磷酸工艺

１磷酸工艺知识讲解第一讲二水湿法磷酸工艺原理一、湿法磷酸生产化学反应原理1、反应方程式：Ca5(PO4)3F+5H2SO4+5n•H2O=5CaSO4•nH2O+3H3PO4+HF↑磷矿石硫酸磷石膏(副产品)磷酸(产品)尾气其中，未定变量n有三种值，分别为0、1/2、2，则对应的副产品也分为三种，分别为无水物、半水物与二水物。同时对应的生产方法也分别叫：无水法、半水法与二水法。在实际的国内乃至国际工业生产中，二水法磷酸的生产工艺占80%以上。2、二水法磷酸工艺原理：当n=2时，1中的方程式为：Ca5(PO4)3F+5H2SO4+10H2O=5CaSO4•2H2O+3H3PO4+HF↑3、硫酸分解中磷矿分两步完成①磷矿首先被磷酸分解：Ca5(PO4)3F+7H3PO4=5Ca(H2PO4)2+HF②Ca(H2PO4)2与硫酸反应生成磷酸：5Ca(H2PO4)2+5H2SO4+10H2O=5CaSO4•2H2O+10H3PO4由上可知，磷矿在反应槽中首先与槽内的磷酸反应，所以工艺上应将硫酸加入点放在磷矿加入点的后面位置。4、什么叫二水湿法磷酸工艺？磷酸的工业生产方法分为热法生产与湿法生产两类。从广义上讲，凡是用酸分解磷矿制成的磷酸，称为湿法磷酸，通常用硫酸分解磷矿，所以上述用硫酸分解磷矿，且副产品是二水物的磷酸生产工艺称为二水湿法磷酸工艺。5、二水法工艺技术主要特点：（与半水法或其它方法相比较）①流程简单、操作稳妥可靠；②装置建厂数量最多，且单系列生产规模最大，居各种工艺之首；③对磷矿适应性强，特别对我国磷矿品位低，杂质含量高的情况尤为适用；④在较低的酸温和较低的酸浓度下操作，使得衬胶设备和不锈钢设备使用寿命延长；⑤二水石膏过滤不受过滤机类型限制，转台式、翻盘式及带式均可使用；⑥工业化磷酸装置P2O5收率一般在94%——96%之间。二、湿法磷酸生产的原料湿法磷酸生产的主要原料是磷矿与硫酸。两种原料所占费用约为生产成本的80%——90%。（一）硫酸。常用的硫酸浓度为93%——98%，我厂采用98%硫酸。在生产中，硫酸浓度应考虑两种因素：水的平衡与反应温度。附：磷酸生产中，影响水平衡的因素有：①磷矿P2O5含量；②成品磷酸浓度；③加入硫酸浓度；④系统总的蒸发水；⑤磷石膏滤渣的游离水。２（二）磷矿：影响磷矿质量的因素：1、品位，即P2O5含量。品位越高，越利于生产。实际上一般要求≥28%。2、CaO含量（常用CaO/P2O5表示）。CaO/P2O5是决定硫酸单耗的主要因素。一份CaO要消耗1.75份硫酸。CaO/P2O5理论比值为1.31，超过该值则需要消耗额外的硫酸。一般要求CaO/P2O5≤1.45～1.55。3、MgO含量。MgO存在，①反应过程中使料浆粘度增大；②反应中中和部分H+，多消耗硫酸；③使成品肥吸湿性增大，一般要求MgO/P2O5≤0.05～0.14、倍半氧化物（Fe2O3+Al2O3／P2O5）含量。磷矿中的铁、铝、统称倍半氧化物，常用R2O3表示。其对生产的影响：①干扰CaSO4结晶成长，但少量合适Al2O3/P2O5比对结晶成长有利；②生成相应磷酸盐沉淀，与磷石膏一起排出，造成P2O5损失；③生成淤渣给储存运输带来困难；④堵塞滤布和滤饼孔隙使过滤困难，一般要求R2O3/P2O5≤0.15、SiO2含量。①反应时生成的HF首先与SiO2作用生成氟硅酸，降低HF的强腐蚀性，有利于生产；②过多的硅与磷石膏一起析出，增加过滤的负荷。6、分散性泥质的含量。不参加反应，随磷矿石一起沉淀，过滤时易堵塞滤布，降低过滤速度。粒径40μm下泥质危害最大，含量达4%——5%时过滤困难。7、有机物含量。①生成泡沫，使反应、料浆输送、过滤困难；②形成细小碳粒易堵滤布。（附：2～7为杂质含量，其中3、4为有害杂质。磷矿中允许的杂质含量与P2O5含量有关，P2O5高的磷矿，相对可允许有较多的杂质，因此规定杂质含量用相对含量）。三、结晶生产中要求获得粗大、整齐、均匀的硫酸钙结晶。