針對(duì)中小磷肥廠降低高鎂磷礦礦漿含水率研究

汪志濤 李茜 孫晶

摘要：普通過(guò)磷酸鈣（簡(jiǎn)稱(chēng)磷肥）的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定一級(jí)品的水分小于l5%，但由于每種磷礦的成因、化學(xué)組成及物理性質(zhì)的不同，采用濕法工藝時(shí)，高鎂磷礦礦漿的流動(dòng)“起點(diǎn)水分”往往偏高，導(dǎo)致磷肥成品水分隨之超標(biāo)。為抑制和降低鎂雜質(zhì)對(duì)磷礦礦漿粘度的危害，針對(duì)中小磷肥廠的成本和技術(shù)現(xiàn)實(shí)需求，本文提出采用稀硫酸替代純水進(jìn)入磨漿工藝，從而達(dá)到降低礦漿含水率，以確保磷肥產(chǎn)品的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：磷肥廠；高鎂磷礦；礦漿；含水率；硫酸

中圖分類(lèi)號(hào)： TD932 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.14.038

1 主要試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用的主要設(shè)備有增力電動(dòng)攪拌器、電熱恒溫水浴鍋、酸度計(jì)、電熱恒溫干燥箱、萬(wàn)分之一電子天平、旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)、鄂式破碎機(jī)、臥式球磨機(jī)、箱式電阻爐、真空泵等。

2 酸性物質(zhì)的選取

降低磷肥礦漿堿性的方法有很多，最簡(jiǎn)單的就是投加HCl、HNO3、H2SO4、H2SiF6、H3PO4等無(wú)機(jī)酸，甲酸、乙酸、乳酸等有機(jī)酸等酸性液體。HCl、HNO3本身?yè)]發(fā)性強(qiáng)，不適合半封閉球磨機(jī)使用，容易造成酸霧彌漫，工作環(huán)境惡劣，首先排除；H3PO4成本較高，也不宜使用；H2SiF6作為濕法磷肥的副產(chǎn)物和廢棄物，從環(huán)保角度出發(fā)，有研究者做了H2SiF6回用于磨漿工藝試驗(yàn)，實(shí)際生產(chǎn)證明容易造成礦漿起泡，也不推薦使用，現(xiàn)有廢H2SiF6大都改作生產(chǎn)氟硅酸鈉；有機(jī)酸處理后的磷礦石不利于濕法磷酸后續(xù)生產(chǎn)，且有機(jī)酸價(jià)格昂貴，造成水污染，因此也不宜大規(guī)模使用。

使用H2SO4較為適合，原因：一是H2SO4是濕法磷肥生產(chǎn)工藝中的必備原料，不存在另購(gòu)原料的負(fù)擔(dān)；二是H2SO4成本很低，不會(huì)增加生產(chǎn)成本；三是不存在引入其他雜質(zhì)或元素，干擾后續(xù)工序。

3 最適礦漿含水率的選取

綜合考慮濕法磷肥工藝水分平衡計(jì)算和現(xiàn)有工藝不做大調(diào)整的兩種因素，礦漿含水率為27%基本能保證熟肥的含水率達(dá)標(biāo)。礦漿含水率高于27%，熟肥含水率較高；如果礦漿含水率降到27%以下，會(huì)導(dǎo)致在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，礦漿含水率過(guò)低，進(jìn)入化成室加入濃硫酸后，水分因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)劇烈放熱揮發(fā)加速，導(dǎo)致鮮肥固化速度過(guò)快，在化成室攪拌槳上方和下料口處結(jié)塊， 影響下料和化成皮帶輸送。如要將礦漿含水率降低到27%以下，解決結(jié)塊問(wèn)題的措施：增加攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速；增加攪拌器的葉片數(shù)目，從二級(jí)增加至三級(jí)；減少料漿在化成室停留時(shí)間，加快化成皮帶速度，這就需要多次試驗(yàn)解決，增加了工藝的變動(dòng)成本，所以選擇27%含水率較為適宜。

4 H2SO4濃度和礦漿粘度的關(guān)系試驗(yàn)

高濃度H2SO4作為強(qiáng)酸，不宜直接加入尚未徹底磨碎的礦漿，會(huì)導(dǎo)致H2SO4與磷礦石產(chǎn)生劇烈反應(yīng)，生成大量不溶性CaSO4覆蓋在磷礦石表面，阻礙后續(xù)化成工序，所以必須采用低濃度H2SO4，減少H2SO4與磷礦石的反應(yīng)程度。

