CN115504441B - 一种高效回收精制磷酸氟资源的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效回收精制磷酸氟资源的装置及其方法，涉及精制磷酸脱氟技术领域。将预处理过的精制磷酸进入第一脱氟塔，通入低压蒸汽加热至95～110℃，得到预脱氟磷酸；将预脱氟磷酸与活性二氧化硅混合后泵入第二脱氟塔中，通入中压蒸汽加热使磷酸处于沸腾状态，温度控制在128～140℃，塔内压力控制在10～60kPa。通过将泡罩塔串联，在第一脱氟塔内不加入脱氟剂通过低压蒸汽预热磷酸，在第二脱氟塔内加入脱氟剂通过中压蒸汽使磷酸保持沸腾状态，实现精制磷酸的深度脱氟，氟含量从2～3％降到0.12％以下，脱氟后的磷酸可用于制备工业级磷酸，回收的氟主要以氟硅酸状态存在，便于下游深加工，提高磷矿资源综合利用率。
Description
技术领域
本发明涉及精制磷酸脱氟技术领域，具体涉及一种高效回收精制磷酸氟资源的装置及其方法。
背景技术
目前精制磷酸较为成熟的是溶剂萃取法-化学沉淀法组合工艺。该工艺是先将湿法磷酸浓缩到质量分数为46％(w(H3PO4))左右，通过加入脱氟剂、脱硫剂、脱色剂预处理浓缩湿法磷酸，用压滤机压滤得到预处理磷酸。预处理过的磷酸与有机萃取溶剂在萃取槽(塔)中逆流接触发生萃取，磷酸被萃取到有机溶剂中成为有机相，多数杂质则留在萃余酸中，萃余酸可以生产磷肥。含磷酸的有机相进入洗涤槽(塔)，通过精制磷酸(即反萃酸)洗涤，进一步除杂后，含磷酸的有机相与脱盐水在反萃槽(塔)中逆流接触发生反萃取，磷酸进入水相成为精制磷酸，有机溶剂用泵送入萃取槽(塔)继续萃取，精制磷酸经蒸发浓缩得到质量分数为85％(w(H3PO4))的工业级磷酸，经过进一步脱色脱砷可以得到85％(w(H3PO4))的食品级磷酸。
化学沉淀法一般通过添加化学药剂与湿法磷酸中的杂质离子形成沉淀，过滤制得精制磷酸。湿法磷酸中有害的杂质离子主要是SO4 2-、Fe3+、Al3+、F-、Ca2+、Mg2+、As3+等离子。一般氟在湿法磷酸中以F-、SiF6 2-的形式存在，少量以AlF6 3-和FeF6 3-等多种络合离子的形式存在，通过添加Na2CO3、NaOH形成Na2SiF6 2-沉淀的形式脱除氟；如果湿法磷酸中Fe3+、Al3+的含量较高，会影响氟的脱除，因此需要在湿法磷酸中加入少量的活性SiO2或碱土金属盐(如钙盐)，形成更难溶的氟硅络合物或碱土金属的氟硅酸。
目前精制酸预脱氟都是采用化学脱氟方法，导致预脱氟流程长、氟资源收率低、磷损失高、现场环境差，同时回收的氟资源为氟硅酸钠，价值低后续深加工难度大等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效回收精制磷酸氟资源的装置及其方法，解决目前精制磷酸采用化学脱氟，造成工艺流程长，现场环境差，氟资源利用率低的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种高效回收精制磷酸氟资源的方法，其特征在于包括如下步骤：
S1.加入脱硫剂、脱色剂预处理过的精制磷酸进入第一脱氟塔，通入低压蒸汽(0.46MPa、150℃)加热至95～110℃，得到预脱氟磷酸；预热精制磷酸，同时防止磷石膏发生半水二水变化，减少后面脱氟塔结垢，利用磷酸中的残余硅进行脱氟，减少后面二氧化硅加入量，从而降低成本；
S2.将预脱氟磷酸与活性二氧化硅混合后泵入第二脱氟塔中，通入中压蒸汽(1MPa、200℃)加热使磷酸处于沸腾状态，温度控制在128～140℃，塔内压力控制在10～60kPa；
其中，第一脱氟塔与第二脱氟塔串联，精制磷酸中P2O5质量分数为40％～48％，氟化物含量为1.5％～3.0％，固含量为0.48％～0.52％。
更进一步的技术方案是所述活性二氧化硅按10～18kg/t·P2O5加入，加入后在500r/min下搅拌30～60min得到混合物料，混合物料以2～10m3/h进入第二脱氟塔中。
更进一步的技术方案是所述低压蒸汽、中压蒸汽通入量与磷酸中P2O5质量比值为0.1～0.4。
