CN1960941B - 生产磷酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产磷酸的方法，包括形成包含二水合硫酸钙和磷酸的第一种含水浆料；形成包含半水合硫酸钙和磷酸的第二种含水浆料；使用过滤器过滤形成滤饼并分离含有磷酸的含水相。

Description

生产磷酸的方法
技术领域
本发明涉及一种用于生产磷酸的方法，包括：
-形成包含二水合硫酸钙和磷酸的第一种含水浆料(bouillie)，
-形成包含半水合硫酸钙和磷酸的第二种含水浆料，
-使用过滤器过滤形成滤饼并分离含有磷酸的含水相。
背景技术
主要通过过滤二水合硫酸钙(CaSO4.2H2O)形成滤饼的方法是早已知道的(例如参见BE-660216和BE-683739)。在这些专利中规定了在较高温度和酸度条件下硫酸钙的转化，目的是将其提纯并使其再结晶为半水合硫酸钙(CaSO4.1/2H2O)。
英国专利313.036和US专利1.902.648描述了伴随得到半水合硫酸钙的磷酸的生产，然后将半水合硫酸钙转化为二水合物，目的在于通过在第二过滤器上的过滤和洗涤操作将其分离。
US专利1.836.672涉及一种两步法，即第一步包括磷酸盐和硫酸反应同时生成半水合物和浓磷酸，然后通过过滤操作分离浓磷酸，而在第二步中，在使得硫酸钙再结晶为二水合物的酸度和温度条件下，将仍然用磷酸浸湿的半水合物再悬浮于硫磷介质中。
还已知一种生产磷酸和硫酸钙的连续方法，其包括：在过滤二水合物或半水合物形式的硫酸盐以后，以相同形式的不变的结晶或者以无水硫酸钙II或半水合物或分别地含一定比例的无水硫酸钙II的二水合物的形式再结晶(参见EP-B-0181029)。
最后还已知一种生产磷酸和硫酸钙的方法，该方法包括在过滤器上连续处理从几个反应区产生的处理液，每个反应区供应有由硫酸浸蚀矿石形成的含水浆料(US-A-3911079)。这些浆料按需要可含有二水合硫酸钙或者半水合硫酸钙。由此得到的滤饼因而包含叠加的二水合硫酸钙或者半水合硫酸钙层，而层与层之间没有渗透。此方法的目的是增加在最后反应区所生成的磷酸中的P2O5浓度。然而这种相对复杂的方法不易控制，存在装置的生产率不太经济的缺点。
在所有这些现有的方法中，一直都是单独过滤半水合硫酸钙或者二水合硫酸钙。
在常规的二水合物过滤方法中，石膏是不得不被除去的副产物。而且，其仅可在明确限定的条件下堆放在往往远离生产点的场所。所得到的石膏夹带大量水，这使其难于处理而且增加干燥运送的成本。此外，存在污染排放点地下水的风险。
工业中使用的湿法使得能够生产浓磷酸(大于40％P2O5)，该方法很久以来一直碰到同时生产半水合硫酸钙以及在高温下操作的困难：工作条件导致腐蚀和积垢，这将导致额外的生产成本。
发明内容
本发明的目的是开发一种生产磷酸的方法，其能够克服上述缺陷，同时允许使用工艺上简单的装置或者容易适应目前正在使用的装置。
根据本发明，通过开始部分说明的方法可以解决上述问题，所述方法包括：
-在所述过滤之前和/或所述过滤的过程中，混合所述第一种浆料和所述第二种浆料，和
-过滤这种混合物，形成由二水合硫酸钙和半水合硫酸钙的混合物组成的滤饼。
已经显示了使用这种十分简单的方法的极大好处。与过滤由二水合硫酸钙形成的滤饼相比，滤饼的过滤性提高，这是因为其孔隙率会由于存在半水合物晶体(其结构(孪晶)不同于石膏晶体的结构(针状))而变大。这提高了已安装在现有工厂中用于过滤石膏的过滤器的生产能力。如果建造新的磷酸生产设备，则可以减小过滤器的尺寸，这将降低投资成本。
