CN106348265A - 一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的方法和装置 - Google Patents

一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的方法和装置，方法包括如下过程：1）复合肥工艺中副产的34%盐酸在盐酸解析塔中生成反应氯化氢气体：2）氯化氢气体与磷矿浆反应生成氟化氢、四氟化硅、氯化氢气体及料浆；3）料浆经过过滤，滤查排出，清液与萃取剂混合萃取，萃取余液排出收集，饱和有机相经过洗涤液洗涤后与蒸馏水逆流反萃取，反萃取液排出收集；4）萃取余液与反萃取液经过回收萃取剂后得到较高浓度的氯化钙溶液和磷酸；装置包括盐酸解析塔、酸解槽、板框压滤机、萃取槽、反萃槽。本发明的优点在于，磷酸生产工艺简单，达到用最低的成本生产最优质的磷酸，且能减少环境污染、节能增效的目的。

Description

一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的方 法和装置
技术领域
本发明属于化工技术领域，涉及一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的方法，具体为一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸的方法和装置。
背景技术
通常所说的“湿法磷酸”实际上是指硫酸法制磷酸，即用硫酸分解磷矿得到的磷酸，此种方法每生产1吨磷酸，会产生5吨磷石膏，会造成很大的污染，而采用盐酸法制取磷酸，又会导致磷酸浓度过低，氯化钙与磷酸不易分离等困难，同时复合肥工艺生产的大量34％盐酸无法消化，严重制约了复合肥工业的发展。
发明内容
针对常规湿法磷酸生产工艺流程长、污染大、成本高的问题，本发明旨在寻找一种简单的磷酸生产工艺，达到用最低的成本生产最优质的磷酸，且能减少环境污染、节能增效的目的。
本发明所采用的技术方案是：一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的方法包括如下过程：
1)复合肥工艺中副产的盐酸在盐酸解析塔中生成反应氯化氢气体：
2)氯化氢气体与磷矿浆反应生成氟化氢、四氟化硅、氯化氢气体及料浆；
3)料浆经过过滤，滤查排出，清液与萃取剂混合萃取，萃取剂为C4、C5醇类有机物之一或是其二者的混合物，有机相与水相的体积比为4，萃取余液排出收集，饱和有机相经过洗涤液洗涤后与蒸馏水逆流反萃取，反萃取液排出收集，洗涤液为75％磷酸与碳酸钠的混合液；
4)萃取余液与反萃取液经过回收萃取剂后得到超过33％氯化钙溶液和24％磷酸。
优选的，盐酸解析塔为釜式结构，氯化氢气体出盐酸解析塔温度为70-80℃。
优选的，氯化氢气体与磷矿浆中氧化钙的质量之比为1.05:1；
磷矿浆中P2O5含量控制在20～30％，CaO含量控制在40～45％，MgO含量控制在0.8～1.8％，磷矿浆浓度50～60％，磷矿浆200目细度含量为60～80％。
优选的，氯化氢气体与磷矿浆反应时间为40-50分钟，温度为70-85℃。
一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的装置包括盐酸解析塔、酸解槽、板框压滤机、萃取槽、反萃槽；
所述盐酸解析塔与所述酸解槽连接，磷矿料浆槽与所述酸解槽连接，酸解槽排液口与板框压滤机连接，酸解槽排气口与尾洗塔连接；
所述板框压滤机排渣口与渣浆槽连接，板框压滤机液体出口与萃取槽连接；
所述萃取槽的萃取口与萃取剂槽连通，萃取槽排液口与萃余液槽连接，萃取槽出液口与反萃槽连接；
所述反萃槽前端口与洗水槽连通，所述反萃槽后端口与蒸馏水槽连通，反萃槽液体出口与反萃液槽连接。
本发明具有以下有益效果：
1、本工艺采用的是氯化氢气体直接与磷矿浆反应，解决了大量盐酸无法消化和磷石膏污染严重的问题，同时也解决了一般盐酸法制磷酸中磷酸浓度低的问题。
2、本生产工艺对磷矿资源利用彻底，F、Ca等元素的收率较高，而且污染小，是一种绿色生成工艺。
3、该生产工艺装置简单，操作方便，工艺条件易于控制，产品质量好。
附图说明
图1为本发明的工艺示意图。
如图中，盐酸解析塔1、酸解槽2、尾洗塔3、尾洗收集槽4、磷矿料浆槽5、板框压滤机6、萃取槽7、反萃槽8、渣浆槽9、萃余液槽10、萃取剂槽11、洗水槽12、蒸馏水槽13、反萃液槽14。
具体实施方式
下面结合实施案例及附图来进一步说明本发明，但实施案例不会构成对本发明的限制。
本发明涉及的反应方程式为：
10HCl(g)+Ca5F(PO4)3＝5CaCl2+3H3PO4+HF↑
CaCO3+2HCl＝CaCl2+CO2↑+H2O
MgCO3+2HCl＝MgCl2+H2O+CO2↑
R2O3+6HCl＝2RCl3+3H2O(R＝Fe、Al、Mn)
