新型半水物濕法磷酸工藝流程

梁萬達，廖 莉

（內江市市中區新華路，四川 內江 641000）

0 引言

濕法磷酸是磷復肥和磷酸鹽工業的基礎原料，在國計民生中具有非常重要的地位。目前，濕法磷酸生產流程主要為二水物流程，該流程是濕法磷酸生產上應用最早、最為廣泛的生產流程，經過100多年的實踐、改進，已發展成一個完整的、現代化的工業流程，在濕法磷酸產量和建廠數目上一直占有較大的比重［1］。

國內通過多年對半水物、半水-二水物和二水-半水物流程濕法磷酸裝置進行摸索和改進，已實現裝置大型化、國產化、自動化，并且能連續穩定運行。

1 現有濕法磷酸生產工藝流程的不足

由于生產工藝技術的限制，現有濕法磷酸流程存在如下不足之處：（1）中低品位磷礦使用受限，目前國內外濕法磷酸生產都傾向于使用高品位低雜質的富礦，隨著磷礦富礦逐漸枯竭，磷礦開采成本和濕法磷酸生產成本均將逐漸增加；（2）P2O5總收率不高；（3）成品磷酸質量普遍不高，特別是二水物流程生產的稀磷酸雜質多、固含量高、游離硫酸濃度高，導致后續凈化處理難、成本高等，影響使用，半水物流程生產的磷酸濃度和質量有所提高，但還有改進提升的必要；（4）副產品磷石膏利用困難，磷石膏雜質多、純度低，加上含有過多水溶磷，增加了磷石膏的綜合利用難度；（5）單位產品原料消耗高，由于成品磷酸中游離硫酸濃度高、磷石膏中磷含量高，增加了原材料硫酸和磷礦的消耗。

2 新型半水物濕法磷酸工藝流程介紹

新型濕法磷酸生產工藝流程包括新型二水物流程和新型半水物流程，這里僅介紹新型半水物流程。

2.1 新型半水物濕法磷酸生產原理

新型半水物濕法磷酸工藝流程是在傳統流程的基礎上經創新改進開發的，同樣遵循傳統濕法磷酸流程的基本原理。

磷礦與循環料漿（或返回系統的磷酸）進行預分解反應，磷礦首先溶解在過量的磷酸溶液中生成磷酸二氫鈣（化學反應方程見式（1））：

同時磷酸溶液中還含有氟化氫、未反應的磷礦、部分硫酸鈣、酸不溶物、磷酸鹽及其他雜質［2］。

然后利用特制的分離器提純磷酸料漿，溶解在磷酸溶液中的磷酸二氫鈣被帶入提純的磷酸料漿中，與硫酸反應生成硫酸鈣晶體，控制操作條件使硫酸鈣晶體成長為整齊粗大的結晶（化學反應方程見式（2））［2］：

結晶料漿經過濾、洗滌工序分離出提純白石膏和磷酸溶液。

2.2 新型半水物濕法磷酸生產流程及主要優點

新型半水物濕法磷酸生產流程見圖1。

圖1 新型半水物濕法磷酸生產流程

流程說明：首先，磷礦在分解槽內與高濃度磷酸料漿反應、分解，這是流程的關鍵控制點；第二步，經特制的分離器提純磷酸料漿，這是流程的控制難點；第三步，提純磷酸料漿與硫酸反應，生成半水石膏晶體，在石膏結晶槽內控制反應條件使石膏結晶繼續長大為整齊粗大的α-半水硫酸鈣結晶，這是流程的又一難點和關鍵點；流程還有石膏和磷酸的分離、石膏產品的洗滌、提純料漿渣的后續反應分離處理和系統尾氣吸收處理等工序。

新型半水物濕法磷酸工藝流程的主要優點：（1）成品磷酸濃度高，質量好，w（P2O5）可達40%～45%；（2）磷礦的P2O5分解轉化率可達99%以上，磷的總收率可達98%以上；（3）石膏品質好，純度可達99.7%以上，石膏中的晶間磷含量得到有效控制，w（P2O5總）＜0.3%；（4）半水硫酸鈣結晶水含量遠低于二水硫酸鈣，能為烘干脫水節約大量熱能；（5）反應中氟的逸出率高，可回收利用；（6）硫酸和磷礦消耗低于現有半水物流程；（7）裝置開車率接近現有二水物流程裝置；（8）設備、管道及防腐材料等全部實現國產化；（9）采用DCS系統（分散控制系統）控制，自動化程度高，生產中工藝條件控制穩定，操作難度小，易于操作控制。