此外，出人意料地，可以看到与只包含二水合物的浆料相比，向过滤器提供含有二水合物和半水合物的混合物使得可以在最短的过滤时间内得到游离水和水溶性P2O5含量最低的滤饼，这是不可预知的，而且大大增加了装置的经济获益能力。
如上所述，由过滤器排放的滤饼因而与过滤只含二水合物的浆料所得到的滤饼相比含有较少的游离水。在成堆排放之后，不稳定的半水合物晶体借助于仍存在于所排放的滤饼中的游离水而再水化。因此在出料点伴随滤饼的酸化水的量降低，这降低了污染地下水的危险。滤饼随时间流逝而干燥，其易于运送而且可以成堆储存，这可以减少排放料所需的场地表面面积。
此外，由于部分石膏再结晶为半水合硫酸钙将释放磷酸形式的磷酸根离子，因此产生二水合硫酸钙的磷酸生产装置的整体效率得到提高。
根据本发明的一个实施例，该方法包括在过滤之前混合第一种含水浆料和第二种含水浆料并向过滤器提供所述混合物。这种混合可以简单地进行，例如通过将过滤器进料管连接到生产本发明方法中的两种浆料的槽的出料管上。也可以另外提供混合两种浆料的中间混合器。本发明方法还可以同时向过滤器提供所述第一种浆料和所述第二种浆料并在该过滤器本身中混合这两种浆料。
可以通过任何合适的方式获得含水浆料。例如可以设想两者中的一种或者另一种可以通过硫酸浸蚀(attaque sulfurique)磷酸盐矿石来产生。也可以设想半水合物浆料可以按照本身已知的方式由二水合物浆料的一部分形成，例如通过改变从二水合物浆料提取的这部分的温度和/或酸度条件来进行。这种改变仅要求在现有装置的浸蚀槽的出料口安装一个单独的附加槽即可。因此，该方法有利地包括
硫酸浸蚀磷酸盐矿石形成所述第一种含水浆料，
提取所述第一种含水浆料的一部分，和
处理这一部分浆料，使所述第一种含水浆料转化为所述第二种含水浆料。
这种处理可以包括例如向所述从第一种含水浆料提取的部分中添加硫酸，或者对其加热，例如通过加热该槽或者向浆料中注入蒸汽，或者两种方式同时进行。
反之，还可以设想，以本身已知的方式，二水合物浆料可由半水合物浆料的一部分形成。
在某些情况下，半水合物浆料是比二水合物浆料更加酸性的介质，也就是说其含有较高的硫酸含量。
当把两种浆料的混合物提供给过滤器时，所得到的磷酸的硫酸含量有时高于技术要求，因而在必要时需要对滤液进行脱硫酸盐，例如通过向滤液中添加磷酸盐矿石并且沉降所形成的硫酸钙，其将优选地被再循环至磷酸盐矿石的硫酸浸蚀中。
在所附权利要求中说明了该方法的其它具体实施方式。
附图说明
现在参照唯一的附图将更详细地说明实现本发明方法的装置的实施方案的实例，该附图为流程图。
具体实施方式
这种装置包括浸蚀槽1，向该槽中由2引入研磨的磷酸盐矿石和由3引入硫酸，以及由4引入由本发明方法再循环的磷酸水溶液。在所述槽中，以已知的方式应用浸蚀条件，以获得包含二水合硫酸钙和磷酸的含水浆料，浆料经排料管5从槽1中排出。
由槽1排出的这种浆料的一部分由取料管6提取并送至转化槽7。在此槽中处理该浆料，以使其转化为包含半水合硫酸钙和磷酸的含水浆料。在这种实施方案的实例中所应用的处理包括从8引入附加的硫酸和/或对该槽进行加热和/或从9向浆料中注入蒸汽。任何其它合适的热源当然也可以用于此目的。在酸度和/或温度升高的作用下，二水合物转换为半水合物。
