磷石膏过滤工段
1区由初滤区和产品区组成，初滤区在15°到30°，这样可以得到稀释水及固体含量均小于1％滤液，滤饼经过1区后，含湿量为25％～35％。
洗涤区，从1区过来的滤饼用二水过滤机过滤酸进行洗涤，比例(洗涤液体积：滤饼中含液量体积)至少为1:1，这样替换效率可以大于80％。滤饼经过洗涤区后，含湿量为25％～35％。
(4)二水转化工段
来自半水磷石膏过滤系统的半水磷石膏与循环料浆在二水转化槽中混合均匀，循环料浆与进二水磷石膏过滤的料浆比值为1:1。
为了将磷矿石分解率从94％～97％提高到99％，二水转化槽中需要加入硫酸，料浆中的硫酸浓度在4.5％～6％之间，P2O5浓度在10％～15％之间，为了更好形式二水磷石膏结晶，利用低位闪蒸器把反应系统的温度控制在55℃～65℃之间。
(5)二水磷石膏过滤工段
二水磷石膏过滤与半水磷石膏过滤过滤一样，由过滤区及两级洗涤组成。
在洗涤区，来自一区的滤饼经过两级洗涤，最后一级洗涤液为工艺水，比例(洗涤液体积:滤饼中含液量体积)至少为1:1。
半水磷石膏及二水磷石膏过滤机经过1区后，各个区域的滤饼含液量及洗涤效率如表3所示：
表3含液量及洗涤效率表
使用本发明运行结果如表4所示：(磷矿BPL72/73)
表4运行结果表

Claims (3)

1.一种半水-二水法生产磷酸工艺，其特征在于：生产过程由以下各工段组成：磨矿工段、半水硫酸钙反应工段、半水硫酸钙过滤工段、二水硫酸钙反应工段、二水硫酸钙过滤工段；包括以下生产过程：
（1）将粒径小于2mm磷矿粉、回浆液及1号过滤机的回磷酸在预混槽中进行均匀混合，停留一定时间，反应生成10%~20%的磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2和10%~25%的半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O；
（2）来自预混槽料浆进入1号反应槽，与经回磷酸稀释的浓硫酸进一步反应生成20%~35%的磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2和60%~70%半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O，浓硫酸浓度由98%稀释到60%，1号反应槽中反应时间取决于磷矿品质及料浆中硫酸浓度，硫酸浓度控制范围在-1%~-2.5%之间；
在2号反应槽料浆与硫酸及来自1号过滤机回磷酸继续反应生成半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O，分解率为94%~97%，2号反应槽中游离硫酸的浓度为2.5%~3.5%，P2O5浓度为40%~45%，2号反应槽反应时间时间同样取决于磷矿品质，根据实际需要加入消泡剂减少反应槽中的泡沫；
（3）在1号过滤机中，半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O料浆经过滤分离出磷酸，过滤后的半水石膏滤饼中还含有25%~45%液体，用来自2号过滤机洗涤液进行洗涤，洗涤后滤饼中仍含有22%~35%液体，1号过滤机初滤区在15°到30°间进行调整，使滤液中的含固量小于1%，稀释水小于0.7%；
（4）在二水转化槽继续加入硫酸使半水硫酸钙CaSO4.0.5H2O生成二水硫酸钙CaSO4.2H2O,在二水转化槽中P2O5浓度为12%~16%，硫酸浓度4.5%~6.5%；
二水转化槽中料浆通过料浆泵输送到2号过滤机，过滤出磷酸，二水石膏滤饼通过两级洗涤，排出的二水石膏滤饼含水率在22%~28%，P2O5总含量在0.2%~0.5%。
2.根据权利要求1所述的一种半水-二水法生产磷酸工艺，其特征在于：消泡剂加入位置应靠近特定区域的料浆液面。
3.根据权利要求1所述的一种半水-二水法生产磷酸工艺，其特征在于：在二水转化槽停电情况下，在其底部将有固体二氧化硅析出，在无稀释料浆的情况下，二水过滤系统中独立过滤方式可降低二水转化系统内固体含量。
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