CN1164483C - 一种二水法湿法磷酸生产工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种由硫酸萃取磷矿生产二水法湿法磷酸工艺方法，包括萃取反应，磷酸料浆过滤分离，尾气洗涤过程。硫酸与磷酸在一个集反应、消化功能为一体的多室反应设备中完成，反应过程中释放出来的热量通过低位闪蒸冷却循环回路移出；特点是反应料浆从反应室到消化室的溢流在设备内实现，反应部分的尾气通过文丘里洗涤器和旋风洗涤塔组合洗涤流程用水进行洗涤。本发明对磷矿有较好的适应性；能提高装置P₂O₅回收率；改善石膏结晶，提高过滤强度；能有效降低装置废气和氟污染物排放量。

Description

一种二水法湿法磷酸生产工艺方法

技术领域

本发明涉及由硫酸萃取磷矿生产磷酸的二水法湿法磷酸生产工艺方法及其设备。

背景技术

湿法磷酸是重要的磷肥生产原料，主要用于生产磷复肥产品。湿法磷酸还可通过深加工处理，生产各种磷酸盐产品，或者生产食品级磷酸。

磷矿中主要化学成分为Ca₅F(PO₄)₃，当它与硫酸反应时，生成磷酸和难溶性的磷酸钙结晶。其化学反应式如下：

反应条件不同，生成的硫酸钙可以以三种不同的水合结晶形态，即二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)、半水硫酸钙(CaSO₄·1/2H₂O)和无水硫酸钙(CaSO₄)结晶形态，从磷酸溶液中沉淀出来。

当控制反应条件，生成二水硫酸钙结晶时，即为二水法。

二水法湿法磷酸生产过程主要包括反应、过滤、浓缩、尾气洗涤、酸贮存等部分。硫酸与磷矿在一个反应槽中进行萃取反应，生产液相主要含磷酸、固相主要为磷石膏的磷酸料浆；磷酸料浆在过滤机中过滤分离，滤液即为稀磷酸产品，滤渣为磷石膏，进行堆存；稀磷酸产品通过浓缩，进一步提高其浓度至约50％；反应部分的尾气通过多次洗涤后放空，符合环保标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由硫酸萃取磷矿生产磷酸的二水法湿法磷酸工艺方法及设备。该方法中硫酸与磷矿的反应及消化能在一个设备中完成，尾气洗涤后放空符合环保标准。生产装置投资省且能适应含硅高的磷矿原料的生产场合。

达到上述目的的一种由硫酸萃取磷矿生产磷酸的二水法湿法磷酸工艺方法，包括原料硫酸与磷矿进行萃取反应，磷酸料浆过滤分离，反应部分的尾气洗涤过程，硫酸与磷矿的反应和消化过程在同一台多室反应/消化槽中完成，采用料浆外部循环真空冷却移出反应热量，以生成稀磷酸，反应部分的消化室的溢流在设备内实现，反应部分的尾气通过文丘里洗涤器和喷淋旋风洗涤塔用水进行多次洗涤，使排放的尾气符合环保标准，文丘里洗涤器液/气比为1/1000～3.0/1000m³液体/m³气体，喉管气流速度控制为50～100m/s，喷淋旋风洗涤塔喷淋密度为25～35m³/(m²·h)。

该尾气洗涤的最后一级用水，也可以用2～10％wt石灰乳进行洗涤，用水洗涤时，可以加入硫酸，以调节洗涤液PH值，PH值控制在2～4，提高氟洗涤率。用2～10％石灰乳进行洗涤时，石灰乳可与稀氟硅酸直接进行中和反应，除氟率高。

本发明中所用的反应/消化槽的结构型式为多个外形尺寸相同的方形小格室的组合，格室数量和尺寸依据装置生产能力以及反应料浆总停留时间而确定。其有效容积一般在1.5～2.5m³/(tpd P₂O₅)[m³/(tpd P₂O₅)指：米³/(每天  每吨P₂O₅)]。反应/消化槽内壁垂直方向为倾斜式，水平方向为圆弧形，反应区搅拌器为双层搅拌桨，消化区搅拌器为单层搅拌桨。

所述的反应/消化槽中反应温度控制为75～85℃，反应料浆在反应/消化槽中总停留时间3.8～5.5小时，P₂O₅反应收率达到96～98％。

所述的原料硫酸在反应/消化槽中多室加入，反应料浆液相中P2O5浓度控制在22.0～28.5％wt，SO^{4 2-}浓度控制在2.0～3.0％wt，石膏过滤强度达到4.0～5.0t P₂O₅/(d·m²)。

其反应热量通过外部真空低位闪蒸冷却循环回路移出，反应料浆从反应/消化槽反应区的最后一室出来，通过一台卧式循环泵将料浆送到一台闪蒸冷却室，负压下闪蒸冷却，从闪蒸冷却室出来的料浆回流至反应/消化槽反应区的第一室。在-0.2～-0.5Kpa负压下闪蒸冷却，低位闪蒸冷却循环回路的流量与去过滤机的料浆流量之比为30～40，闪蒸冷却室进出料浆温度差控制在2～3℃。

本发明的优点是：

(1)采用本发明建设的生产装置，其工艺设备易于制造，装置布置紧凑；

(2)采用本发明建设的生产装置，比同规模传统生产装置节省总投资约30％；

(3)因硫酸多点加料，可以精确调整不同格室中SO₄ ^2-浓度，有效控制SO₄ ^2-浓度均匀，改善磷石膏结晶状况，使生产装置能够适应反应活性较差的磷矿，并且提高原料利用率；

