CN110817819B - 一种湿法磷酸净化系统及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿法磷酸净化系统及其制备工艺，包括依次连接的萃取工艺段、精脱硫工艺段、洗涤工艺段、反萃工艺段；所述萃取工艺段为两级萃取；所述反萃工艺段为两级反萃。本发明的湿法磷酸净化系统设置有萃取和反萃两段萃取工艺段，在萃取工艺段将大部分的磷酸分离进有机相，在反萃工艺段将磷酸从有机相中洗入水中，再送入溶剂中循环使用；这样能提高磷酸的萃取纯度，并能将杂质分离的更为的彻底。

Description

一种湿法磷酸净化系统及其制备工艺

技术领域

本发明涉及湿法磷酸制备领域，具体为一种湿法磷酸净化系统及其制备工艺。

背景技术

磷酸和磷酸盐在化工、农业、日化、电子、食品等行业有广泛的应用。磷酸的生产方法主要有热法和湿法两种，磷酸和相应的碱反应是制备磷酸盐的主要方法。与使用电炉还原的热法磷酸相比，湿法磷酸因能耗低具有明显的成本优势和更小的环境影响。但由于湿法磷酸来自无机酸(主要是硫酸)分解磷矿石得到的粗磷酸，其中的杂质含量高而且复杂(包括硫酸根、氟离子、钙、铁、镁、砷等)，必须通过净化，才可能用于磷肥生产以外的领域。发展湿法磷酸净化工艺对于减少中高端磷酸和磷酸盐产品对高能耗的热法工艺的依赖、拓展产品应用领域、提高附加值等均具有重要意义。例如，随着精馏提浓和化学沉淀等分离技术的采用，一部分湿法磷酸开始被初步净化用于生产三聚磷酸钠等工业磷酸盐；随着溶剂萃取法的出现，湿法磷酸经过净化可以得到高质量的工业级磷酸直至食品级磷酸。目前，溶剂萃取是湿法磷酸净化制备高端磷酸和磷酸盐产品的主流技术，使用的萃取剂包括醇类、醚类、磷酸脂类、酮类等。但是磷矿石中的杂质较高，萃取过程中要进行大量的杂质分离步骤，给进一步优化产品结构、降低磷资源转化综合成本造成了困难。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种净化过程短、净化效率高的湿法磷酸净化系统及其制备工艺。

本发明首先提供一种湿法磷酸净化系统，包括依次连接的萃取工艺段、精脱硫工艺段、洗涤工艺段、反萃工艺段；所述萃取工艺段为两级萃取；所述反萃工艺段为两级反萃。

优选的，所述萃取工艺段包括依次连接的一级萃取负载溶剂槽、一级萃取负载溶剂泵、二级萃取器、二级萃取分相槽、二级萃余酸泵、一级萃取器、一级萃取分相槽；优选的，还有给料酸泵、给料酸槽、空载溶剂槽、空载溶剂泵。

更优选的，所述二级萃取分相槽的萃取相比为3.5-4:1，温度为35-45℃。

优选的，所述精脱硫工艺段包括依次连接的精脱硫反应槽、精脱硫沉降槽

优选的，所述洗涤工艺段包括依次连接的精脱硫负载溶剂槽、精脱硫负载溶剂泵、洗涤塔、洗涤负载溶剂槽。优选的，还有洗涤酸槽、洗涤酸泵。

优选的，所述反萃工艺段包括依次连接的脱盐水槽、脱盐水泵、二级微反应器、二级反萃分相槽、二级反萃酸泵、一级微反应器、一级反萃分相槽；

优选的，还有洗涤负载溶剂泵。

更优选的，所述二级反萃分相槽的反萃相比为7-10:1；即负载溶剂与脱盐水的比例为7-10:1。

本发明还提供一种湿法磷酸净化系统的制备工艺，包括如下步骤：

S1在萃取工艺段分两级萃取，使空载溶剂与磷酸充分混合，萃取后的负载溶剂经分相后使有机相与无机相得到分离；萃取后大部分磷酸进入有机相；

S2 S1步骤分离后的有机相(有机相已溶于磷酸)与BaCO3的返酸反应，生成BaSO4沉淀，再经过沉降分离后得到精脱硫负载溶剂，进一步除去硫酸根离子；

S3 S2步骤后的精脱硫负载溶剂经多级接触传质，使负载溶剂中较多的金属离子进入洗余酸中，进一步降低精脱硫负载溶剂中金属离子；

S4反萃为两级反萃，S3步骤后的精脱硫负载溶剂与二级反萃酸混合后反萃，得到一级反萃酸并进行储存，一级反萃后的溶剂与脱盐水混合后，将磷酸从有机相中洗入水中，并回流入二级反萃工艺段中循环使用。

