濕法磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)垢原因及阻垢方法

彭亮

【摘 要】在濕法磷酸生產(chǎn)中，系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞一直制約著裝置連續(xù)、平穩(wěn)的運(yùn)行，經(jīng)分析結(jié)垢物主要由氟硅酸鈉、氟硅酸鉀組成。本文旨在分析形成結(jié)垢的原因，針對(duì)形成原因提出幾種阻垢方法。

【關(guān)鍵詞】結(jié)垢；氟硅酸鈉；氟硅酸鉀；溫差

一、濕法磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)垢物的產(chǎn)生

濕法磷酸裝置工藝管道的結(jié)垢主要發(fā)生在過濾盤下、料漿管、返酸管和成品稀磷酸管上，其次是過濾系統(tǒng)一級(jí)、二級(jí)洗液管及濃縮裝置成品酸管上。影響磷酸裝置運(yùn)行周期的兩大因素是過濾機(jī)設(shè)備本身的結(jié)垢堵塞和工藝管道的結(jié)垢堵塞。大多數(shù)企業(yè)對(duì)工藝管道的結(jié)垢堵塞并未采取有效的防結(jié)垢措施，通常采取的辦法是待管道堵塞不能滿足生產(chǎn)后停車清理。也有同行采取了在系統(tǒng)中添加阻垢劑的方法，但效果不是很理想，一方面很難找到適宜的阻垢劑，另一方面由于阻垢劑價(jià)格較高，增加了生產(chǎn)成本。經(jīng)對(duì)湖北鄂中生態(tài)工程股份有限公司濕法磷酸系統(tǒng)結(jié)垢物進(jìn)行分析。分析結(jié)果見表1。

分析結(jié)果表明結(jié)垢物的組分是氟硅酸鈉和氟硅酸鉀，其中（K2SiF6）60.05%、W（Na2SiF6）23.68%；另外還有部分磷石膏和鐵、鋁、鎂的磷酸鹽。

二、結(jié)垢過程的分析

在濕法磷酸生產(chǎn)過程中， 磷礦中氟化物被硫酸分解生成氫氟酸，然后再與SiO2及其他離子反應(yīng)生成氟硅酸鹽和其它氟化物，這些氟化物的溶解度很小，在磷酸溶液中的溶解度隨著溫度和磷酸濃度的變化而變化（如：圖1為氟硅酸鈉和氟硅酸鉀在磷酸溶液中的溶解度）。

在磷酸料漿過濾和磷酸輸送系統(tǒng)中，磷酸液相的溫度下降可分為三個(gè)階段。第一階段發(fā)生在磷酸料漿從消化槽至過濾機(jī)，由于管道向大氣傳熱而導(dǎo)致的溫度降約為3～5℃ （冬天可達(dá)7℃ ）；第二階段發(fā)生在磷酸料漿過濾時(shí)，當(dāng)磷酸流入濾盤、氣液分離器，由于真空作用使水分急劇氣化，溫度急驟下降可達(dá)25～30℃；第三階段發(fā)生在磷酸輸送時(shí)，在磷酸輸送過程中因熱損失而導(dǎo)致溫度降低。溫度降低以后，磷酸中處于過飽和的雜質(zhì)化合物就會(huì)沉淀附著在管壁上形成垢物。

錯(cuò)氣盤的結(jié)垢主要在下錯(cuò)氣盤過濾扇形區(qū)的后半部分和一洗扇形區(qū)的前半部分，這主要是溫度效應(yīng)和濃度效應(yīng)造成的。在過濾扇形區(qū)內(nèi)，剛開始過濾時(shí)由于洗滌、沖盤、吸干等過程滯留于過濾機(jī)濾盤，錯(cuò)氣盤等處的低濃度酸液以及過濾酸流動(dòng)在時(shí)間上的滯后，導(dǎo)致過濾酸的濃度降低。在這種情況下，雖然溫度降低，但沒有沉淀析出，所以過濾扇形區(qū)剛開始近1/3孤段幾乎沒有結(jié)垢，而隨著過濾機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，磷酸濃度沒有降低而溫度驟降，因此沉淀的垢物越來越厚，有時(shí)達(dá)10毫米以上。而一洗扇形區(qū)則呈相反的趨勢(shì)，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)方向，結(jié)垢越來越薄，至70%弧段以后幾乎沒有結(jié)垢。二洗區(qū)由于濃度很低一般不結(jié)垢。在磷酸輸送過程中由于熱損失的原因，磷酸管道的結(jié)垢隨溫度下降的梯度明顯增長(zhǎng)，不銹鋼閥門、管件結(jié)垢最為厲害，四氟閥門的結(jié)垢要比橡膠管的結(jié)垢輕。