更进一步的技术方案是上述方法所使用的装置包括通过管线依次连接的第一脱氟塔、泵、第二脱氟塔和澄清槽，泵和第二脱氟塔的连接管线上连接有脱氟剂配制槽；所述第一脱氟塔和第二脱氟塔均为泡罩塔，第一脱氟塔塔体材质为聚四氟乙烯，第二脱氟塔塔体材质为玻璃钢混合树脂加碳纤维。限定塔体材质有效提高耐腐蚀性能，另外，第一脱氟塔材质选用聚四氟乙烯因为第一阶段使用低压蒸汽，设备不需要很高强度，同时为预防磷石膏发生二水半水变化出现结垢现象，即便结垢四氟材质也便于清理；第二个脱氟塔使用中压蒸汽，需要设备具有一定强度及耐高温，同时也节约装置成本。
更进一步的技术方案是所述泡罩塔每层塔板底部设置有排污管，排污总管与塔体平行设置，排污管与排污总管连接。便于对每一层塔板进行清理，排污总管汇总会便于集中清理，泡罩塔每层直接通过法兰相连接，便于后期维护使用及更换清理。泡罩层数由脱氟停留时间决定。
更进一步的技术方案是所述泡罩塔顶部倾斜设置有除沫器，除沫器包括底板、出气管、除沫挡板，底板与塔体内壁连接，出气管沿底板径向均匀分布且设置在除沫挡板内，除沫挡板与底板同轴设置且侧壁底部开设方孔。除沫器是可以保证气相四氟化硅不会带入磷酸，保证氟硅酸测产品质量，便于后续加工。
更进一步的技术方案是所述底板倾斜角为30°～45°。倾斜设置可提高磷酸冲击力，利用进酸将气相泡沫带入的细小磷石膏晶体带入脱氟塔后续工序，避免出现结垢堵塞除沫器，延长设备运行周期。
工作原理：湿法磷酸进入第一脱氟塔，利用低压蒸汽将磷酸温度提升至95～110摄氏度，利用磷酸中的可溶性硅脱除部分氟，且防止磷石膏变化引起结构，将第一脱氟塔流出的磷酸与活性二氧化硅混合后，按照10～18kg/t·P2O5加入活性二氧化硅泵入第二脱氟塔的进液管，进入除沫器，混合物料通过除沫器进入第一层的塔板，经过第一层塔板溢流后通过降液管流入第二层的塔板，依次流入第三层及以后的塔板，同时饱和蒸汽从蒸汽进气管进入往上升，通过最下层的泡罩继续往上运动，依次经过上层泡罩。饱和蒸汽从混合物料中穿过将其加热，同时通过调节塔体内压力，使混有脱氟剂的磷酸一直处于沸腾状态，其中的含氟气体逸出随着蒸汽从塔体顶部的出气口排出，进入洗涤系统经洗涤后排放。净化后的磷酸从出气管进入塔体的最底层的储槽里，最后从出液口排出，实现磷酸脱氟。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供高效回收精制磷酸氟资源的装置及其方法，通过将泡罩塔串联，在第一脱氟塔内不加入脱氟剂通过低压蒸汽预热磷酸，在第二脱氟塔内加入脱氟剂通过中压蒸汽使磷酸保持沸腾状态，实现精制磷酸的深度脱氟，氟含量从2～3％降到0.12％以下，脱氟后的磷酸可用于制备工业级磷酸，回收的氟主要以氟硅酸状态存在，便于下游深加工，提高磷矿资源综合利用率。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的装置结构示意图。
图3为本发明中除沫器的结构示意图。
图中：1-第一脱氟塔，2-第二脱氟塔，3-泵，4-排污管，5-排污总管，6-除沫器，601-底板，602-出气管，603-除沫挡板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
图1示出了一种高效回收精制磷酸氟资源的方法，其特征在于包括如下步骤：
S1.加入脱硫剂、脱色剂预处理过的精制磷酸进入第一脱氟塔1，通入低压蒸汽加热至95～110℃，得到预脱氟磷酸；
S2.将预脱氟磷酸与活性二氧化硅混合后泵入第二脱氟塔2中，通入中压蒸汽加热使磷酸处于沸腾状态，温度控制在128～140℃，塔内压力控制在10～60kPa；活性二氧化硅按10～18kg/t·P2O5加入，加入后在500r/min下搅拌30～60min。
其中，第一脱氟塔1与第二脱氟塔2串联，精制磷酸中P2O5质量分数为40％～48％，氟化物含量为1.5％～3.0％，固含量为0.48％～0.52％。
实现上述方法的装置如图2所示，包括通过管线依次连接的第一脱氟塔1、泵3、第二脱氟塔2和澄清槽，泵3和第二脱氟塔2的连接管线上连接有脱氟剂配制槽；所述第一脱氟塔1和第二脱氟塔2均为泡罩塔，所述泡罩塔每层塔板底部设置有排污管4，排污总管5与塔体平行设置，排污管4与排污总管5连接。为提高塔体耐腐蚀性能，第一脱氟塔1塔体材质为聚四氟乙烯，第二脱氟塔2塔体材质为玻璃钢混合树脂加碳纤维。
所述泡罩塔顶部倾斜设置有除沫器6，如图3所示，除沫器6包括底板601、出气管602、除沫挡板603，底板601与塔体内壁连接且倾斜30°～45°设置，出气管602沿底板601径向均匀分布且设置在除沫挡板603内，除沫挡板603与底板601同轴设置且侧壁底部开设方孔。