由槽1排出的浆料的剩余部分经管10送至箭头11所示的混合步骤。在槽中处理的浆料经排料管12被送到这个相同的混合步骤。
正如所示出的，这个混合步骤可借助于共用进料管来进行，管10和管12通入到该共用进料管中，不过也可以借助于管10和管12通入其中的搅拌槽来进行，由此得到的混合物被排放至过滤器13。还可以设想通过管10和管12直接向过滤器13中同时加入两种浆料，在过滤器13中进行混合。
过滤器13可以是任何合适的已知过滤装置，如带式过滤器，具有置于旋转式传送带中的过滤单元的装置等等。
在所示的实例中，两种浆料的混合物在过滤器的第一部分中过滤，在14得到滤液，其是该方法的产物，即磷酸的水溶液。
所示的方法在过滤之后包括洗涤滤饼的两个步骤。利用在15提供的洗涤液(其例如是水)进行第二次洗涤。
在16得到的洗涤产物被再循环至17作为第一个洗涤步骤的洗涤液。在18得到的洗涤产物(其由第一个洗涤步骤产生)是磷酸水溶液，其可以经再循环管19在4处被再循环至浸蚀槽1中。
如果在排出管14获得的过滤的磷酸具有过高的残余酸含量，则可以使管14通入脱硫酸盐槽20，脱硫酸盐槽20装有搅拌器并且在21向其中例如添加磷酸盐矿石。则在此槽中形成硫酸钙，硫酸钙可以经管22被运送到例如澄清器27，在该澄清器中通过沉降硫酸钙发生分离，硫酸钙经排出管23排出澄清器25，同时在28回收提纯的磷酸。然后该硫酸钙还可以在24被再循环至浸蚀槽1中。
最后，在过滤器13的下游端，滤饼被排放并且可能被运送，按箭头25所示。然后滤饼可在26堆放。在排放、运送和/或堆放的过程中，由于滤饼中存在残余的水，半水合物渐渐转化成二水合物。因此，滤饼逐渐地失去了其水含量，这有助于运送和成堆排放。
有利地，在11的混合步骤的过程中，两种浆料的混合物包含重量比为90/10至10/90，优选70/30至30/70的二水合硫酸钙和半水合硫酸钙。
还可以针对过滤器规定，在本发明混合物的过滤的上游或下游，向过滤器提供至少一种另外的含水浆料，该含水浆料例如只含有二水合物，只含有半水合物或者两者的混合物，特别是以不同于混合步骤11所提供的浆料的比例。
现在借助于作为说明而非限制性的实施例将更加详细地说明本发明的方法。
实施例1
进行两个系列的四个实验。在每个系列的实验中，以四种不同的方式向过滤器供给浆料：
1.首先供给半水合物浆料(20％重量)，随后供给石膏浆料(80％重量)
2.首先供给石膏浆料(80％重量)，随后供给半水合物浆料(20％重量
3.根据本发明供给混合的半水合物和石膏浆料，二水合物/半水合物的重量比为80/20。
4.供给由100％重量石膏组成的浆料。
在400mm Hg低压条件下在具有1dm2有效表面面积的布氏漏斗上进行过滤。该过滤被分成四个相继的步骤：通过分离包含在浆料中的磷酸和晶体形成一个或多个滤饼(下表1和表2中“母液”栏)，用第二次洗涤的滤液第一次洗涤如此形成的滤饼(“洗涤1”栏)，用取自工业环境的水第二次洗涤滤饼(“洗涤2”栏)，最后利用空气干燥滤饼(“排水”栏)。
第一系列实验
结果列于下表1中
Figure S05817914820061206D000061
第二系列实验
结果列于下表2中
H∶半水合物-D∶二水合物-WS P2O5∶水溶性P2O5＝浸渍的磷酸
这两个系列清楚地表明，首先供给半水合物的实验(实验1a和1b)和预先混合浆料的实验(实验3a和3b)获得最小的过滤时间，实验3b中的混合物具有更好的结果。