三、阻垢方法

系統(tǒng)結(jié)垢是濕法磷酸生產(chǎn)過程中的常見問題之一。目前國內(nèi)外還沒有好的辦法解決，一般都是對(duì)其進(jìn)行定期清理和定期清洗使系統(tǒng)恢復(fù)正常。針對(duì)結(jié)垢產(chǎn)生的原因，如溫度變化、過飽和等原因，可以從減小溫差、消除過飽和度方向建立阻垢方法，建議采用下列辦法來減輕結(jié)垢的形成。

（1）設(shè)計(jì)管道等過流部件應(yīng)主要從結(jié)垢問題的角度考慮，把流體力學(xué)問題放在其次。

（2）減少各工藝過程溫差，如設(shè)備保溫、采用料漿冷卻方工適當(dāng)降低真空過濾時(shí)的溫差、控制洗滌水溫度至65℃以上等。

（3）不同的材質(zhì)，由于分子表面活性不同，它的吸附性能各異， 因此對(duì)結(jié)垢也會(huì)有很大的影響。從結(jié)垢的規(guī)律來看，結(jié)垢發(fā)生由強(qiáng)到弱的材質(zhì)依次為不銹鋼、橡膠、聚氯乙烯塑料、聚四氟乙烯塑料。可以對(duì)錯(cuò)氣盤，閥門等金屬表面內(nèi)襯聚四氟乙烯塑料，可收到良好的防垢效果。

（4）控制磷礦中Na2O+K20含量不超過0.6%，酸不溶物在8～13%，并防止工藝水被鈉，鉀污染，在條件充許的情況下可將磷礦、工藝水中的Na2O+K20組分列入經(jīng)常性項(xiàng)目分析。

（5）隨著SiO2/F升高，系統(tǒng)結(jié)垢會(huì)加劇，對(duì)SiO2/F特別高的磷礦最好采用配礦的辦法降低SiO2/F比，以控制結(jié)垢。

（6）加入可溶性鋁鹽，形成AlF3-x，可以減緩結(jié)垢，但后續(xù)會(huì)影響水溶性磷收率。

（7）加入尾氣氟吸收的氟硅酸溶液使氟硅酸鈉、氟硅酸鉀提前析出，減緩結(jié)垢。

（8）料漿進(jìn)行磁場(chǎng)處理消除過飽度，可起到減緩結(jié)垢和提高過濾速度的作用。

四、結(jié)語

磷礦是一種含有多種雜質(zhì)的礦物質(zhì)，其化學(xué)成分比較復(fù)雜，含有鐵、鋁、鈣、鎂、氟以及堿金屬等化學(xué)物質(zhì)，這些雜質(zhì)常以溶解或懸浮的形式存在于磷酸中。這些溶解或懸浮的雜質(zhì)雖然含量很少，但極不穩(wěn)定，當(dāng)酸液溫度下降時(shí)就會(huì)沉積下來，在系統(tǒng)管道和設(shè)備上結(jié)垢，從而影響生產(chǎn)的平穩(wěn)連續(xù)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳佩芝.濕法磷酸[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1987.

[2] 李志祥。.濕法磷酸過濾設(shè)備和管道結(jié)垢原因分析及控制研究[J].磷肥與復(fù)肥，2004，19（6）：24—27.

[3] 江善襄，方天翰，戴元法等.磷酸、磷肥和復(fù)混肥料[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[4] 楊林軍，張?jiān)氏妫姳竞?濕法磷酸過濾系統(tǒng)結(jié)垢特性及防治研究進(jìn)展[J].化肥工業(yè)，1995，28（5）：14.endprint