專利名稱：半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于濕法磷酸生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法。
背景技術(shù)：
濕法磷酸工藝是以無機(jī)酸(主要是硫酸)分解磷礦制造磷酸的過程，即用硫酸與磷礦反應(yīng)生成硫酸鈣結(jié)晶和磷酸溶液，再進(jìn)行液固分離，得到磷酸。 從目前的已知文獻(xiàn)和資料表明，除無水法流程尚未有工業(yè)化裝置外，其他流程均有工業(yè)化裝置建成并投入運(yùn)行，在各種流程中，采用二水法的裝置占85% ;而就目前的研究而言，在濕法磷酸的生產(chǎn)中，直接得磷酸濃度大于40% (以P2O5計(jì))的流程只有半水法流程和半水二水流程。半水二水法流程相對(duì)半水法流程來說，流程相對(duì)過長，能耗較高。濕法磷酸生產(chǎn)工藝的區(qū)分是以反應(yīng)料漿中硫酸鈣結(jié)晶的不同來進(jìn)行的，以生成的二水硫酸鈣(CaSO4. 2H20)，半水硫酸鈣(CaSO4. O. 5H20)、和無水硫酸鈣(CaSO4)來分為二水法(DH法)、半水法(HH法)、無水法(AH法)、半水一二水法(HDH)和二水一半水法(DHH)等流程。目前半水物法濕法磷酸生產(chǎn)工藝主要有西方石油公司擁有的單槳雙槽半水物流程、挪威諾斯克-海德羅公司研發(fā)的多槳雙槽半水物流程及N. K. K-魯姆斯方槽半水物流程二種。西方石油公司的單槳雙槽半水物流程是將反應(yīng)部分分別在預(yù)混槽、溶解槽和結(jié)晶槽中完成，返回淡磷酸和磷礦粉加入到預(yù)混槽中進(jìn)行預(yù)混反應(yīng)，預(yù)混料漿溢流進(jìn)溶解槽中，并與從結(jié)晶槽溢流而來的料漿進(jìn)行溶解反應(yīng)；溶解槽中反應(yīng)料漿通過溶解槽底部輸送泵送進(jìn)結(jié)晶槽，同時(shí)將硫酸加入結(jié)晶槽中，從而完成料漿的結(jié)晶過程；結(jié)晶料漿通過一個(gè)中間貯槽后送去過濾分離。挪威諾斯克-海德羅公司的多槳雙槽半水物流是將反應(yīng)部分分別在兩個(gè)分解槽和一個(gè)中間貯槽中完成，磷礦粉和經(jīng)真空閃蒸冷卻后的、來自第二個(gè)分解槽的料漿在第一個(gè)分解槽中完成第一階段的分解反應(yīng)，然后溢流到第二個(gè)分解槽中；硫酸和返回淡磷酸同時(shí)加入到第二個(gè)分解槽中，繼續(xù)完成第二階段的分解反應(yīng)過程，第二個(gè)分解槽中的料漿一部分經(jīng)真空閃蒸冷卻后循環(huán)到第一個(gè)分解槽，另一部分溢流進(jìn)中間貯槽并送去過濾分離；N. K. K-魯姆斯方槽半水物流程是將反應(yīng)過程集中在一個(gè)方形槽體中完成，并通過隔離分區(qū)的形式分別設(shè)置為預(yù)混區(qū)與分解區(qū)，磷礦粉、返回淡磷酸、硫酸與從分解區(qū)循環(huán)而來的料漿一同加入到預(yù)混區(qū)，完成預(yù)混反應(yīng)，分解區(qū)料漿一部分循環(huán)到預(yù)混區(qū)，一部分送去過濾分離。此三種流程主要存在以下不足⑴半水物法濕法磷酸反應(yīng)所需的四個(gè)階段分區(qū)不明顯，不利于磷礦的充分反應(yīng)和半水硫酸鈣結(jié)晶的長大，從而使得分解及洗滌效果變差，磷石膏中P2O5含量達(dá)到I. 5 2%以上，整體磷收率低，一般只能達(dá)到89 92%。⑵硫酸直接加入反應(yīng)槽中，在硫酸加酸處容易形成硫酸的局部過飽和，容易形成較多細(xì)小的半水硫酸鈣結(jié)晶，后段過濾分離及洗滌效果差，影響整體磷收率。⑶為了盡量提高磷收率，一般采用濕法排渣，不便于磷石膏的轉(zhuǎn)運(yùn)輸送以及后期的循環(huán)利用。⑷為了生產(chǎn)既定的42 45% P2O5濃度的磷酸，返酸量小，反應(yīng)料漿固含量控制在38 %左右，料漿粘度大，不利于過濾分離與洗滌。(5)反應(yīng)料漿液相中硫酸根濃度控制在2. 0 3. 