本发明的有益效果是：

1、本发明的湿法磷酸净化系统设置有萃取和反萃两段萃取工艺段，在萃取工艺段将大部分的磷酸分离进有机相，在反萃工艺段将磷酸从有机相中洗入水中，再送入溶剂中循环使用；这样能提高磷酸的萃取纯度，并能将杂质分离的更为的彻底；

2、本发明的湿法磷酸净化系统的整个生产工艺流程短，生产效率高，使用于大规模工业化生产；

3、本发明的湿法磷酸净化系统能对硫化物进行精脱硫，回收大部分的硫化物杂质。

附图说明

图1为本发明一种优选实施例的萃取工艺段的连接图；

图2为本发明一种优选实施例的精脱硫工艺段的连接图；

图3为本发明一种优选实施例的洗涤工艺段的连接图；

图4为本发明一种优选实施例的反萃工艺段的连接图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1-4所示，本发明首先提供一种湿法磷酸净化系统，包括依次连接的萃取工艺段、精脱硫工艺段、洗涤工艺段、反萃工艺段；所述萃取工艺段为两级萃取；所述反萃工艺段为两级反萃。

所述萃取工艺段包括依次连接的一级萃取负载溶剂槽11、一级萃取负载溶剂泵12、二级萃取器13、二级萃取分相槽14、二级萃余酸泵15、一级萃取器16、一级萃取分相槽17。

还有设置在一级萃取负载溶剂泵12和二级萃取器13之间的给料酸槽和给料酸泵进行磷酸的供应；设置在一级萃取器16前的空载溶剂槽和空载溶剂泵进行空载溶剂的供应。

萃取分为两级萃取，利用乳化泵的高转速剪切作用使空载溶剂与磷酸充分混合，萃取后的负载溶剂经卧式分相槽(一级萃取分相槽17、二级萃取分相槽14)停留后使有机相与无机相得到分离。萃取后大部分磷酸进入有机相，总的萃取率约为60％。

所述二级萃取分相槽14的萃取相比为3.5-4:1，温度为35-45℃。

所述精脱硫工艺段包括依次连接的精脱硫反应槽21、精脱硫沉降槽22。

还有与精脱硫反应槽21连接设置的精脱硫循环泵、与精脱硫沉降槽22连接设置的精脱硫底流泵。

由二级萃取分相槽14溢流进精脱硫反应槽21的负载溶剂，在混合槽中，通过搅拌器的作用与溶有BaCO3来的返酸反应，生成BaSO4沉淀，再经过带转耙的精脱硫沉降槽22沉降分离，进一步除去硫酸根离子。

所述洗涤工艺段包括依次连接的精脱硫负载溶剂槽31、精脱硫负载溶剂泵32、洗涤塔33、洗涤负载溶剂槽34。

还有连接洗涤塔33顶部的洗涤酸槽和洗涤酸泵。

精脱硫负载溶剂槽31送入洗涤塔33塔底的负载溶剂，在脉冲力作用下，与洗涤酸槽送到塔顶的洗涤酸，经多级接触传质，使负载溶剂中较多的金属离子(主要是Fe3+)进入洗余酸中，进一步降低负载溶剂中金属离子，洗涤后负载溶剂从塔顶溢流进洗涤负载溶剂槽34。

所述反萃工艺段包括依次连接的脱盐水槽41、脱盐水泵42、二级微反应器43、二级反萃分相槽44、二级反萃酸泵45、一级微反应器46、一级反萃分相槽47。还有洗涤负载溶剂泵连接在一级微反应器46前端。

反萃也分为两级反萃，洗涤负载溶剂槽34的洗涤负载溶剂，经换热器进入一级微反应器46与二级反萃酸混合，得到的一级反萃酸进入反萃酸储槽储存，反萃酸储槽有5h的储存能力，可供净化和后处理短暂的停车。二级反萃从一级反萃分相槽47顶部溢流的溶剂与脱盐水经二级微反应器43混合后，将磷酸从有机相中洗入水中，空载溶剂从二级反萃分相槽44顶部溢流进溶剂槽中循环使用。所述二级反萃分相槽44的反萃相比为7-10:1。