（目的）反应中，Ca2+与SO42—碰撞生成结晶，结晶的主要动力依靠系统中SO42—过量，形成过饱和状态。在恒定过饱和且过饱和又不大的等温结晶过程可以得到比较理想的结晶。1、影响结晶的因素：①液相SO3浓度；②反应槽中磷酸的浓度；③反应温度；④料浆中的固相含量（常用液固比表示）；⑤矿浆细度达到特定范围，太细，反应太快，形成大量小晶体，太粗，易造成包裹，都不利于结晶；⑥矿石中杂质的影响：a.铝有利于结晶，b.镁增大粘度，不利于结晶，c.SiO2可改变结晶习性，d.有机物，易生成泡沫，抵消搅拌效果，不利于结晶。(纯的石膏结晶为单晶系，相对密度为2.32。典型的晶体呈斜方形，其长度与宽度之比为2～3：1)。2、二水湿法流程的P2O5损失五种原因：①洗涤不完全；②未被分解的磷矿；③磷酸盐沉淀；④机械损失；⑤石膏晶间P2O5损失。3、生产中用严格控制反应温度，加矿、加酸速度，加强搅拌并加大回浆的连续操作方式来有效控制溶液的过饱和度，使二水物的结晶尽可能在初始过饱和度不大且过饱和度和温度都比较稳定的条件下进行，以便获得粗大、整齐、均匀的二水硫酸钙结晶。四、工艺计算：1、萃取率：表示磷矿分解程度的百分数，即反应中已分解的P2O5与磷矿中的P2O5比值，公式表示：（1－磷矿未分解的P2O5/磷矿中的P2O5）×100%常用下面公式计算﹙1－石膏值×磷石膏中不溶磷／矿浆含量〕×100﹪2、洗涤率：已被洗涤回收的P2O5与磷矿中的P2O5的比值，表示过滤系统的洗涤程度３常用下面公式计算﹙1－石膏值×磷石膏中水溶磷／矿浆含量〕×100﹪3、过滤强度：表示单位时间，单位过滤面积上过滤的P2O5量或磷石膏量。4、石膏值：指单位质量的磷矿被硫酸分解后得到磷石膏的质量常用下面公式计算CaO﹪×172.1／56＋酸不溶物﹪第二讲二水湿法磷酸的工艺流程一、工艺流程方框图（简述）初滤成品吸干区一洗区二洗区三洗区反吹孔吸干孔二、几个关键设备的型号、尺寸。（本部厂）1、两台球磨机（作用：将碎矿石研磨成矿浆）规格功率额定电压总装重量额定钢球量钢锻量生产能力1＃球磨机2.2m×６.5m380千瓦一万伏30吨12吨18吨12-20m3矿浆/小时2＃球磨机2.2m×６.5m380千瓦一万伏30吨12吨18吨12-20m3矿浆/小时2、萃取槽（单浆圆槽2个）每一个槽体的尺寸为：Φ8.6m×6.9m总容积：3.14×4.32×10＝580m3轴流泵：流量2800m3/h，扬程：3m，功率：90kw。萃取槽作用：硫酸分解磷矿的反应与结晶的容器。轴流泵作用：将料浆打入闪蒸室使料浆循环。3、过滤机总面积55m2，有效过滤面积45m2。作用：将萃取料浆实现液固分离附：洋丰磷铵厂过滤机面积为48m2，S-NPK磷酸为80m24、沉清池本厂共2个沉清池，每个沉清池总容积100m3。作用：将磷酸中夹带的磷石膏在重力作用下沉降下来，减少磷酸的含固量，使磷酸变清澈。5、真空泵（共三台）①过滤大真空泵（水环式）：功率132kw，作用：使过滤系统呈负压，强制过滤；②反吹真空泵（水环式）：功率55kw，作用：吸干滤盘带水与吹掉滤盘中滤渣；③降温真空泵（水环式）：功率37kw，作用：使闪蒸室内呈负压，降料浆温度。三、几个局部部分工艺流程1、原料工段：本厂原料工段第一二级为颚式破碎机，第三级为反击式破碎机，流程图如下：初滤成品吸干区一洗区二洗区三洗区反吹孔吸干孔2、萃取工段：（1）萃取槽部分：４湍球塔矿浆萃取槽I配表面冷却器溢流萃取槽II配表面冷却器文丘里洗涤塔风机至烟囱排空闪蒸冷却料浆去过滤机硫酸淡磷酸来自过虑系统文字叙述：浓H2SO4与磷酸矿浆经计量加入反应槽，反应槽为两个单桨圆形槽。浓H2SO4与回磷酸加入第一反应槽的1～2区。磷矿浆加入反应槽1区，反应槽料浆在轴流泵和搅拌浆的作用下同向流动，部分料浆进入缓冲槽，由轴流泵经闪蒸冷却器移走反应热后返回反应槽。随后部分成熟的料浆溢流到第二反应槽，大量的料浆返回第1区，由料浆中的稀磷酸分解磷矿。