濕法磷酸生產(chǎn)中節(jié)約硫酸的方法研究

張建恒

【摘 要】硫酸是濕法磷酸生產(chǎn)的主要原料，可占到磷酸生產(chǎn)總成本的一半以上，因此，在保證磷酸生產(chǎn)品質(zhì)的基礎(chǔ)上，盡可能地節(jié)約硫酸的用量是提高磷酸生產(chǎn)效益的主要措施。本文結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)情況，詳細(xì)分析了濕法磷酸生產(chǎn)中硫酸用量高居不下的原因，并提出了節(jié)約硫酸的方法，取得了較好的效果。

【關(guān)鍵詞】濕法磷酸；硫酸用量；生產(chǎn)負(fù)荷；節(jié)約

隨著中國(guó)磷酸工業(yè)的高速發(fā)展，行業(yè)內(nèi)部積累的矛盾也愈發(fā)突出，如產(chǎn)能過(guò)剩、產(chǎn)品單一、技術(shù)創(chuàng)新能力弱，尤其是生產(chǎn)成本高居不下等現(xiàn)狀嚴(yán)重制約著行業(yè)的健康發(fā)展。硫酸作為濕法磷酸生產(chǎn)的主要原料 ，其費(fèi)用約占磷酸生產(chǎn)總成本的一半以上。為此 ，如何在保磷酸生產(chǎn)品質(zhì)的前提下，盡量節(jié)約硫酸用量 ，是當(dāng)前磷酸生產(chǎn)企業(yè)十分關(guān)心的問題。

1.硫酸用量偏高的原因分析

1）磷礦雜質(zhì)含量高、品位低。磷礦P2O5含量低，對(duì)磷酸產(chǎn)量有影響。CaO直接影響硫酸用量。MgO增加磷酸黏度，限制萃取料漿中的P2O5濃度，也影響過(guò)濾效果，使水溶磷損失增加；影響磷酸蒸發(fā)濃縮效果，反應(yīng)生成的MgNH4PO4·6H2O降低產(chǎn)品磷酸二銨（DAP）水溶磷含量。

2）礦漿細(xì)度達(dá)不到要求。2007年我公司礦漿中粒徑<0.370mm（-40目）的平均占96.69%、<0.147mm（-100目）的占71.42%，礦漿細(xì)度不夠，萃取率僅為96.66%，礦漿w（固）偏低，僅為61.62%，水平衡難度大。為降低渣場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，大量使用渣場(chǎng)水作過(guò)濾洗滌水，導(dǎo)致洗滌率偏低，僅97.62%，最終導(dǎo)致磷得率偏低（94.36%），硫酸用量偏高。

3）萃取槽SO3指標(biāo)控制不穩(wěn)定。由于磨礦裝置提供的礦漿細(xì)度合格率較低，礦漿的密度和水分指標(biāo)波動(dòng)大，造成萃取槽液相SO3的指標(biāo)波動(dòng)較大，導(dǎo)致磷石膏結(jié)晶較差，P2O5收率低，硫酸用量高。

4）過(guò)濾存在的問題。沖盤水溫度低（45℃），壓力低（0.1MPa），料漿和洗水在分布盒分布不均勻；洗水溫度低，一洗水為70℃，二洗水、三洗水為50℃，過(guò)濾真空度低（35kPa（A）），影響洗滌效果，降低磷得率。

5）超負(fù)荷生產(chǎn)。在超負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，由于物料在萃取槽反應(yīng)時(shí)間縮短，晶體成長(zhǎng)時(shí)間也相應(yīng)縮短，大量的細(xì)小晶體降低了過(guò)濾效果，致使磷石膏中水溶性P2O5含量高。

綜上所述，由于磷礦品位低、雜質(zhì)含量高，礦漿細(xì)度不夠，過(guò)濾洗滌存在許多問題，并且有時(shí)超負(fù)荷生產(chǎn)，造成硫酸用量偏高。也使我公司磷石膏中w（P2O5水溶）曾達(dá)1.0%、w（P2O5枸溶）達(dá)3.0%、w（P2O5不溶）達(dá)1%。但以上情況不是同時(shí)出現(xiàn)。

2.節(jié)約硫酸的方法途徑

2.1合理配礦

安排專人認(rèn)真抓好每天到礦的跟蹤，掌握數(shù)量和質(zhì)量數(shù)據(jù)，為合理用礦、配礦奠定基礎(chǔ)?？紤]增加磷礦石浮選裝置，保證礦石品質(zhì)；考慮磨礦裝置擴(kuò)能，優(yōu)化磨礦工藝，提高礦漿質(zhì)量；合理搭配不同品位磷礦，做好混礦工作，以穩(wěn)定生產(chǎn)。如：某礦品位低，w（P2O5）約28.05%，雜質(zhì)MgO、K2O、Na2O含量略低，單獨(dú)使用該礦濾液密度偏低，洗水用量受限，影響洗滌率和增加濃縮生產(chǎn)負(fù)荷；昆陽(yáng)磷礦P2O5略高，w（P2O5）約29.5%，但w（MgO）常達(dá)1.6%左右，單獨(dú)使用會(huì)嚴(yán)重影響磷礦反應(yīng)過(guò)程以及磷酸的質(zhì)量。這兩種磷礦合理搭配使用，能達(dá)到各礦點(diǎn)礦的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和穩(wěn)定、優(yōu)化生產(chǎn)的目的。