(4)采用本发明建设的生产装置，适应以含硅高的磷矿矿源作为生产原料的场合；

(5)本发明闪蒸冷却蒸发出来的水份，在一台预冷凝器用水进行冷凝，冷凝下来的水用于磷石膏洗涤，回收了热量，在过滤部分不需额外加入蒸汽，能够有效降低生产装置新鲜水消耗，实现生产装置工艺水的综合利用，能够充分有效利用原料磷矿与硫酸反应产生的热量，降低生产装置能源消耗。

附图说明

图1是本发明的反应部分的工艺流程示意图。

图2是本发明的尾气洗涤部分的工艺流程示意图。

图中标号表示：1反应/消化槽，2低位闪冷器，3低位闪冷循环泵，4混合三通，5反应部分搅拌器，6消化部分搅拌器，7料浆泵，8预冷凝器，9冷凝器，10密封槽，11洗涤泵，12文丘里洗涤器，13第一洗涤塔，14第二洗涤塔，15尾气风机，16第一洗涤塔循环泵，17洗涤液泵，18第二洗涤塔一级循环泵，19第二洗涤塔二级循环泵。

具体实施方式

下面通过实例对本发明的内容给予进一步详细说明。

实施例1采用本发明的18万吨/年P₂O₅磷酸装置

原料硫酸与磷矿在一个六格方槽的反应/消化槽中进行反应，反应/消化槽每个格室的有效尺寸为5800×5800×8000，总有效容积1200m³，反应料浆总停留时间4小时，反应温度76℃，循环倍率36，P₂O₅反应收率96％。反应料浆从第四室通过卧式循环泵送到低位闪蒸冷却室，从低位闪蒸冷却室出来的料浆返回第一室，料浆循环流量11000m³/h，闪蒸冷却室进出料浆温差2.7℃；第四室反应料浆从反应/消化槽的内部依次溢流至第五室、第六室。第六室反应料浆用泵送到过滤机进行过滤，得到稀磷酸产品。稀磷酸P₂O₅浓度26.5％，过滤机过滤强度4.5t P₂O₅/(d.m²)。

反应/消化槽的尾气通过文丘里洗涤器、尾气风机、旋风洗涤塔组合流程进行洗涤，洗涤后的尾气放空。文丘里洗涤器液/气比为1.4/1000m³液体/m³气体，喉管气流速度51m/s；，喷淋旋风洗涤塔喷淋密度28m³/(m².h)。

实施例2采用本发明的30万吨/年P₂O₅磷酸装置

原料硫酸与磷矿在一个九格方槽的反应/消化槽中进行反应，反应/消化槽每个格室的有效尺寸为5800×5800×8000，总有效容积1800m³，反应料浆总停留时间4.2小时，反应温度78℃，循环倍率30，P₂O₅反应收率95％。反应料浆从第六室通过卧式循环泵送到低位闪蒸冷却室，从低位闪蒸冷却室出来的料浆返回第一室，料浆循环流量13000m³/h，闪蒸冷却室进出料浆温差3℃；第六室反应料浆从反应/消化槽的内部依次溢流至第七室、第八室、第九室。第九室反应料浆用泵送到过滤机进行过滤，得到稀磷酸产品。稀磷酸P₂O₅浓度28％，过滤机过滤强度4.8t P₂O₅/(d.m²)。

反应/消化槽的尾气通过文丘里洗涤器、一级喷淋旋洗涤塔、尾气风机、二级喷淋旋风洗涤塔组合流程进行洗涤，洗涤后的尾气放空。文丘里洗涤器液/气比为1.2/1000m³液体/m³气体，喉管气流速度51m/s；，喷淋旋风洗涤塔喷淋密度28m³/(m².h)。

Claims (4)

1、一种由硫酸萃取磷矿生产磷酸的二水法湿法磷酸工艺方法，包括原料硫酸与磷矿进行萃取反应，磷酸料浆过滤分离，尾气洗涤过程，采用二水法工艺条件，硫酸与磷矿的反应和消化过程在同一台多室反应/消化槽中完成，采用料浆外部循环真空冷却移出反应热量，以生成稀磷酸，反应部分的尾气进行多次洗涤，使之符合环保排放要求，其特征在于反应料浆从反应室到消化室的溢流在设备内实现，反应部分的尾气通过文丘里洗涤器和喷淋旋风洗涤塔用水进行多次洗涤，使排放的尾气符合环保标准，其文丘里洗涤器液/气比为1/1000～3.0/1000m³液体/m³气体，喉管气流速度控制为50～100m/s，喷淋旋风洗涤塔喷淋密度为25～35m³/(m²·h)。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于尾气洗涤的最后一级用水加硫酸洗涤，洗涤液PH值控制在2～4。

3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于尾气洗涤的最后一级用2～10％wt石灰乳进行洗涤。

4、用于权利要求1所述的方法的反应/消化槽，其特征在于结构型式为多个外形尺寸相同的方形小格室的组合，有效容积在1.5～2.5米³/(每天每吨P₂O₅)，该反应/消化槽内壁垂直方向为倾斜式，水平方向为圆弧形，反应区搅拌器为双层搅拌桨，消化区搅拌器为单层搅拌桨。

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