根據(jù)文獻(xiàn)資料和礦漿pH值，有資料提及可以用3%～5%稀H2SO4降低磷礦礦漿含水率。為增加數(shù)據(jù)有效性和對(duì)比度，作者選取0.5%、1%、3%、5%濃度稀H2SO4進(jìn)行試驗(yàn)較為恰當(dāng)。在保證礦漿含水率在27%的基準(zhǔn)上，選取四種濃度的稀H2SO4與磷礦礦粉進(jìn)行混合，用攪拌機(jī)攪勻后，模擬進(jìn)入球磨機(jī)狀態(tài)，進(jìn)行各參數(shù)測(cè)定。

4.1 H2SO4濃度和pH值對(duì)應(yīng)關(guān)系

0.5%、1%、3%、5%四種濃度稀H2SO4，pH值分別為2.54、2.19、1.88、1.65，H2SO4為強(qiáng)酸，H2SO4濃度和pH值基本成線性關(guān)系，考慮稀H2SO4的pH值過(guò)低，代替純水進(jìn)入球磨機(jī)后，需要對(duì)球磨機(jī)等后續(xù)設(shè)備進(jìn)行防酸腐蝕處理。

4.2 H2SO4濃度和投加后礦漿粘度對(duì)應(yīng)關(guān)系

折線為H2SO4濃度和投加后礦漿粘度相關(guān)曲線，曲線為多項(xiàng)式回歸分析曲線，在1%濃度稀H2SO4的27%礦漿含水率下2040mpa.s粘度和之前測(cè)得用純水的30%礦漿含水率下1840mpa.s比較接近，1%濃度的稀H2SO4降粘度效果較好，27%含作為水分起點(diǎn)是比較合適的。

使用3%～5%的稀H2SO4和礦粉過(guò)于劇烈反應(yīng)，放熱升溫明顯，氣泡較多，導(dǎo)致水分迅速散失，進(jìn)而致使礦漿變稠，粘度反而迅速上升，不符合生產(chǎn)要求；0.5%～1%的稀H2SO4和礦粉反應(yīng)輕微，氣泡和放熱不明顯，粘度較低。

4.3 H2SO4濃度和投加后礦漿pH對(duì)應(yīng)關(guān)系

0.5%、1%、3%、5%四種濃度稀H2SO4與礦粉混勻后，靜置5分鐘后，測(cè)得投加后礦漿pH值分別為6.35、6.16、4.72、4.56。

當(dāng)pH值較小時(shí)，溶液酸性較強(qiáng)，由于對(duì)于單位反應(yīng)比表面積而言，鎂元素由于含量比磷本身就低，磷礦中磷灰石與含鎂白云石同時(shí)與H2SO4反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)于劇烈，礦漿pH偏酸性較強(qiáng)，大量礦物質(zhì)持續(xù)溶解進(jìn)入，加之水分因反應(yīng)放熱而揮發(fā)，導(dǎo)致粘度反而升高。當(dāng)pH值較高時(shí)，溶液的酸性降低，由于礦漿中氫氧化物參加反應(yīng)，H2SO4中H+離子的中和度下降，因此磷礦與H2SO4反應(yīng)的速率很慢，礦漿pH呈微酸性，抑制Mg（OH）2等膠體的生成，導(dǎo)致粘度下降。當(dāng)pH值過(guò)高時(shí)，H+濃度過(guò)低，只能少量抑制Mg（OH）2膠體的生成，導(dǎo)致粘度下降不多。

投加1%稀H2SO4的礦漿從球磨機(jī)磨漿完畢后，pH值為6.16，呈微酸性，需要對(duì)后續(xù)管道設(shè)備進(jìn)行防酸腐蝕處理。

5 結(jié)論

當(dāng)維持礦漿含水率為27%時(shí)，用1%濃度的稀H2SO4替代純水磨漿，其粘度降低66.7%。在2000mpa.s左右相同粘度下， 用1%濃度的稀H2SO4替代純水磨漿，礦漿減水率為11.1%。投加稀H2SO4可以降低高鎂磷礦礦漿含水率，初步解決磷肥生產(chǎn)水平衡問(wèn)題。但要注意濃H2SO4和純水混合槽、球磨機(jī)內(nèi)襯、研磨鋼球、礦漿到化成室段的管道要進(jìn)行防腐蝕處理。

參考文獻(xiàn)

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[2] 張雪杰，等.高鎂磷礦化學(xué)脫鎂過(guò)程的工藝研究[J].化工礦物與加工，2010（02）：1-3.

作者簡(jiǎn)介：汪志濤，碩士，襄陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，研究方向：環(huán)保節(jié)水、廢物再利用研究。