4HF+SiO2＝SiF4↑+2H2O
3SiF4+4H2O＝2H2SiF6+H4SiO4
如图1中，一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的方法包括如下过程：
1)复合肥工艺中副产的34％盐酸在盐酸解析塔1中生成反应氯化氢气体，盐酸解析塔1为釜式结构，氯化氢气体出盐酸解析塔1温度为70-80℃：
2)氯化氢气体与磷矿浆反应生成氟化氢、四氟化硅、氯化氢气体及料浆，氯化氢气体与磷矿浆中氧化钙的质量比为1.05:1；
磷矿浆中P2O5含量控制在20～30％，CaO含量控制在40～45％，MgO含量控制在0.8～1.8％，磷矿浆浓度50～60％，磷矿浆200目细度含量为60～80％，氯化氢气体与磷矿浆反应时间为40-50分钟，温度为70-85℃；
3)料浆经过过滤，滤查排出，清液与萃取剂混合萃取，萃取剂为C4、C5醇类有机物之一或是其二者的混合物，有机相与水相体积之比为4，萃取余液排出收集，饱和有机相经过洗涤液洗涤后与蒸馏水逆流反萃取，反萃取液排出收集，洗涤液为75％磷酸与碳酸钠的混合液，洗涤液中碳酸钠的加入量由饱和有机相中SO4 2-含量确定，其原理为：硫酸钠在水中的溶解度大于其在萃取剂中的溶解度；设饱和有机相中SO4 2-质量为m，则
Na2CO3～SO4 2-
碳酸钠加入质量为：m×106÷96
4)萃取余液与反萃取液经过回收萃取剂后得到超过33％氯化钙溶液和24％磷酸。
如图1中，一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的装置包括盐酸解析塔1、酸解槽2、板框压滤机6、萃取槽7、反萃槽8；
盐酸解析塔1与所述酸解槽2连接，磷矿料浆槽5与所述酸解槽2连接，酸解槽2排液口与板框压滤机6连接，酸解槽2排气口与尾洗塔3连接，将复合肥工艺中副产的34％盐酸用泵打至盐酸解析塔1，利用0.5MPa的低压蒸汽使盐酸解析出氯化氢气体，将氯化氢气体通入酸解槽2底部，在酸解槽2内与磷矿料浆槽5输送来的磷矿浆反应，反应产生的氟化氢、四氟化硅、氯化氢等气体由尾洗真空泵抽入尾洗塔3处理后，收集到尾洗收集槽4中，而酸解槽2中出来的合格料浆输送至板框压滤机6；
板框压滤机6排渣口与渣浆槽9连接，板框压滤机6液体出口与萃取槽7连接，板框压滤机6中的滤渣排入渣浆槽9，；
萃取槽7的萃取口与萃取剂槽11连通，萃取槽7排液口与萃余液槽10连接，萃取槽7出液口与反萃槽8连接，清液直接进入萃取槽7与萃取剂槽11输送来的萃取剂逆流接触、萃取，萃取余液进入萃余液槽10，萃取后的饱和有机相进入反萃槽8中；
反萃槽8前端口与洗水槽12连通，反萃槽8后端口与蒸馏水槽13连通，反萃槽8液体出口与反萃液槽14连接，饱和有机相进入反萃槽8后，先与洗水槽12输送来的洗水混合、洗涤后，洗余水直接返回到酸解槽2中，循环利用，而经过洗涤后的饱和有机相则继续溢流与蒸馏水槽13输送来的蒸馏水逆流反萃，反萃取液收集到反萃液槽14中；
最后将萃余液槽10中的萃取余液和反萃液槽14中的反萃取液，经过回收萃取剂之后就可以得到纯度较高的氯化钙溶液和磷酸。
本发明所述洗水采用工业级75％磷酸加工业级碳酸钠配置，洗水中碳酸钠的加入量按饱和有机相中SO4 2-含量确定。
本发明所述磷矿浆槽内的原料磷矿浆中P2O5含量控制在20～30％，CaO含量控制在40～45％，MgO含量控制在0.8～1.8％，矿浆浓度50～60％，矿浆细度：60～80％(200目)。
实施例：将34％的盐酸解析成氯化氢气体，控制氯化氢气体温度为70-75℃，将氯化氢气体通入酸解槽中，与磷矿浆逆流接触反应(磷矿浆浓度为50％，五氧化二磷含量为31％，氧化钙含量为40～45％，镁含量为5％-6％，氟含量2％-3％)，确保酸解槽温度在75-80℃，物料停留时间在45min左右，反应后的料浆过滤掉酸不溶物后，清液进入萃取槽，与萃取剂混合、萃取，萃取槽分为7级；萃取余液经过回收溶剂后，得到34.67％的氯化钙溶液；饱和有机相经过洗涤、反萃取得到24.76％的工业级磷酸。
本发明解决了盐酸法制取磷酸工艺中能耗偏高，磷酸和氯化钙难以分离等困难，技术方案是以经过盐酸解析塔的氯化氢气体与粗磨的磷矿浆直接在酸解槽内反应，将反应后溶液过滤得到的滤液直接进入7级萃取槽与萃取剂逆流混合萃取，再经过洗涤与反萃取之后得到萃取余液、洗涤液和反萃取液，其中洗余液直接返回酸解槽循环利用，反萃取液经过回收萃取剂和蒸发浓缩后得到产品85％工业磷酸，萃取余液经过回收萃取剂后，进入碳化与氨化塔，与二氧化碳和氨气的混合气体逆流接触反应，控制反应溶液PH为5-7左右，将从碳化与氨化塔出来的物料经过过滤分离出98％轻质碳酸钙后，将滤液进一步浓缩制得95％氯化铵；本工艺综合了盐酸法制取磷酸和湿法磷酸精制的工艺精华，同时简化了部分工艺流程，提高了磷矿的利用率，有效解决了传统湿法磷酸生产中工艺流程长、污染大、能耗高、成本高的问题。