5wt%，硫酸消耗高，生產(chǎn)成本高。(6)反應(yīng)溫度控制基本在98 103°C，設(shè)備材質(zhì)及設(shè)備防腐要求高，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。因此，現(xiàn)需對(duì)現(xiàn)有的半水磷酸工藝進(jìn)行改進(jìn)，以克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可提高磷收率的半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，包括如下步驟a、磷礦粉與來自結(jié)晶槽的回漿在預(yù)混槽中進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，控制回漿中的硫酸與加入磷礦粉中的CaO的摩爾比為0. 4 0. 6 I ；b、預(yù)反應(yīng)后的料楽;連續(xù)進(jìn)入分解槽進(jìn)一步反應(yīng)；C、分解槽的料漿再連續(xù)進(jìn)入結(jié)晶槽，同時(shí)，磷酸溶液和硫酸充分混合后連續(xù)加入結(jié)晶槽，兩者反應(yīng)形成結(jié)晶；其中，控制結(jié)晶槽內(nèi)料漿酸液中的硫酸根質(zhì)量與酸液的質(zhì)量比為 I. 5 2. 0% ;d、結(jié)晶槽的料漿連續(xù)進(jìn)入養(yǎng)晶槽促進(jìn)晶體進(jìn)一步成長，同時(shí)，結(jié)晶槽的料漿還進(jìn)入預(yù)混槽作為步驟a所述的回漿；e、將養(yǎng)晶槽內(nèi)的料漿連續(xù)送至帶式過濾機(jī)進(jìn)行粗濾、過濾和洗滌，過濾的液體即為成品憐fe。其中，上述方法步驟e中，料漿粗濾得到粗濾濾液，過濾后得到半水硫酸鈣，半水硫酸鈣經(jīng)洗滌得到洗滌濾液；粗濾濾液、洗滌濾液與適量成品磷酸形成步驟c所述的磷酸溶液。進(jìn)一步的，在所述磷酸溶液中，洗滌濾液的質(zhì)量粗濾濾液的質(zhì)量成品磷酸的質(zhì)量=50 60 : 8 12 : 30 40。再進(jìn)一步的，結(jié)晶槽內(nèi)料漿的液固比為2. 5 3 I。其中，上述方法中結(jié)晶槽的料漿連續(xù)送入閃蒸器進(jìn)行強(qiáng)制降溫，降溫后一部分作為回漿進(jìn)入預(yù)混槽，另一部分返回結(jié)晶槽。其中，上述方法中預(yù)混槽、分解槽和結(jié)晶槽內(nèi)的料漿溫度控制在90 97°C之間。其中，上述方法中預(yù)混槽和分解槽通過底部通道連接，分解槽和結(jié)晶槽通過上部溢流口連接，結(jié)晶槽和養(yǎng)晶槽通過底部通道連接。其中，上述方法步驟e所述的洗滌為三級(jí)逆流洗滌。 其中，上述方法中所述磷礦粉按重量計(jì)含五氧化二磷25 40%。進(jìn)一步的，所述磷礦粉按重量計(jì)含五氧化二磷30 35%。本發(fā)明的有益效果為首先，預(yù)混槽和分解槽的負(fù)硫酸條件只通過返漿的硫酸含量和返漿量大小控制，即在預(yù)混反應(yīng)槽中，控制精礦中CaO的40 60%與硫酸反應(yīng)生成半水磷石膏，其余40 60%的CaO溶于料漿中，不但控制了負(fù)硫酸條件，同時(shí)提供了大量的反應(yīng)晶種，對(duì)半水磷石膏的結(jié)晶有較大改善。本發(fā)明在預(yù)混槽中只返漿而不直接加入磷酸或硫酸，使預(yù)混槽和分解槽的負(fù)硫酸條件更為穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生因加入硫酸而形成的包裹，從而提高磷礦的分解率，磷礦的分解率達(dá)到98%以上，石膏中的不溶磷(以P2O5計(jì))能低至0.4%以下ο另外，本發(fā)明只是在結(jié)晶槽中加入硫酸與磷酸的混酸，結(jié)晶槽為硫酸唯一加入點(diǎn)，生產(chǎn)操作中可通過控制合適的酸礦比來自動(dòng)調(diào)節(jié)，減少了工藝控制點(diǎn)。