此外，該流程在不增加生產原輔材料的基礎上繼承了半水物流程的優點，還可以利用中低品位磷礦進行生產，同時生產中約75%的磷石膏轉化為高純潔白的半水石膏，生產過程中大大減少固體廢物磷石膏的產生與處理量。高純潔白的半水石膏是生產建材產品的重要原料，是生產高附加值高強石膏、硫酸鈣晶須等產品的絕佳原料。

2.3 新型半水物濕法磷酸流程工藝指標

新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產工藝消耗對比見表1。

表1 新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產工藝消耗對比（按噸P2O5計）

新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產工藝P2O5總收率對比見表2。

表2 新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產工藝P2O5總收率對比 %

新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產工藝成品磷酸質量對比見表3，石膏品質對比見表4。

表3 新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產工藝成品磷酸質量對比 %

表4 新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產工藝石膏品質對比 %

根據表1 至表4 中生產數據的對比，可以得出：（1）新型半水物流程的磷酸物耗優于國家推薦要求［3-4］；（2） 新型半水物流程P2O5總收率約98%，高于二水物流程（P2O5總收率約96%）、半水物流程（P2O5總收率約95%）；（3）新型半水物流程磷酸中MER 值、游離硫酸含量均較二水物流程磷酸和半水物流程磷酸低，固含量與半水物流程磷酸一致；（4）新型半水物石膏純度高于99.7%，總磷、水溶磷及其他雜質極低，品質遠優于二水物流程、半水物流程石膏。新型半水物流程裝置生產的半水石膏已應用于石膏粉和石膏晶須生產，生產的硫酸鈣晶須已在汽車制動片、玻璃鋼設備、造紙、塑料編織袋、公路瀝青、油漆等生產中添加應用，使用后均收到滿意效果，可大量代替天然優質石膏生產的晶須產品。

3 開發新型半水物濕法磷酸工藝流程的意義

（1）可以促進磷化工產業的可持續性發展。利用中低品位磷礦生產濕法磷酸；生產過程中可大量減少固體廢物磷石膏的產生量，即降低磷石膏的堆放和處理量。

（2）可以促進磷化工產業升級。降低磷酸生產中的原材料消耗和能耗，提高產品濕法磷酸濃度和質量，促進磷酸的高效利用，增加產品附加值。

（3）可以將固體廢物磷石膏開發成產品，提高企業經濟效益。濕法磷酸生產過程中減少的固體廢物磷石膏轉化成了高品質高純白石膏產品，該產品可以用作建材產品的原料，也可作為工業原料經深加工制成高強石膏、硫酸鈣晶須等高附加值產品。

4 結語

新型半水物濕法磷酸工藝技術起源于四川大學專利［5］，在此專利技術基礎上，通過工藝改進、巧妙設計和組合運用多種特制的反應、分離設備，并在大小裝置上進行優化工藝控制實踐，通過理論與實踐的結合，創新改進開發出了具有自主知識產權、自動化程度高、便于操作控制的新型半水物濕法磷酸工藝流程，已成功實現工業化應用，進行了后續產品的深加工研究和使用。該流程繼承了半水物流程的優點，可利用中低品位磷礦生產濕法磷酸，流程具有低能耗、低消耗、成品磷酸濃度高、P2O5總收率高等特點，特別是磷酸生產過程中可有約75%的磷石膏轉變成高純潔白的半水石膏（純度可達99.7%以上），大大減少固體廢物磷石膏的產生。高純潔白的石膏是建材市場的重要原料，是用于生產高附加值產品的絕佳原料。該流程符合國家“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見和“十四五”循環經濟發展規劃以及國家節能減排政策，因此，該工藝技術對提高企業的經濟和環保效益具有特別重要的價值，值得推廣。