Claims (5)

1.一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的方法，其特征在于：所述方法包括如下过程：
1）复合肥工艺中副产的盐酸在盐酸解析塔（1）中生成反应氯化氢气体：
2）氯化氢气体与磷矿浆反应生成氟化氢、四氟化硅、氯化氢气体及料浆；
3）料浆经过过滤，滤渣排出，清液与萃取剂混合萃取，萃取剂为C4、C5醇类有机物之一或是其二者的混合物，有机相与水相的体积之比为4，萃取余液排出收集，饱和有机相经过洗涤液洗涤后与蒸馏水逆流反萃取，反萃取液排出收集，洗涤液为75%磷酸与碳酸钠的混合液；
4）萃取余液与反萃取液经过回收萃取剂后得到33 %氯化钙溶液和24%磷酸。
2.根据权利要求1所述的一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的方法，其特征在于：所述盐酸解析塔（1）为釜式结构，氯化氢气体出盐酸解析塔（1）温度为70-80℃。
3.根据权利要求1所述的一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的方法，其特征在于：所述氯化氢气体与磷矿浆中氧化钙的质量比为1.05:1；
磷矿浆中P2O5含量控制在20～30%，CaO含量控制在40～45%，MgO含量控制在0.8～1.8%，磷矿浆浓度50～60%。
4.根据权利要求1所述的一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的方法，其特征在于：所述氯化氢气体与磷矿浆时为40-50分钟，温度为70-85℃。
5.一种利用氯化氢气体和磷矿浆反应生产磷酸及其副产物的装置，其特征在于：所述装置包括盐酸解析塔（1）、酸解槽（2）、板框压滤机（6）、萃取槽（7）、反萃槽（8）；
所述盐酸解析塔（1）与所述酸解槽（2）连接，磷矿料浆槽（5）与所述酸解槽（2）连接，酸解槽（2）排液口与板框压滤机（6）连接，酸解槽（2）排气口与尾洗塔（3）连接；
所述板框压滤机（6）排渣口与渣浆槽（9）连接，板框压滤机（6）液体出口与萃取槽（7）连接；
所述萃取槽（7）的萃取口与萃取剂槽（11）连通，萃取槽（7）排液口与萃余液槽（10）连接，萃取槽（7）出液口与反萃槽（8）连接；
所述反萃槽（8）前端口与洗水槽（12）连通，所述反萃槽（8）后端口与蒸馏水槽（13）连通，反萃槽（8）液体出口与反萃液槽（14）连接。
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