其他發(fā)明中有在預(yù)混槽中補(bǔ)入硫酸和磷酸返酸的，但其他發(fā)明中的不足之處體現(xiàn)在硫酸加入點(diǎn)至少2個(gè)，控制因素增多而帶來不穩(wěn)定性。本發(fā)明中反漿是唯一控制負(fù)硫酸條件的方式，本發(fā)明的負(fù)硫酸條件穩(wěn)定，使得硫酸鈣的結(jié)晶效果好，因此，根據(jù)半水磷石膏的結(jié)晶效果，確定本工藝中硫酸根控制范圍I. 5 2. 0%，低于其他工藝指標(biāo)硫酸根控制范圍2. O 2. 5%。每噸產(chǎn)品磷酸(P205計(jì))可以節(jié)約硫酸12. 5 25kg。同時(shí)，在第三反應(yīng)槽料中加入硫酸與磷酸的混 酸有利于提高結(jié)晶槽的液固比，有利于在結(jié)晶槽獲得粗大、均勻的聚晶，有利于過濾分離工序的洗滌。再者，本發(fā)明半水物法濕法磷酸反應(yīng)所需的四個(gè)階段分區(qū)明顯，在結(jié)晶槽之后增加了養(yǎng)晶槽，養(yǎng)晶槽不但延長結(jié)晶成長時(shí)間以利于過濾洗滌，同時(shí)能散熱移走因結(jié)晶進(jìn)一步成長的熱量。可以實(shí)現(xiàn)磷石膏中的水溶磷(以P2O5計(jì))在0.2 0.4%之間，洗滌率可達(dá)98%以上。從而實(shí)現(xiàn)磷的總收率大于96% (總收率=分解率*洗滌率，是指磷礦中的磷，經(jīng)過加工之后能夠充分回收的百分?jǐn)?shù))。同時(shí)，良好的過濾性能和洗滌效果，有利于系統(tǒng)的水平衡，并且對(duì)磷石膏的后續(xù)利用提供了條件。本發(fā)明通過增加槽外低位閃蒸冷卻的步驟，能夠更加方便的穩(wěn)定半水反應(yīng)溫度，同時(shí)控制預(yù)混反應(yīng)槽負(fù)硫酸指標(biāo)，提供晶種，促進(jìn)結(jié)晶的優(yōu)化。本發(fā)明采用了初濾酸全部返回，對(duì)成品磷酸含固量和保證其清澈度有積極作用。本發(fā)明采用了溫度較低的分解反應(yīng)和結(jié)晶溫度控制，所述的分解反應(yīng)溫度在90 97°C，較其他工藝所述的98 103°C低，有利于減少過程設(shè)備的腐蝕，同時(shí)降低溫度有利于減少反應(yīng)槽的泡沫層高度，減少消泡劑或不使用消泡劑，提高反應(yīng)槽的生產(chǎn)能力。正是由于本發(fā)明的生產(chǎn)方法具備以上特點(diǎn)，因此本發(fā)明工藝流程更加優(yōu)化，合理，操作控制更加簡化穩(wěn)定，從而可以獲得較高的磷收率。本發(fā)明對(duì)反應(yīng)原料的適應(yīng)性較強(qiáng)，系統(tǒng)清理堵塞周期長，生產(chǎn)效率高，能有效的提高了裝置的運(yùn)行能力，從而獲得良好的工藝控制指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。


圖I為本發(fā)明半水工藝生產(chǎn)磷酸的工藝示意圖；圖中標(biāo)記為1是預(yù)混槽、2是分解槽、3是結(jié)晶槽、4是養(yǎng)晶槽、5是液封槽、6是泵、7是閃蒸器、8是混酸槽、9是帶式過濾機(jī)、91是初濾區(qū)、92是過濾區(qū)、93是一洗區(qū)、94是二洗區(qū)、95是三洗區(qū)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖I所示，半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，包括如下步驟a、磷礦粉與來自結(jié)晶槽3的回漿在預(yù)混槽I中進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，控制回漿中的硫酸與加入磷礦粉中的CaO的摩爾比為0. 4 0. 