（2）料浆的真空冷却系统：a.流程图：初滤成品吸干区一洗区二洗区三洗区反吹孔吸干孔b.文字概述：萃取槽的热料浆经轴流泵打到闪蒸室中，在一定的真空度下，料浆成为加热状态而闪急蒸发出水分，使料浆自身温度降低到沸点，冷却后的料浆依靠重力流入萃取槽。由闪蒸室排出的蒸汽从下向上进入冷凝器，同时循环冷水从上向下进入冷凝器，被冷凝器内部的几层筛板分成无数水珠。热的蒸汽与冷凝水充分换热，大部分蒸汽被冷凝下来，少数不凝气体由真空泵抽出排空。c.低位真空冷却：“低位”是相对而言，指闪蒸室安装在较低的标高上，其液封液柱较短。它能节约安装费用，降低轴流泵功率消耗。闪蒸室作用：将热料浆置于一定真空下，形成过热沸腾，而闪急蒸发水分，使料浆温度降低到该压力下的沸点。d.真空冷却的优点：①冷却效果好，反应槽温度容易控制；②冷却尾气废热可被部分回收利用；③将料浆中逸出的有害气体，在冷凝器中用水洗涤，进入热水中返回工艺系统。预先除去部分有害气体，减轻萃取尾气处理系统压力。（3）尾气处理系统：５初滤成品吸干区一洗区二洗区三洗区反吹孔吸干孔文字叙述：在尾气风机动力作用下，萃取槽产生的尾气流向顶部的气管，进入文丘里洗涤塔内，作第一级洗涤，然后进入湍球塔，作第二级洗涤，最后经尾气风机送入烟囱排空。自湍球塔来的洗涤水经文丘里喉颈处喷入，除去尾气中大部分含氟气体与热量。产生的含氟热水部分打至过滤机作洗水，部分用不完的溢流入循环热水池。用洗涤泵将循环池内冷水打入湍球塔作第二级洗涤，湍球塔流出的热水流入循环热水池。3、过滤系统（1）过滤机示意图（平面）：我厂采用翻盘式过滤机：初滤成品吸干区一洗区二洗区三洗区反吹孔吸干孔初滤成品吸干区一洗区二洗区三洗区反吹孔吸干孔过滤机各区示意图（平面）下错气盘示意图过滤机运行一周依次完成布料浆，初滤、成品区吸干，一洗，二洗、三洗、翻盘吹渣、冲盘、吸干、复位等过程。（2）过滤系统流程：６絮凝剂料浆来自萃取工段一洗磷石膏渣去渣场二洗三洗一洗槽成品酸气液分离器淡酸气液分离器（3）气液分离器真空系统示意图：成品酸气液分离器滤液中间槽淡酸气液分离器洗液中间槽液封槽大气冷凝器不凝气排放溢流至循环水池滤液洗液水来自循环水池真空泵4、输酸岗位流程方框图：滤液中间槽成品酸泵沉清池缓冲罐成品酸泵磷酸贮罐洗液中间槽淡酸池淡酸泵去萃取槽I第三讲二水法磷酸生产过程中的工艺条件一、几个概念解释及原因分析1、液固比的含义：指料浆中液相与固相的质量之比。计算公式为：S=r（2.32－R）/2.32（R－r）７其中，Ｒ为料密，r为酸密，2.32为磷石膏的相对密度。2、钝化现象：硫酸分解磷矿过程中，当分解速度较快时，生成的硫酸钙结晶会在磷矿颗粒表面形成一层固态的不透性的薄膜并包裹在颗粒表面，使磷矿的继续分解受到阻力，减慢磷矿的分解速度甚至终止分解过程。这种现象称为钝化现象。钝化现象是硫酸分解磷矿的分解过程的特征，这是因为反应产物中有一个溶解度不大的磷酸钙固体所造成的。湿法磷酸、过磷酸钙、重钙生产，在不正常条件下都可能发生钝化现象。二水法磷酸因反应温度、磷酸浓度、剩余硫酸浓度都低，钝化现象不明显。⒊、絮凝剂的作用：可以捕集、包裹料浆中的杂质，并将这些杂质聚集成絮凝物，不再堵塞滤饼的通道，起到加速过滤的作用。絮凝剂不能从根本上改变磷石膏结晶情况,其作用效果与结晶情况有关,当结晶越差其作用效果越明显,当结晶很好,有很好的过滤效果时﹙洗涤率达98.8﹪以上﹚其作用效果不明显。4、晶间损失：反应槽溶液中的HPO42—与石膏晶格中的SO42—几何形状非常接近，而在生产中HPO42—取代了晶格中的SO42—，造成P2O5损失，称晶间损失。晶间损失是二水物流程最主要的损失，占输入总P2O5的3—3.5％。影响晶间损失产生的主要原因有：①提高溶液中磷酸浓度，增大了HPO42—浓度，增大晶间取代②提高反应温度，溶液的粘度降低，减少晶间取代③液相SO3浓度，增大SO42—，降低磷酸的离解，降低HPO42—浓度，减少晶间取代。其中第一区的SO42—浓度的影响最大。