降低飼料級磷酸二氫鈣原料磷酸消耗

繆 釗，吳德乾

（甕福（集團）有限責任公司 甕福化工公司，貴州 福泉 550501）

0 引言

磷礦石作為磷復肥、磷化工行業(yè)的重要原材料，需求持續(xù)向好。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，磷酸鐵、磷酸鐵鋰正極材料等需求增加，對高品位磷礦石的需求逐漸增加，加之國家對磷礦石開采持續(xù)收緊以及安全環(huán)保形勢趨嚴，未來磷礦石的供應將延續(xù)緊張態(tài)勢，價格相對堅挺。受磷礦石供應及品位影響，飼料級磷酸二氫鈣（Ca（H2PO4）2·H2O）的原料磷酸消耗和成本逐年上升。磷酸生產(chǎn)中磷石膏排放、堆存、處置問題不可避免，磷酸消耗升高還導致磷石膏排放量增加。降低飼料級磷酸二氫鈣原料磷酸消耗涉及安全環(huán)保、產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟效益等關(guān)鍵問題，已成為飼料級磷酸鈣鹽生產(chǎn)企業(yè)面臨的難題。

1 飼料級磷酸二氫鈣生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前飼料級磷酸二氫鈣主要有3 種生產(chǎn)方法：（1）干法，將濕法濃磷酸脫氟、脫砷后與含鈣化合物（碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣）反應，生成磷酸二氫鈣半成品，半成品陳化后經(jīng)轉(zhuǎn)筒烘干，獲得成品［1］。（2）兩步法，將濕法磷酸脫氟、脫砷后與含鈣化合物（碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣）反應，生成磷酸氫鈣，或使用氧化鈣回收池水、含磷廢水生成磷酸氫鈣；磷酸氫鈣與磷酸反應生成磷酸二氫鈣料漿，再將料漿進行噴霧干燥或閃蒸干燥生成半成品，半成品經(jīng)陳化、回轉(zhuǎn)或閃蒸烘干，獲得成品［2］。（3）料漿法，將濕法磷酸脫氟、脫砷后與含鈣化合物（碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣）反應直接生成磷酸二氫鈣料漿，再將料漿進行一級噴霧干燥、二級轉(zhuǎn)筒干燥獲得成品。

當前飼料級磷酸二氫鈣市場占有率較高的貴州川恒化工股份有限公司和甕福（集團）有限責任公司飼料級磷酸二氫鈣生產(chǎn)以第3 種方法為主。磷礦中的w（MgO+R2O3）近兩年上漲了25%，致使磷酸中MgO+R2O3含量同步升高，飼料級磷酸二氫鈣中水溶磷占比下降，需提升磷鈣比來保證產(chǎn)品中水溶磷的含量。

2 飼料級磷酸二氫鈣原料磷酸消耗偏高的原因

2.1 磷酸陳化效率低

飼料級磷酸二氫鈣原料磷酸凈化前需經(jīng)過陳化，目的是降低磷酸溫度，有益于凈化過程脫氟的進行。隨著磷酸溫度降低，MgO、R2O3析出，沉降后可直接分離。

3—10 月為飼料級磷酸二氫鈣需求旺季，是飼料磷酸鹽提負荷生產(chǎn)的時機。夏季高溫和負荷提升（導致原料磷酸陳化時間變短），使得磷酸溫度降幅減少，部分溶解于磷酸中的金屬陽離子化合物未能析出，陳化效率降低。金屬陽離子含量高，生產(chǎn)時消耗磷酸導致磷酸消耗偏高。

2.2 磷酸凈化損耗大

飼料級磷酸二氫鈣生產(chǎn)時須對原料磷酸進行凈化，即脫氟、脫砷。磷酸脫氟、脫砷效果受溫度、磷酸濃度、停留時間影響較大，另外還受磷酸中MgO+R2O3含量、脫氟劑種類、脫砷劑加入量的影響。磷酸溫度≤40 ℃時脫氟效果較好，磷酸溫度＞45 ℃會出現(xiàn)脫氟困難。在反應槽容積不變的條件下，只有降低負荷才能延長停留時間，脫氟劑的過量加入就成了方便和短期投入較少的應對措施。經(jīng)過固液分離，過量的脫氟劑容易帶走P2O5，增加磷酸消耗，過量的脫氟劑還會帶入Na+，影響飼料級磷酸二氫鈣的質(zhì)量。同時過濾設備的跑冒滴漏也會增加凈化工序的磷酸消耗。

2.3 噴漿成品率低

飼料級磷酸二氫鈣料漿具有很強的熱敏性和黏結(jié)性。料漿密度偏高，料漿易形成包裹顆粒，顆粒在高速離心作用下易造成霧化輪沖刷穿孔嚴重，同時易引起霧化機分散盤流孔堵塞，導致料漿離心后分散性差，不能與熱風充分接觸，干燥不充分，易造成霧化塔內(nèi)物料黏壁掛料嚴重，降低飼料級磷酸二氫鈣料漿的噴漿成品率。噴漿成品率低，造成磷收率降低，磷酸消耗升高。

2.4 機械損失

飼料級磷酸二氫鈣在干燥、輸送、篩分過程中存在機械損失，降低磷收率。P2O5的機械損失不可避免，在粉體化肥及化工產(chǎn)品生產(chǎn)中，物料灑落及揚塵是最常見的造成磷損失的現(xiàn)象。在飼料級磷酸二氫鈣生產(chǎn)中，不但有灑落及揚塵，還有黏結(jié)，在輸送過程中，飼料級磷酸二氫鈣經(jīng)摩擦擠壓，易形成結(jié)塊或黏結(jié)于設備表面，如輸送帶的托輥、大多數(shù)設備的進料口和出料口，需要定期清理。結(jié)塊及黏結(jié)于設備表面的物料是造成P2O5機械損失的主要原因。

