濃磷酸含固沉降技術(shù)改造與運(yùn)行實(shí)踐

張 誠，李 偉，鄧天勇，羅忠梅

(貴州開磷集團(tuán)礦肥有限責(zé)任公司，貴州貴陽550302)

濃磷酸含固沉降技術(shù)改造與運(yùn)行實(shí)踐

張 誠，李 偉，鄧天勇，羅忠梅

(貴州開磷集團(tuán)礦肥有限責(zé)任公司，貴州貴陽550302)

開磷礦肥二水法濕法磷酸生產(chǎn)中采用不經(jīng)選礦的磷礦石原料，由于礦石中鎂含量高，導(dǎo)致濃磷酸含固沉降困難，影響后續(xù)磷酸二銨生產(chǎn)。通過試驗(yàn)研究，確定濃磷酸中加入絮凝劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%、絮凝劑添加量為0.1%，混合攪拌時間20 s至10 min。技術(shù)改造增設(shè)1個帶雙層漿葉的混合攪拌槽，濃磷酸澄清槽兩側(cè)出酸。技術(shù)改造后澄酸效率大大提高，澄酸時間縮短了約20 h，澄酸率提高了15%，磷酸二銨產(chǎn)量提高。

濃磷酸 含固沉降 試驗(yàn)研究 技術(shù)改造 運(yùn)行實(shí)踐

因磷礦石品種不同，磷酸裝置生產(chǎn)的磷酸品質(zhì)存在差異。貴州開磷集團(tuán)礦肥有限責(zé)任公司(以下簡稱開磷礦肥)磷酸裝置采用二水法濕法磷酸工藝，所用磷礦石是國內(nèi)唯一不經(jīng)選礦就直接用于高濃度磷肥生產(chǎn)的原料。進(jìn)入磷酸系統(tǒng)的磷礦石粉平均w(P2O5)約為32%，伴隨的雜質(zhì)較多，其中w(MgO)約為2.5%；生產(chǎn)中磷礦石被硫酸分解，生成的鎂鹽因其溶解度較大而全部進(jìn)入磷酸中，在濃磷酸中鎂鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)5%左右，造成濃磷酸黏度增大，不利于濃磷酸的含固沉降[1-2]。當(dāng)磷礦石中的氧化鎂含量偏高時，濃磷酸含固沉降更困難，直接影響后續(xù)磷酸二銨的生產(chǎn)。濃磷酸含固沉降技術(shù)改造的目的要在現(xiàn)有濃磷酸沉降設(shè)施基礎(chǔ)上，通過技術(shù)改造，提高濃磷酸澄清速度，縮短濃磷酸澄清時間，提高濃磷酸澄酸率，滿足磷酸二銨生產(chǎn)的需要。

1 現(xiàn)有濃磷酸澄清設(shè)施及現(xiàn)狀分析

1.1 現(xiàn)有濃磷酸澄清設(shè)施

磷酸濃縮裝置生產(chǎn)出來的濃磷酸通過泵輸送到濃磷酸罐區(qū)陳化槽，經(jīng)攪拌降溫后經(jīng)泵打到濃磷酸澄清槽的承插管口，與調(diào)配好的絮凝劑混合，經(jīng)承插管垂直進(jìn)入澄清槽下部，承插管出酸管口距離槽底2.3 m，罐滿(一般保持10 m高的酸位)后停止進(jìn)酸，濃磷酸進(jìn)入含固沉降階段。沉降一段時間后，經(jīng)分析澄清槽上層濃磷酸含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.5%以下即可移出，供磷酸二銨生產(chǎn)使用，槽底定期排渣。原澄清槽含固沉降設(shè)計(jì)工藝流程見圖1。

圖1 原澄清槽含固沉降設(shè)計(jì)工藝流程

1.2 濃磷酸澄清設(shè)施現(xiàn)狀分析

1)磷酸濃縮裝置生產(chǎn)的濃磷酸在陳化槽內(nèi)攪拌降溫的目的是析出晶體，減少濃磷酸在澄清槽內(nèi)晶體析出量，提高濃磷酸澄清速度，但濃磷酸罐區(qū)空間和澄酸時間被占用。

2)澄清槽剛進(jìn)滿濃磷酸時，若上層濃磷酸含固量大于進(jìn)酸(磷酸濃縮產(chǎn)酸)含固量，說明濃磷酸進(jìn)澄清槽時，在進(jìn)酸沖擊作用下，隨著濃磷酸液位上升，可能將澄清槽下部含固較高的濃磷酸帶到澄清槽上部。

3)濃磷酸在澄清槽內(nèi)澄清一段時間后會出現(xiàn)濃磷酸分層現(xiàn)象，即在澄清槽上層酸中一層清酸、一層渾酸交替呈現(xiàn)，說明濃磷酸在承插管口與絮凝劑可能存在混合不均勻或者絮凝劑濃度、加入量不足所造成。

2 濃磷酸澄清試驗(yàn)

為證實(shí)上述現(xiàn)象，開磷礦肥進(jìn)行試驗(yàn)研究，為濃磷酸的含固沉降技術(shù)改造提供理論依據(jù)。

2.1 絮凝劑添加試驗(yàn)