6 I ；b、預(yù)反應(yīng)后的料楽;連續(xù)進(jìn)入分解槽2進(jìn)一步反應(yīng)；C、分解槽2的料漿再連續(xù)進(jìn)入結(jié)晶槽3 ，同時(shí)，磷酸溶液和硫酸充分混合后連續(xù)加入結(jié)晶槽3，兩者反應(yīng)形成結(jié)晶；其中，控制結(jié)晶槽3內(nèi)料漿酸液中的硫酸根質(zhì)量與酸液的質(zhì)量比為I. 5 2.0% ;d、結(jié)晶槽3的料漿連續(xù)進(jìn)入養(yǎng)晶槽4促進(jìn)晶體進(jìn)一步成長，同時(shí)，結(jié)晶槽3的料漿還進(jìn)入預(yù)混槽I作為步驟a所述的回漿；e、將養(yǎng)晶槽4內(nèi)的料漿連續(xù)送至帶式過濾機(jī)9進(jìn)行粗濾、過濾和洗滌，過濾的液體即為成品磷酸。優(yōu)選的，上述方法步驟e中，料漿粗濾得到粗濾濾液，過濾后得到半水硫酸鈣，半水硫酸鈣經(jīng)洗滌得到洗滌濾液；粗濾濾液、洗滌濾液與適量成品磷酸形成步驟c所述的磷酸溶液。進(jìn)一步的，為了使本發(fā)明工藝操作更加簡單穩(wěn)定，在所述磷酸溶液中，洗滌濾液的質(zhì)量粗濾濾液的質(zhì)量成品磷酸的質(zhì)量=50 60 8 12 30 40。同理，為了使本發(fā)明工藝操作更加簡單穩(wěn)定，結(jié)晶槽3內(nèi)料漿的液固比為2. 5 3 I。優(yōu)選的，上述方法中，為了更好的控制預(yù)混槽I和結(jié)晶槽3的溫度，結(jié)晶槽3的料漿連續(xù)送入閃蒸器7進(jìn)行強(qiáng)制降溫，降溫后一部分作為回漿進(jìn)入預(yù)混槽1，另一部分返回結(jié)晶槽3。優(yōu)選的，上述方法中預(yù)混槽I、分解槽2和結(jié)晶槽3內(nèi)的料漿溫度控制在90 97°C之間。優(yōu)選的，上述方法中預(yù)混槽I和分解槽2通過底部通道連接，分解槽2和結(jié)晶槽3通過上部溢流口連接，結(jié)晶槽3和養(yǎng)晶槽4通過底部通道連接。這樣設(shè)置可以有效防止料漿短路，保證各階段的反應(yīng)時(shí)間。優(yōu)選的，為了洗滌更加充分，并且節(jié)約用水，便于對(duì)水量的控制，上述方法步驟e所述的洗滌為三級(jí)逆流洗滌。料漿送至帶式過濾機(jī)9進(jìn)行粗濾、過濾和洗滌時(shí)，先經(jīng)過初濾區(qū)91進(jìn)行粗濾，初濾階段料漿布料未形成均勻的濾餅，酸液中有少量石膏穿濾，酸液較混，因此將粗濾濾液送至裝洗滌濾液的液封槽5。粗濾后進(jìn)入過濾區(qū)92，過濾區(qū)92由于已形成了均勻的濾餅，酸液清澈，因此作為成品磷酸。過濾后進(jìn)行三級(jí)逆流洗滌，清水加入三洗區(qū)95，洗滌后進(jìn)入液封槽5后再打入二洗區(qū)94，同樣洗滌后進(jìn)入另一液封槽5，再送入一洗區(qū)93，最終進(jìn)入裝粗濾濾液的液封槽5。粗濾濾液、洗滌濾液與適量成品磷酸和硫酸進(jìn)入混酸槽8，最終連續(xù)進(jìn)入結(jié)晶槽3。優(yōu)選的，上述方法中所述磷礦粉按重量計(jì)含五氧化二磷25 40%。進(jìn)一步的，所述磷礦粉按重量計(jì)含五氧化二磷30 35%。下面通過年產(chǎn)150ktP205半水法磷酸生產(chǎn)裝置的實(shí)施實(shí)對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說明，但并不因此將本發(fā)明限制在實(shí)施例所述的范圍之中。實(shí)施例一該方法按以下步驟進(jìn)行磷礦與回漿預(yù)混、磷礦分解、結(jié)晶和返漿、養(yǎng)晶過濾洗滌及返酸。生產(chǎn)用磷礦指標(biāo)情況如下
權(quán)利要求
1.半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，其特征在于包括如下步驟 a、磷礦粉與來自結(jié)晶槽的回漿在預(yù)混槽中進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，控制回漿中的硫酸與加入磷礦粉中的CaO的摩爾比為O. 