实施例2
精制磷酸(五氧化二磷质量分数46％，氟化物含量2.4％，固含量0.5％)进入第一脱氟塔1，通入低压蒸汽加热至96℃，得到预脱氟磷酸；将预脱氟磷酸与活性二氧化硅混合后泵入第二脱氟塔2中，通入中压蒸汽加热使磷酸处于沸腾状态，温度控制在128℃，塔内压力控制在20kPa；活性二氧化硅按12kg/t·P2O5加入，加入后在500r/min下搅拌30min。净化后磷酸(五氧化二磷质量分数44.12％，氟化物含量0.08％，固含量0.12％)氟回收率96.66％。
实施例3
精制磷酸预(五氧化二磷质量分数48％，氟化物含量1.8％，固含量0.52％)进入第一脱氟塔1，通入低压蒸汽加热至102℃，得到预脱氟磷酸；将预脱氟磷酸与活性二氧化硅混合后泵入第二脱氟塔2中，通入中压蒸汽加热使磷酸处于沸腾状态，温度控制在132℃，塔内压力控制在40kPa；活性二氧化硅按15kg/t·P2O5加入，加入后在500r/min下搅拌45min。净化后磷酸(五氧化二磷质量分数46.12％，氟化物含量0.10％，固含量0.14％)氟回收率94.44％。
实施例4
精制磷酸预(五氧化二磷质量分数47.12％，氟化物含量2.2％，固含量0.48％)进入第一脱氟塔1，通入低压蒸汽加热至108℃，得到预脱氟磷酸；将预脱氟磷酸与活性二氧化硅混合后泵入第二脱氟塔2中，通入中压蒸汽加热使磷酸处于沸腾状态，温度控制在140℃，塔内压力控制在60kPa；活性二氧化硅按18kg/t·P2O5加入，加入后在500r/min下搅拌60min。净化后磷酸(五氧化二磷质量分数45.46％，氟化物含量0.11％，固含量0.12％)氟回收率94.54％。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的范围之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对组成部件或布局进行多种变形和改进。除了对组成部件或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (4)
1.一种高效回收精制磷酸氟资源的方法，其特征在于包括如下步骤：
S1.加入脱硫剂、脱色剂预处理过的精制磷酸进入第一脱氟塔(1)，通入低压蒸汽加热至95～110℃，得到预脱氟磷酸；
S2.将预脱氟磷酸与活性二氧化硅混合后泵入第二脱氟塔(2)中，通入中压蒸汽加热使磷酸处于沸腾状态，温度控制在128～140℃，塔内压力控制在10～60kPa；
其中，第一脱氟塔(1)与第二脱氟塔(2)串联，精制磷酸中P2O5质量分数为40％～48％，氟化物含量为1.5％～3.0％，固含量为0.48％～0.52％；
所述方法所使用的装置包括通过管线依次连接的第一脱氟塔(1)、泵(3)、第二脱氟塔(2)和澄清槽，泵(3)和第二脱氟塔(2)的连接管线上连接有脱氟剂配制槽；所述第一脱氟塔(1)和第二脱氟塔(2)均为泡罩塔，第一脱氟塔(1)塔体材质为聚四氟乙烯，第二脱氟塔(2)塔体材质为玻璃钢混合树脂加碳纤维；所述泡罩塔顶部倾斜设置有除沫器(6)，除沫器(6)包括底板(601)、出气管(602)、除沫挡板(603)，底板(601)与塔体内壁连接，出气管(602)沿底板(601)径向均匀分布且设置在除沫挡板(603)内，除沫挡板(603)与底板(601)同轴设置且侧壁底部开设方孔；所述底板(601)倾斜角为30°～45°。
2.根据权利要求1所述的一种高效回收精制磷酸氟资源的方法，其特征在于：所述活性二氧化硅按10～18kg/t·P2O5加入，加入后在500r/min下搅拌30～60min得到混合物料，混合物料以2～10m3/h进入第二脱氟塔(2)中。
3.根据权利要求1所述的一种高效回收精制磷酸氟资源的方法，其特征在于：所述低压蒸汽、中压蒸汽通入量与磷酸中P2O5质量比值为0.1～0.4。
4.根据权利要求1所述的一种高效回收精制磷酸氟资源的方法，其特征在于：所述泡罩塔每层塔板底部设置有排污管(4)，排污总管(5)与塔体平行设置，排污管(4)与排污总管(5)连接，泡罩塔每层直接通过法兰相连接。
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