2.2實(shí)現(xiàn)閉路磨礦，改善礦漿細(xì)度

一是磷石膏結(jié)晶較均勻、整齊，有助于過(guò)濾和洗滌，因此過(guò)濾負(fù)荷提高了11%左右，并為提高過(guò)濾磷石膏洗滌率創(chuàng)造了條件；

二是方便了磷石膏輸送，原開路磨礦礦漿較粗，未反應(yīng)磷礦在輸渣管線的沉積嚴(yán)重，制約生產(chǎn)負(fù)荷，并威脅輸渣管安全；

三是減輕了后續(xù)設(shè)備磨蝕，如原80kt/a磷酸裝置閃冷循環(huán)泵葉輪僅能用90d，現(xiàn)已超過(guò)半年仍能使用，有力地促進(jìn)了磷酸生產(chǎn)。

2.3控制生產(chǎn)負(fù)荷

處理好生產(chǎn)負(fù)荷與磷收率的關(guān)系，如：80kt/a裝置正常生產(chǎn)時(shí)過(guò)濾負(fù)荷禁止料漿超140m3/h，以確保磷收率，而當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷與過(guò)濾狀況發(fā)生矛盾時(shí)，優(yōu)先保證過(guò)濾工況，及時(shí)調(diào)減生產(chǎn)負(fù)荷，絕不以犧牲磷收率為代價(jià)換取高產(chǎn)。

2.4嚴(yán)格控制萃取槽工藝指標(biāo)

根據(jù)料漿石膏結(jié)晶和過(guò)濾狀況，及時(shí)調(diào)整稀酸密度和料漿SO3、含固量等，優(yōu)化結(jié)晶和過(guò)濾效果。料漿中液相SO3質(zhì)量濃度是影響結(jié)晶質(zhì)量的重要因素，一般ρ（SO3）控制在25～35g/L范圍內(nèi)。SO3質(zhì)量濃度低易形成薄片狀晶體，而SO3質(zhì)量濃度高會(huì)形成針狀晶體，薄片狀或針狀晶體容易斷裂，變成大量碎晶，影響料漿過(guò)濾和洗滌。生產(chǎn)中亦常用顯微鏡觀察石膏結(jié)晶情況和過(guò)濾效果，及時(shí)調(diào)整SO3控制范圍至35g/L，保證結(jié)晶質(zhì)量。

從2010年起，使萃取反應(yīng)溫度提高1℃，石膏中不溶P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)（包括枸溶磷）由實(shí)施前平均0.513%降到0.318%。從2010年3月起，對(duì)萃取槽

SO3指標(biāo)進(jìn)行更嚴(yán)格的控制，ρ（SO3）從25～35g/L調(diào)整到25～29g/L，并嚴(yán)格對(duì)萃取SO3指標(biāo)進(jìn)行考核。萃取槽ρ（SO3）由實(shí)施前平均28.10g/L降低到27.03g/L，相當(dāng)于生產(chǎn)1t磷酸（以P2O5計(jì)）可以少用3.77kg硫酸。

2.5改善萃取料漿過(guò)濾效果

1）合理使用助濾劑。針對(duì)雜質(zhì)含量較高的磷礦，合理使用助濾劑約增產(chǎn)20%以上。為此，試用多家絮凝劑并對(duì)其用量等進(jìn)行摸索，有的絮凝劑對(duì)過(guò)濾效果改善較多，增產(chǎn)達(dá)30%以上，噸酸絮凝劑用量約120～130g，成本約3.00元。

2）加強(qiáng)過(guò)濾機(jī)各分布盒的清理和調(diào)整，保證料漿、洗水分布均勻，避免磷石膏厚薄不均和洗滌死角。合理調(diào)整各區(qū)位置，保證洗水分區(qū)，杜絕洗水串洗、混洗和短路。

三洗水完全使用經(jīng)用蒸汽加熱后的渣場(chǎng)水，用量從15m3/h增加至20m3/h，二洗水為40m3/h，一洗水為60m3/h，嚴(yán)把洗滌質(zhì)量關(guān)。

