磷酸湿法生产技术规范编制说明

磷酸湿法生产技术规范编制说明内容摘要：

高。 反之，适当降低磷酸浓度，虽然增加了浓缩部分的能耗，但可使硫酸钙结晶变得粗大，工艺指标的操作范围变宽，同时还可减少氟硅酸盐沉积和堵塞滤布的程度。 当使用质量较好的商品磷矿时，磷酸浓度范围大 致为 26～ 30％ P2O5，如采用含铁、铝、镁有害杂质较高的中品位磷矿时，其浓度在 20～ 25％ P2O5 中选择。 每一种磷矿的优惠 P2O5 浓度应在磷矿评价试验中确定。 磷酸浓度的调节方法在生产中多采用调节返回磷酸的浓度与用量来实现，而返回磷酸的浓度与用量可以采用改变滤饼洗涤水量或改变磷酸产量来实现，或者两种方法同时采用，通常采用前者。 6 ⑷ 料浆液固比 料浆液固比低，料浆稠厚，不利于搅拌与输送，不利于磷矿的分解和硫酸钙晶体的长大，但它有利于提高设备利用率，易于提高生产能力，延长反应时间，反之，料浆液固比高，其效果与 前者正好相反。 当采用质量好、杂质少的商品磷矿生产时，控制液固比均低，一般为 1. 9～ 2． 1： 1，当采用杂质多的原矿生产时，液固比一般控制在 2． 5～ 3： 1。 ⑸ 回浆 回浆又称循环料浆，系将大量料浆送回反应槽的加矿区。 在同心圆多桨反应槽和多格方槽工艺中均依靠大流量的循环泵将料浆从反应槽某区抽出，经闪蒸冷却后返回反应槽的加矿区，利用回浆和反应槽中搅拌桨作用使反应槽中各点温度和浓度趋于一致，以满足反应条件和石膏结晶的条件。 在单桨单槽和带导流筒的等温反应器等工艺中，则均利用搅拌桨的作用造成反应槽内料浆的循环。 对于前者，循环泵流量为料浆去过滤机流量的 20～ 24 倍。 对于后者，搅拌桨造成的流量可使全反应槽料浆在 30～ 60s 内循环一次。 ⑹ 反应时间 反应时间是指反应物料在反应槽内的平均停留时间，由于磷矿的分解反应速度很快，一般在 1～ 即可基本完成，而要形成一定大小的硫酸钙晶体却需要一定时间。 近十年来多种工艺均增加一个熟化槽，在原来的反应时间基础上又延长反应时间，其目的是使硫酸钙结晶在此长大，并消除过饱和度，这样有利于提高整个装置的运行效率，并提高过滤能力。 最佳的反应时间也是由磷矿评价试验确定，一般而言，反应时 间在 4～ 6h。 ⑺ 矿粉细度 由于磷矿的分解速度与颗粒的表面积成正比。 故提高矿粉细度可以加快反应速度，提高磷矿的分解率。 但过细的矿粉不但增加磨矿的动力消耗，而且由于加矿区反应剧烈将增加该区硫酸钙的过饱和度，使槽内过饱和度的均匀程度降低。 在二水法生产中，矿粉细度为 86～ 90％通过 100 目即可，要求 250 目以下的粒度较少， 320 目的分散性泥质一般应小于 5％。 应着重指出，上述分析的 7 个工艺条件是互相联系，相辅相成的，不可孤立地、片面地去看某个条件，因为各项指标的配套极为重要。 由于磷矿质量不同，用不同磷矿制磷酸 的工艺条件也不一样。 最佳的工艺条件应通过评价试验确定。 一般来说，原料磷矿的组成是已定的，而循环料浆量、搅拌桨的参数及设备容积，又是设计给定的，在生产操作上能够调整的仅有 SO3 浓度、 P2O5 浓度、反应温度、料浆液固比、反应时间和磷矿细度等六个指标。 而实际上，投矿量和矿粉细度在正常生产中一般是稳定不变的，故生产中主要控制的工艺指标为液相中 SO3 浓度、液相中 P2O5 浓度、反应温度和料浆液固比。 半水法 ⑴ 反应温度 溶解槽控制在 96～ 102℃，结晶槽控制在 98℃左右。 