此外，以混合物形式供给半水合物和石膏浆料则系统性地使滤饼中游离水含量和水溶性P2O5含量最低。
实施例2
以具有不同重量比的二水合物/半水合物混合物进行5个系列的实验，与以单独二水合物的实验进行比较。
下表给出了总过滤时间，P2O5含量，产率以及半水合物再水化之后滤饼中的游离水含量。
Figure S05817914820061206D000072
D＝二水合物，H＝半水合物，WS P2O5＝水溶性P2O5＝浸渍的磷酸，TOT P2O5＝总计P2O5
这些结果充分说明，与单独的二水合物相比，以混合物形式过滤的好处：过滤时间减少，更好地回收P2O5，半水合物再水化之后滤饼中游离水含量降低。
必须说明的是本发明决不限于上述具体实施方式，并且在没有背离所附权利要求的范围的前提下可以进行多种改变。

Claims (14)

1.一种用于生产磷酸的方法，包括：
-形成包含二水合硫酸钙和磷酸的第一种含水浆料，
-形成包含半水合硫酸钙和磷酸的第二种含水浆料，
-使用过滤器过滤形成滤饼并分离含有磷酸的含水相，
其特征在于该方法包括：
-在所述过滤之前和/或所述过滤的过程中，混合所述第一种含水浆料和所述第二种含水浆料，和
-过滤这种混合物，形成由二水合硫酸钙和半水合硫酸钙的混合物组成的滤饼。
2.权利要求1的方法，其特征在于该方法包括，在过滤之前，混合第一种含水浆料和第二种含水浆料并向过滤器供给所述混合物。
3.权利要求1的方法，其特征在于该方法包括同时向过滤器提供所述第一种含水浆料和所述第二种含水浆料并在该过滤器中混合这两种浆料。
4.权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于所述第一种含水浆料和/或所述第二种含水浆料通过硫酸浸蚀磷酸盐矿石来形成。
5.权利要求1的方法，其特征在于该方法包括
硫酸浸蚀磷酸盐矿石形成所述第一种含水浆料，
提取所述第一种含水浆料的一部分，和
处理这一部分浆料，使所述第一种含水浆料转化为所述第二种含水浆料。
6.权利要求5的方法，其特征在于所述处理包括向所述从第一种含水浆料提取的部分中添加硫酸和/或对其加热。
7.权利要求1的方法，其特征在于该方法包括排放同时包含二水合硫酸钙和半水合硫酸钙以及残余水的滤饼，并且随后在这种残余水的存在下半水合硫酸钙水合为二水合硫酸钙。
8.权利要求7的方法，其特征在于滤饼的排放是通过干法成堆进行的。
9.权利要求1的方法，其特征在于在所述过滤过程中分离的包含磷酸的含水相进行了随后的脱硫酸盐处理。
10.权利要求9的方法，其特征在于随后的脱硫酸盐处理包括向上述含水相中添加磷酸盐矿石以及分离由此形成的硫酸钙。
11.权利要求10的方法，其特征在于由此形成的硫酸钙被再循环至形成所述第一种含水浆料的步骤。
12.权利要求1的方法，其特征在于，在所述的含有磷酸的含水相分离以后，该方法包括至少一个利用洗涤液洗涤滤饼的步骤。
13.权利要求12的方法，其特征在于该方法包括来自至少一个上述洗涤步骤的洗涤液再循环至所述形成所述第一种和第二种含水浆料中的至少一种浆料的步骤。
14.权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于获得的混合物包含重量比例为90/10至10/90的二水合硫酸钙和半水合硫酸钙。
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