降低濕法凈化磷酸半水石膏磷損失的工藝

謝敏堯

（甕福紫金化工股份有限公司，福建 龍巖 364200）

用濕法磷酸加工提純得到的濕法凈化磷酸市場前景廣闊，廣泛應用于新能源、磷酸鹽、氧化拋光、耐火材料、活性炭、榨糖、醫藥中間體等行業。濕法磷酸凈化生產工藝復雜，難度較高，對于溶劑萃取法濕法凈化磷酸生產工藝，磷收率直接影響了濕法磷酸凈化的產能發揮及生產成本，提高磷收率已成為濕法磷酸凈化的重中之重。隨著國內外各濕法凈化磷酸生產企業產能的釋放，降低凈化磷酸生產成本，提高磷收率，實現五氧化二磷效益最大化，用最少的資源產出更多的產品已經勢在必行、迫在眉睫。

濕法凈化磷酸生產過程中副產半水石膏，該石膏晶體細小，含磷高，過濾難度較大。實際生產中一般采用兩種方式處理該石膏，一是經干排過濾機過濾后通過汽車轉運到磷石膏堆場，但干排石膏P2O5損失嚴重，且磷石膏品質差不能直接供下游綜合利用，增加了磷石膏堆場庫存壓力；二是經濕排過濾機過濾，過濾石膏進入石膏再漿槽，通過泵送到上游濕法磷酸生產系統的石膏沖洗水槽進入上游過濾機過濾，或再漿后直接泵送上游過濾機過濾，過濾后經皮帶送至磷石膏堆場，該方法同樣P2O5損失較大，且會影響上游濕法磷酸生產過濾系統產能發揮，并降低磷石膏品質。

1 技術原理

濕法磷酸生產過程中，硫酸鈣（磷石膏）可以以3 種不同的水合結晶形態從磷酸溶液中沉淀出來，根據生產條件的不同，可以生成二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）、半水硫酸鈣（CaSO4·0.5H2O）和無水硫酸鈣。按照濕法凈化磷酸生產工藝預處理階段實際情況，反應料漿溫度約85 ℃、w（P2O5）約46%，得到的為半水硫酸鈣晶體，半水硫酸鈣經帶式過濾機過濾后，石膏進入石膏再漿槽，得到w（P）＞5%、w（固）＞15%的石膏渣漿。根據CaSO4-H3PO4-H2SO4-H2O 四元體系相圖（見圖1）中CaSO4穩定性［1］可知，在渣漿磷含量及固含量相對穩定情況下，控制合適溫度及液相SO3含量等參數，可以將半水石膏轉為二水石膏。二水石膏易過濾、含磷低，進而通過石膏轉晶來降低磷損失。

圖1 CaSO4-H3PO4-H2SO4-H2O四元體系相圖

2 工藝方案

2.1 項目現狀

國內某濕法凈化磷酸生產企業采用溶劑萃取法生產工藝，預處理工段反應工序反應槽反應料漿溫度約85 ℃、w（P2O5）約46%，得到的為半水硫酸鈣，反應料漿進入增稠器重力沉降，底部w（固）30%以上的底流料漿進入真空帶式過濾機過濾，濾布石膏進入石膏再漿槽后打往磷酸生產系統繼續處理，帶式過濾機石膏分析指標見表1，過濾石膏進入石膏再漿槽再漿后分析指標見表2。

表1 帶式過濾機石膏分析指標 %

表2 石膏再漿槽石膏分析指標

因半水石膏存在難過濾、非水溶磷含量高等問題，導致石膏再漿槽石膏磷含量高，磷損失大，最終導致濕法磷酸凈化生產系統磷收率低，生產成本較高。

2.2 解決方案

為了降低石膏磷含量，提高P2O5收率，改善磷石膏品質，該企業開展了半水石膏轉晶工藝研究。鑒于二水石膏具有易過濾、含磷低、品質高等優點，以半水石膏轉晶為二水石膏，解決磷石膏含磷高，過濾效果差的問題。

半水石膏轉晶系統由轉晶槽、轉晶泵、硫酸添加系統、溫度流量液位控制儀表等部分組成。在石膏再漿槽出口新增2個轉晶反應槽（一級反應槽及二級反應槽），新增渣漿泵、轉晶泵各1 臺，從磷酸硫酸泵出口新增1 根不銹鋼硫酸管至轉晶第一、第二反應槽，從石膏再漿泵出口新增1根渣漿管道至轉晶第一、第二反應槽，渣漿及硫酸從轉晶第一反應槽或第二反應槽頂混合三通后進入槽內，從轉晶泵出口新增1根渣漿管送往磷酸運行部圓盤過濾機或於漿槽。轉晶過程嚴格控制硫酸添加量及渣漿流量，嚴格控制SO3濃度、轉晶時間及反應溫度，轉晶系統工藝流程見圖2。

圖2 轉晶系統工藝流程

2.3 運行效果

轉晶系統投用后，通過嚴格控制硫酸添加量、渣漿流量，以及液相SO3濃度、轉晶時間及反應溫度，轉晶后渣漿經過濾所得石膏完全轉為二水石膏，同時石膏總磷、非水溶磷大幅降低，濕法磷酸凈化系統磷收率大幅度提升，可達95%左右。控制參數及磷石膏分析指標見表3、表4。

表4 磷石膏分析指標 %

3 結論

（1）在半水石膏渣漿磷含量及固含量相對穩定情況下，通過控制反應溫度約60 ℃、液相ρ（SO3）約38 g/L、反應時間2 h等參數，可以將半水石膏轉晶為二水石膏。

（2）轉晶系統投用后，濕法磷酸凈化系統半水石膏可完全轉為二水石膏，所得石膏總磷、非水溶磷大幅度降低，石膏磷損失大幅度降低，濕法磷酸凈化系統磷收率大幅度提升，可達95%左右。