二水-半水法生產濕法磷酸的技術改造探討

陳 玲

廣東湛化股份有限公司，廣東 湛江 524001

當前，濕法萃取磷酸超過90%則選擇二水法流程。產品磷酸ω（P2O5）為20%～24%；副產二水石膏，其ω（H2O結晶）14%～16%、ω（P205）為0.8%～1.5%。廣東湛化股份有限公司是全國最大的過磷酸鈣（磷肥）生產企業，副產的石膏都用在生產硫酸。使用這類工藝二水石膏烘干為半水之后再實施配料操作，對分解、煅燒生產出來的硫酸，其石膏中的ω（P205）需在1%。如果選擇二水一半水工藝發揮出來的優勢更加顯著，不僅副產的石膏能達到制硫酸要求，同時生產的磷酸ω（P205）也從20%～24%變為33%～39%，使得料漿濃縮的蒸汽消耗顯著減小，石膏中ω（P205）則減小到0.2%以下，石膏中ω（P2O5）回收率上升1.3%，磷利用率超過99%，且石膏烘干的煤耗可降低35%的消耗。具體分析結果如下：

1 二水一半水法濕法磷酸工藝流程

先進行分解反應，主要材料為磷礦漿、硫酸、濾洗液，主要反應場所在第l反應槽完成，前后反應時間持續在1.5h～2h，磷礦漿與硫酸的加入量在投料總量中的比例達80%。一次反應液進入第2反應槽中，并在第2反應槽中添加適量的磷礦漿與硫酸，這樣可以保證分解反應更加全面，前后反應時間持續在1.5h～2h，磷礦漿與硫酸的加入量在投料總量中占20%，溫度大小8O℃～93℃。對二次反應完全后的料漿，需調整部分到轉化槽，而剩余的部分則轉到離心機分離，獲得ω（P2O5）是成品磷酸，濃度為33%～39%。自離心機分離的二水石膏到達轉化槽，此處可與分流的二次反應的料漿集中，同時還能添加硫酸實施轉化反應，硫酸過量在15%～22%，二水石膏變成半水石膏，持續反應時間為40min～60min，溫度105℃～108℃。料漿經過處理后需送人帶式過濾機過濾，濾液和洗滌液則轉至第1反應槽，而ω（H2O結晶）在4%～8%、ω（H2游離）在18%～20%、ω（P205）在0.05%～0.2%，烘干游離水可生成半水石膏。使用反應槽和轉化槽排出的尾氣去氟，處理后達到標準再排放處理。工藝流程見圖1。

圖1 二水一半水法濕法磷酸工藝流程

此操作流程的特點：2個反應槽、1個轉化槽，分2次過濾分離。反應槽、二水法的參數十分接近，僅磷酸濃度高，石膏結晶效果不理想。選擇離心機分離的成品磷酸和經處理的二水石膏可直接輸送至轉化槽。轉化槽添加過量15%～20%的硫酸，可讓二水石膏變成半水石膏，選擇帶式過濾機過濾實施2到3次逆流洗滌，濾液與洗滌液能完全回歸到反應槽，對轉化槽反應的溫度需控制105℃～108℃，直接過濾成半水石膏后再生產硫酸。

2 技術改造內容

對傳統7.5萬t/a P205二水法磷酸裝置運用的二水-半水法進行更新改進。選擇原先使用的原料及制漿系統，反應槽為原來的2個萃取槽，而之前的氟吸收裝置作為氟吸收，之前的濾洗液中間槽和真空泵則用在新增的帶式過濾機的過濾與洗滌。根據之前的廠房、配電室、操作室等進行改進，新增設備見表1。

序號 名稱 規格 數量 /臺1 轉化槽 φ3800mm×3800mm 12 轉化槽攪拌漿 φ2200mm，N=110Kw 13 料漿泵 Q=80m3/h 24 離心機 LW680×3200Y，N=80k 25 帶式過濾機 F=50m2 2

3 工藝指標及技術重點

1）反應槽中的料漿：需將溫度大小控制在85℃，液固質量比在（2.3～2.8）：1，SO3，質量濃度在 0.04～0.07 g/L，ω（P2O5）35%。由于P2O5含量多、料漿黏性大、二水石膏結晶小等因素，則應該采取離心機分離，選擇臥式螺旋卸料離心機為主要方式。離心機需分布于轉化槽上方，卸出二水石膏則到達轉化槽；

2）初始階段可添加一定量的蒸汽，以維持轉化槽溫度超過103℃，恢復完整狀態后可終止加蒸汽；多數情況轉化槽溫度為100℃左右，液固質量比（2.5～3）：1，SO3，質量濃度0.07～0.1g/L，ω（P2O5）25%，二水石膏于30 min內則可變為棒狀半水石膏，其特點為結晶粗大、均勻分布，顆粒達80～110m的比例超過50%，過濾效果理想；

3）使用真空帶式過濾機過濾，這是因為半水石膏易吸水變成二水石膏；

4）過濾出的半水石膏通過皮帶機到達進打撒式烘干機，烘干游離水之后獲得半水石膏；

5）轉化槽料漿的特點：溫度高、SO3濃度大、腐蝕強，在槽內襯中選擇碳磚，而攪拌槳、料漿泵的材質達904L，磷礦質量與二水法的處理標準一致。

4 經濟價值總匯

將磷酸裝置改造成二水-半水工藝后，新增設備的功率增加350 kW，磷酸ω（P2O5）從22%改為35%，石膏中ω（P2O5）從1.5%降低至0.2%以下，石膏從二水結晶[ω（H2O結晶）14%～16%]轉成半水結晶[ω（H2O結晶）4%～8%]。磷酸裝置為7.6萬t/a P205，以生產15萬t磷銨、20萬t硫酸：磷酸耗電增加201萬kW.h，計108萬元；節省的煤量8600t，降低經濟投入604萬元；節約烘干用標煤6700 t，達470萬元； P2O5回收量增大4100t，達820萬元。經過統計，每年創造的效益1786萬元，每年節煤1.5萬t，可廣泛運用該技術。

5 結論

一般情況下，磷礦的分解都是于半水階段進行，多數硫酸稀釋熱和磷礦分解的反應熱在半水部分釋出因而無需采取降溫處理。優化后的二水-半水法濕法磷酸優勢為：1）在濕法磷酸生產過程能實現回收氟的回收；2）磷酸中氟含量低；3）過濾時料漿溫度僅為60℃，能顯著控制氟硅酸鹽在濾布上析出，此工藝在處理氟、鈉、鉀含量達到磷礦中效果顯著。此次研究選擇的工藝流程的主體設備與二水物法濕法磷酸完全一致，僅添加了一只小型的半水物反應槽。因而操作流程變得更加方便，生產廠家較容易更換工藝流程以滿足不同生產需要。