在半水法工艺中，由于在溶解槽中液相 硫 7 酸不足， Ca2+大量存在的条件下，半水结晶得以稳定存在的磷酸浓度及系统温度已大大超越 CaS04— H3PO4— H20 三元体系所允许的范围，温度控制范围极为宽广，一般地说，反应温度在 80～ 120℃范围均可得到半水硫酸钙结晶。 提高温度有利于结晶过程，磷酸溶液的粘度也将大幅度降低，且有利于离子扩散。 同时，它将增大半水硫酸钙的溶解度，有助于降低溶液的过饱和度，亦对半水结晶的成长有利。 但温度不能控制太高，还应控制在工艺和设备材料允许的范围内。 此外，操作温度不能波动太大，应控制在 177。 ℃以内，反应温度的控制手段是调节结晶槽的真空度。 ⑵ 料浆液相 24SO 浓度的影响 溶解槽液相 24SO 浓度 — 1． 0～ — 1． 7％；结晶槽液相 24SO 浓度 3． 0～ 3． 5％。 半水法流程中，由于磷酸浓度及温度均高，磷矿分解反应的最大障碍是钝化现象，而磷矿的钝化现象主要取决于液相 24SO 浓度。 研究表明，在游离硫酸浓度低于 2％ H2SO4 的条件下，钝化现象固态膜的影响可 忽略不计，并得到很高的转化率。 当磷酸中 24SO 浓度为 － 2％时，磷矿中的分解速度最快。 故在半水工艺中，要获得最大的分解率，克服钝化现象，同时获得稳定的半水硫酸钙结晶，必须将混合酸中 24SO 浓度控制在 0％ H2SO4 以下，通常为 — ～ — ％。 当磷酸浓度为 45％ P2O5，硫酸含量 0％，反应时间 1h，此时硫酸钙结晶水测得为 ％。 如果将游离硫酸浓度提高，继续分析结晶水，发现半水物结晶开始脱水转化，至硫酸含量达 7％ H2SO4时，半 水物已全部转化为无水物。 因此必须以理论指导操作控制，如果发生严重误操作，达到上述工艺条件时，则结晶发生质的变化，将给生产和经济带来恶果，在某 生产单位 试车中曾出现此类现象。 ⑶ 磷矿中 MgO 对液相 24SO 的影响 因磷矿中 MgO 和磷矿中的 CaO 一样在反应时要消耗硫酸，所以在含 MgO 高的磷矿在半水法生产时更需注意，这是因为半水磷酸浓度高 (38％ P2O5 以上 )，即使磷矿的 MgO／ P2O5 比值相同，MgO 引起的 24SO 浓度要比二水法工艺大得多， 亦即对 24SO 的干扰大得多。 例如，磷矿的 MgO／P2O5 比值为 ，磷酸浓度为 40％ P2O5 时， SO3 浓度为 (SO3)／ mL，即液相 24SO 浓度到达 (SO3)／ mL 时，磷酸中的游离硫酸才等于零，低于此值为负硫 酸。 通常情况结晶区液相24SO 浓度不可能控制这样高。 因此，半水磷酸生产采用 MgO 含量高的矿时， 24SO 值的选择须重视。 ⑷ 液相 24SO 浓度对半水结晶晶体大小的影响 半水结晶晶体的大小也取决于液相 24SO 浓度。 在溶解槽和结晶槽对液相 24SO 浓度控制的指标 8 差别很大，当液相 24SO 浓度很低 （ H2SO4 大量不足 ） 时，形成的半水晶体非常细小，随着液相 24SO浓度的提高 （ Ca2+浓度的降低 ） ，半水结晶颗粒有明显的增大趋势。 因此在结晶槽中控制液相 硫酸浓度为 3％ H2SO4，晶体直径达到 80μ m 以上。 从实验测定知，结晶成长速率一般约 m／ min，无论怎样控制，结晶成长速率提高的幅度均不大，最多只能达到 m／ min 左右。 晶核的生成速率则可有效地控制，借助于控制液相中 SO42— 浓度，晶核生成速率可从 105 增大到 107，控制幅度可在 1～ 100 倍。 晶核生成速率对石膏过滤速率影响很大，实验测定，两者呈显著的线性关系。 ⑸ 液相 P2O5 浓度 在液相硫酸不足的条件下，半水硫酸钙。