3 降低飼料級磷酸二氫鈣原料磷酸消耗的措施

3.1 提高磷酸陳化效率

濃磷酸進陳化系統(tǒng)進行陳化，首先須穩(wěn)定濃磷酸的流量、液位；其次對陳化系統(tǒng)的換熱器定期清理，以確保其換熱效率，保證陳化溫度；最后，定期對陳化槽進行清理，及時將陳化槽底部沉積的酸渣移出系統(tǒng)返回磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)，使陳化后磷酸中的MgO+R2O3及硫酸鈣得到有效降低。

3.2 減少磷酸凈化損失

在原料磷酸中MgO+R2O3含量升高的情況下，降低凈化工序磷酸溫度、延長停留時間、強化設備維保和操作，防止跑冒滴漏現(xiàn)象發(fā)生，是減少凈化工序磷損失的有效措施。新增或更換磷酸換熱器、增加脫氟反應槽、更換過濾機濾布和疏通流道是減少凈化磷損失的具體措施。

3.3 提高料漿噴漿成品率

要提高料漿噴漿成品率，首先，要降低料漿密度，將料漿密度控制在1.45～1.50 kg/L；其次，要延長霧化輪穿孔周期，在霧化輪底板內(nèi)襯耐磨蝕的碳化硅材料且將霧化輪流道孔由12孔增加到18孔，定期檢查霧化輪，產(chǎn)品0.5 mm過篩率提高到≥80%；再次，要減少霧化機分散盤流孔堵塞次數(shù)，增加篩網(wǎng)過濾料漿，配備霧化機沖洗水定期進行沖洗，將每月霧化機分散盤流孔堵塞控制在3 次內(nèi)；最后，要減少料漿磷、鈣質(zhì)量比二次調(diào)整頻次，霧化塔安裝氣錘振打設備并制定巡檢機制，料漿磷、鈣質(zhì)量比精準控制在設定值±0.02 范圍內(nèi)及減輕霧化塔內(nèi)物料黏壁現(xiàn)象。

3.4 減少機械損失

通過生產(chǎn)過程精益化管理，加強設備的維保與巡檢，強化粉塵治理等措施來減少半成品的機械損失。生產(chǎn)過程精益化管理主要通過精準計量，主要原料磷酸使用雙流量計計量，定期比較調(diào)校，建立磷、鈣質(zhì)量比調(diào)控數(shù)學模型確保磷、鈣精準投料，建立磷酸酸質(zhì)變化預警機制，實時跟蹤原料磷酸中MgO+R2O3含量變化，結(jié)合數(shù)學模型實時調(diào)整磷、鈣質(zhì)量比；定期對輸送設備進行清理，減少半成品在設備上的黏結(jié)；在工序連接、提升、篩分、包裝等易產(chǎn)生揚塵的工段建立微負壓系統(tǒng)，將揚塵抽吸至布袋除塵器，收集粉塵并重新利用，有效降低磷損失。

3.5 磷酸鈣替代部分磷酸

磷酸鈣是使用磷精礦煅燒而成，該工藝最大的優(yōu)點是減少磷石膏排放，綠色環(huán)保，在安全環(huán)保形勢日趨嚴峻的形勢下對磷酸鈣鹽行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。在“以渣定產(chǎn)”和加快推進磷石膏綜合利用的環(huán)境下，添加磷酸鈣替代部分磷酸和碳酸鈣生產(chǎn)飼料級磷酸二氫鈣是經(jīng)濟且可行的方案。

磷酸鈣與磷酸按質(zhì)量比1 ∶2 反應生產(chǎn)飼料級磷酸二氫鈣，其間不需要使用碳酸鈣或其他含鈣化合物作原料，有反應迅速、產(chǎn)品游離酸含量低等優(yōu)點，實際生產(chǎn)中可結(jié)合環(huán)保需要和飼料級磷酸鈣鹽市場調(diào)整磷酸鈣的用量和磷酸的比例來降低磷酸消耗。利用磷酸鈣、磷酸生產(chǎn)磷酸二氫鈣可保障產(chǎn)品質(zhì)量，在環(huán)境保護越來越受重視的將來，或?qū)⒊蔀椴豢苫乇艿倪x擇，最主要的是在經(jīng)濟因素與環(huán)境保護之間權(quán)衡。

4 結(jié)語

降低飼料級磷酸二氫鈣原料磷酸消耗不僅可直接降低生產(chǎn)成本，還間接從磷石膏產(chǎn)消方面助力環(huán)境保護，促進生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，在磷礦石的供應將延續(xù)緊張和環(huán)境保護形勢日趨嚴峻的今天，要飼料級磷酸二氫鈣持續(xù)向好發(fā)展，降低原料磷酸消耗勢在必行。筆者提供的降低原料磷酸消耗措施在實踐中取得良好效果，能給飼料級磷酸鈣鹽企業(yè)提供參考。節(jié)能降耗永無止境，探索降低飼料級磷酸二氫鈣原料磷酸消耗的措施或降低磷酸消耗的新工藝開發(fā)仍是飼料級磷酸鈣鹽行業(yè)的征途。