3）加強(qiáng)過(guò)濾洗水、濾布洗水噴頭的清理、維護(hù)，確保濾布再生效果、使用周期和洗滌效率。例如200kt/a裝置過(guò)濾機(jī)沖盤水流量原來(lái)約80m3/h，沖盤清洗不徹底，濾布堵塞結(jié)垢嚴(yán)重，使用周期短，僅7d左右，且制約過(guò)濾負(fù)荷，影響洗水使用；現(xiàn)控制沖盤水流量100～120m3/h，沖盤水壓力達(dá)到0.8～0.9MPa，沖盤水溫度達(dá)到60℃以上，濾布再生徹底，除每周1次計(jì)劃清洗外，基本能高負(fù)荷運(yùn)行，且濾布使用基本達(dá)16～20d。適當(dāng)關(guān)小破真空閥，提高200kt/a裝置過(guò)濾真空度，控制真空度15～20kPa（A）。

4）料漿分布均勻，濾餅無(wú)漏洗現(xiàn)象?？刂葡此疁囟仍?5～70℃，磷石膏水分降低5百分點(diǎn)左右，一個(gè)清洗周期內(nèi)濾布無(wú)堵塞現(xiàn)象，濾餅有足夠的吸干區(qū)。

5）計(jì)劃?rùn)z修，提高設(shè)備運(yùn)行率，避免非計(jì)劃停車。高產(chǎn)要靠高的運(yùn)行率作保證，單純依靠“高”負(fù)荷則必然增加損失，降低經(jīng)濟(jì)性。

2.6監(jiān)控水溶磷損失

密切監(jiān)控每套系統(tǒng)過(guò)濾磷石膏的水溶磷，發(fā)現(xiàn)異常情況必須認(rèn)真查找磷石膏中水溶磷偏高原因并采取對(duì)策，確保磷石膏較高的磷洗滌率。

2.7認(rèn)真做好磷酸的貯存和使用

充分利用現(xiàn)有稀酸、濃酸設(shè)施，通過(guò)充分自然沉降，上層高質(zhì)量清酸用于高濃度DAP生產(chǎn)，而下層渣酸則直接供磷酸一銨裝置，一方面得到商品MAP產(chǎn)品，另一方面避免渣酸返回系統(tǒng)，造成雜質(zhì)累積，影響過(guò)濾效果和裝置負(fù)荷。

2.8磷礦漿脫硫降低硫酸用量

新建一個(gè)混合槽，將磷礦漿與生產(chǎn)出的稀磷酸按一定比例在混合槽中混合后用泵送入稀磷酸槽，使稀磷酸中過(guò)量硫酸與磷礦漿反應(yīng)，達(dá)到降低SO3的目的。實(shí)施效果：稀磷酸中的ρ（SO3）由實(shí)施前平均27.98g/L降低到26.85g/L，相當(dāng)于每噸P2O5磷酸少用4.5kg硫酸。

2.9做好技改工作

80kt/a磷酸裝置過(guò)濾機(jī)增設(shè)收集盒，解決帶液P2O5偏高問題。增設(shè)過(guò)濾機(jī)大膠帶沖洗裝置，防大膠帶結(jié)垢堵塞影響過(guò)濾效果。采用保溫措施，解決過(guò)濾機(jī)氣液分離器回液管堵塞嚴(yán)重、帶出損失和清理工作量大、難度大的問題。固定礦漿流量，解決分級(jí)機(jī)至球磨機(jī)磨蝕嚴(yán)重和控制問題等。

3.技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

3.1磷酸生產(chǎn)消耗硫酸情況（見表1）

3.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

實(shí)施技改后，2010年礦漿粒徑<0.370mm（-40目）平均占98.25%，<0.147mm（-100目）占78.83%，磷礦料漿w（固）為63.42%，萃取率為96.69%，洗滌率為97.87%，磷得率為97.26%，噸P2O5磷酸消耗硫酸2.512t。

4.尚存在的問題

采取上述措施，雖然改善了濕法磷酸生產(chǎn)中硫酸用量偏高問題，但還有以下問題有待解決：

1）礦漿粒度偏粗，現(xiàn)粒徑<0.147mm（-100目）約占78%，尚須優(yōu)化。

2）濃縮運(yùn)行周期短，導(dǎo)致濃縮運(yùn)行率偏低。如80kt/a裝置僅能開17d左右，200kt/a裝置僅能開25d，降低了產(chǎn)量。

3）磷礦中Na2O+K2O含量偏高，造成管道堵塞非常嚴(yán)重，尤其渣場(chǎng)回水管結(jié)垢嚴(yán)重，影響回水量。上述問題還需采取措施，優(yōu)化工藝，以適應(yīng)不斷貧化的磷礦，進(jìn)一步降低硫酸用量。

5.結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，本文所采用的節(jié)約方法是有效的，濕法磷酸每噸P2O5硫酸用量由2.628t降為2.512t。因此，筆者相信，隨著濕法磷酸生產(chǎn)工藝的不斷改善，硫酸用量也會(huì)逐步下降，磷酸生產(chǎn)效益也會(huì)再上一個(gè)臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)：

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