4 O. 6 I ； b、預(yù)反應(yīng)后的料漿連續(xù)進(jìn)入分解槽進(jìn)一步反應(yīng)； C、分解槽的料漿再連續(xù)進(jìn)入結(jié)晶槽，同時(shí)，磷酸溶液和硫酸充分混合后連續(xù)加入結(jié)晶槽，兩者反應(yīng)形成結(jié)晶；其中，控制結(jié)晶槽內(nèi)料漿酸液中的硫酸根質(zhì)量與酸液的質(zhì)量比為I.5 2. 0% ; d、結(jié)晶槽的料漿連續(xù)進(jìn)入養(yǎng)晶槽促進(jìn)晶體進(jìn)一步成長，同時(shí)，結(jié)晶槽的料漿還進(jìn)入預(yù)混槽作為步驟a所述的回漿； e、將養(yǎng)晶槽內(nèi)的料漿連續(xù)送至帶式過濾機(jī)進(jìn)行粗濾、過濾和洗滌，過濾的液體即為成品憐酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，其特征在于步驟e中，料漿粗濾得到粗濾濾液，過濾后得到半水硫酸鈣，半水硫酸鈣經(jīng)洗滌得到洗滌濾液；粗濾濾液、洗滌濾液與適量成品磷酸形成步驟c所述的磷酸溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，其特征在于在所述磷酸溶液中，洗漆濾液的質(zhì)量粗濾濾液的質(zhì)量成品磷酸的質(zhì)量=50 60 8 12 30 40。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，其特征在于結(jié)晶槽內(nèi)料漿的液固比為2. 5 3 I。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，其特征在于結(jié)晶槽的料漿連續(xù)送入閃蒸器進(jìn)行強(qiáng)制降溫，降溫后一部分作為回漿進(jìn)入預(yù)混槽，另一部分返回結(jié)晶槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，其特征在于預(yù)混槽、分解槽和結(jié)晶槽內(nèi)的料漿溫度控制在90 97°C之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，其特征在于預(yù)混槽和分解槽通過底部通道連接，分解槽和結(jié)晶槽通過上部溢流口連接，結(jié)晶槽和養(yǎng)晶槽通過底部通道連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，其特征在于步驟e所述的洗滌為三級(jí)逆流洗滌。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，其特征在于所述磷礦粉按重量計(jì)含五氧化二磷25 40%。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，其特征在于所述磷礦粉按重量計(jì)含五氧化二磷30 35%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半水工藝生產(chǎn)磷酸的方法，屬于濕法磷酸生產(chǎn)領(lǐng)域。本發(fā)明所有解決的技術(shù)問題是提供一種可提高磷收率的水工藝生產(chǎn)磷酸的方法。該方法包括如下步驟a預(yù)反應(yīng)，控制來自結(jié)晶槽的回漿中的硫酸與加入磷礦粉中的CaO的摩爾比為0.4～0.6︰1；b進(jìn)入分解槽進(jìn)一步反應(yīng)；c進(jìn)入結(jié)晶槽，與磷酸溶液和硫酸充分混合后的溶液反應(yīng)形成結(jié)晶，并控制料漿酸液中的硫酸根質(zhì)量與酸液的質(zhì)量比為1.5～2.0％；d進(jìn)入養(yǎng)晶槽促進(jìn)晶體成長；e過濾制得成品磷酸。本發(fā)明方法流程更加優(yōu)化，合理，操作控制更加簡化和穩(wěn)定，可以獲得較高的磷收率。
文檔編號(hào)C01B25/226GK102674279SQ20121018854
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者吳生平, 唐曉林, 李進(jìn), 李順方, 王佳才, 趙東, 趙鵬 申請(qǐng)人:貴州川恒化工有限責(zé)任公司