实施例一

本发明提供的湿法磷酸净化系统的制备工艺，包括如下步骤：

S1在萃取工艺段分两级萃取，使空载溶剂与磷酸充分混合，萃取后的负载溶剂经分相后使有机相与无机相得到分离；萃取后大部分磷酸进入有机相；单系列按照(4:1的相比，即60m³/h的空载溶剂与15m³/h的给料酸)进行混合,空载溶剂的温度控制在40±5℃，给料酸的温度空载在60±5℃。

S2 S1步骤分离后的有机相与BaCO3的返酸反应，生成BaSO4沉淀，再经过沉降分离后得到精脱硫负载溶剂，进一步除去硫酸根离子；BaCO3与负载溶剂的比例为1:60，即处理60m³/h负载溶剂需要加入1m³/h的BaCO3的酸溶液。同时，需要将精脱硫循环泵启动，增加系统内负载溶剂的回流比。另外，还需要向精脱硫反应槽21中加入少量13％Na₂S溶液，加入量为80-120L/h。

S3 S2步骤后的精脱硫负载溶剂经多级接触传质，使负载溶剂中较多的金属离子进入洗余酸中，进一步降低精脱硫负载溶剂中金属离子；洗涤相比一般控制在30:1，即处理30m³/h负载溶剂需要加入1m³/h的洗涤酸。洗涤酸的浓度控制在25-35％的P₂O₅含量。洗涤塔33控制的关键参数为安装在塔上的差压密度值，不同P₂O₅含量的负载溶剂，所需要的洗涤酸的浓度和加入量都不一样，最终通过控制洗涤酸的浓度和加入量来使差压密度值在0.94-0.98之间即为最佳效果。

S4反萃为两级反萃，S3步骤后的精脱硫负载溶剂与二级反萃酸混合后反萃，得到一级反萃酸并进行储存，一级反萃后的溶剂与脱盐水混合后，将磷酸从有机相中洗入水中，并回流入二级反萃工艺段中循环使用；反萃相比为7-10:1，主要控制一级反萃分相槽47的酸位，即分相槽中酸的液位，控制值为15-25％，才能确保其分相效果。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种湿法磷酸净化系统，其特征在于：包括依次连接的萃取工艺段、精脱硫工艺段、洗涤工艺段、反萃工艺段；所述萃取工艺段为两级萃取；所述反萃工艺段为两级反萃；

所述萃取工艺段包括依次连接的一级萃取负载溶剂槽、一级萃取负载溶剂泵、二级萃取器、二级萃取分相槽、二级萃余酸泵、一级萃取器、一级萃取分相槽：所述二级萃取分相槽的萃取相比为(3.5-4):1，温度为35-45℃；

所述精脱硫工艺段包括依次连接的精脱硫反应槽、精脱硫沉降槽以及与精脱硫反应槽连接设置的精脱硫循环泵、与精脱硫沉降槽连接设置的精脱硫底流泵，所述精脱硫反应槽内的反应相比即BaCO₃的酸溶液与负载溶剂的体积比例为1:60，所述精脱硫反应槽内还加有13％的Na₂S溶液，加入量为80-120L/h；

所述洗涤工艺段包括依次连接的精脱硫负载溶剂槽、精脱硫负载溶剂泵、洗涤塔、洗涤负载溶剂槽，所述洗涤塔的洗涤相比即负载溶剂与洗涤酸的体积比例为30:1，洗涤酸的浓度为25-35％；

所述反萃工艺段包括依次连接的脱盐水槽、脱盐水泵、二级微反应器、二级反萃分相槽、二级反萃酸泵、一级微反应器、一级反萃分相槽，所述二级反萃分相槽的反萃相比，即负载溶剂与脱盐水的比例为(7-10):1，所述一级反萃分相槽中酸的液位为15-25％。

2.一种根据权利要求1所述的系统对湿法磷酸进行净化的工艺，其特征在于：包括如下步骤：

S1在萃取工艺段分两级萃取，使空载溶剂与磷酸充分混合，萃取后的负载溶剂经分相后使有机相与无机相得到分离；萃取后大部分磷酸进入有机相；

S2 S1步骤分离后的有机相与BaCO₃的返酸反应，生成BaSO₄沉淀，再经过沉降分离后得到精脱硫负载溶剂，进一步除去硫酸根离子；

S3 S2步骤后的精脱硫负载溶剂经多级接触传质，使负载溶剂中较多的金属离子进入洗余酸中，进一步降低精脱硫负载溶剂中金属离子；

S4反萃为两级反萃，S3步骤后的精脱硫负载溶剂与二级反萃酸混合后反萃，得到一级反萃酸并进行储存，一级反萃后的溶剂与脱盐水混合后，将磷酸从有机相中洗入水中，并回流入二级反萃工艺段中循环使用。

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