取4個燒杯各加入濃磷酸1 L，再將燒杯分成2組，每組2個燒杯；每組分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%，1.0%的絮凝劑溶液(現(xiàn)場配制)，攪拌20 s后，靜置觀察各燒杯中濃酸澄清的清酸量，不同配比濃度和添加量對濃磷酸澄清的效果見表1。

表1 不同配比濃度和添加量對濃磷酸澄清的效果

該試驗(yàn)?zāi)康氖沁x擇合適的澄清劑配比濃度和添加量，以達(dá)到最佳的濃磷酸澄清效果。試驗(yàn)結(jié)果表明：短時間內(nèi)添加3 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%絮凝劑后溶液的澄酸效果更好，但靜置1 h或更長時間后，2種絮凝劑添加方式對澄酸效果相差并不大。從經(jīng)濟(jì)上考慮，選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%絮凝劑、添加量(絮凝劑與濃磷酸體積比)為0.1%的更為合理。

2.2 絮凝劑配比濃度及用量對比試驗(yàn)

在4個燒杯中分別加入1 L濃磷酸，將4個燒杯分成2組，每組2個燒杯；一組添加1 mL現(xiàn)場生產(chǎn)使用絮凝劑槽內(nèi)取的絮凝劑溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%)，另一組加入1 mL試驗(yàn)配制的絮凝劑溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%)，再分別攪拌20 s，之后靜置觀察各個燒杯清酸量的變化，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 澄清劑配比準(zhǔn)確性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

該試驗(yàn)主要是對現(xiàn)場生產(chǎn)使用配制的絮凝劑溶液與試驗(yàn)配制的絮凝劑溶液的澄清效果進(jìn)行對比。試驗(yàn)結(jié)果表明：澄清效果基本相同，說明現(xiàn)場生產(chǎn)配制的絮凝劑溶液準(zhǔn)確性較高，能夠達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)生產(chǎn)及試驗(yàn)均可使用現(xiàn)場生產(chǎn)配制的絮凝劑溶液。

2.3 絮凝劑添加后攪拌時間對比試驗(yàn)

在6個燒杯中分別加入1 L濃磷酸，將其分為3組，每組2個燒杯；每組均添加1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%的絮凝劑。第一組加入絮凝劑后攪拌20 s，第二組攪拌10 min，第三組攪拌20 min。另外再用1個燒杯加入1 L濃磷酸，添加澄清劑后不攪拌，然后靜置觀察澄清情況，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

該試驗(yàn)主要觀察添加絮凝劑后攪拌時間的長短對澄清效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①添加絮凝劑后，一定要通過攪拌，絮凝劑才能盡快發(fā)揮作用， 否則會出現(xiàn)澄清分層現(xiàn)象；②攪拌20 s、10 min及20 min后，只要靜置時間充足，澄清效果相差不大。為了延長濃磷酸澄清時間，將絮凝劑與濃磷酸的混合攪拌時間考慮在20 s以上10 min以內(nèi)較為合理。

表3 攪拌時間對澄清效果的影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.4 濃磷酸在不同溫度下的澄清試驗(yàn)

取5個廣口試劑瓶，各加入1 L濃磷酸，每組均添加1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%的絮凝劑。分別恒溫在75～80 ℃、70～75 ℃、65～70 ℃、60～65 ℃及55～60 ℃時，添加絮凝劑并攪拌20 s后靜置，觀察其澄清效果，各溫度階段下濃酸的澄清效果試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4，各溫度階段下澄清的清酸酸濃和含固分析數(shù)據(jù)見表5。

表4 各溫度階段下濃酸的澄清效果

表5 各溫度階段下澄清的清酸酸濃和含固分析數(shù)據(jù)

該試驗(yàn)主要目的為觀察在各恒溫階段下，對濃磷酸澄酸及含固的影響。試驗(yàn)表明：溫度越高，對濃磷酸的澄酸效果越好，在實(shí)際生產(chǎn)中可以不經(jīng)過降溫，直接加入絮凝劑混合后進(jìn)入濃磷酸澄清槽進(jìn)行澄清。表5數(shù)據(jù)說明：各恒溫試驗(yàn)所澄清的清酸，其含固、酸濃相差不大，對磷酸二銨生產(chǎn)不會造成影響。

2.5 濃磷酸進(jìn)酸方式對比試驗(yàn)

取2個廣口試劑瓶，分別加入1 L濃磷酸，在加入絮凝劑并攪拌20 s后靜置1 h。

第一個試驗(yàn)是模仿濃磷酸槽承插管(垂直出口)，用1個漏斗插入其中1個廣口試劑瓶下部一定距離，緩慢將濃磷酸注入漏斗中，可以明顯看得見，經(jīng)漏斗管流入廣口試劑瓶下部的磷酸具有一定的沖擊力，將廣口試劑瓶下部已經(jīng)沉降下來的固體，隨液位上升，又帶到試劑瓶的上部，是造成上部濃磷酸含固比進(jìn)酸含固偏高的原因。

第二個試驗(yàn)是將漏斗往上提一定高度，并把漏斗管下口封閉，改為兩側(cè)出酸。緩慢將濃磷酸注入漏斗中，可以明顯看得見，經(jīng)漏斗管流入廣口試劑瓶下部的磷酸不再沖擊試劑瓶下部含固較高的濃磷酸，而是兩側(cè)出酸后往上移動，降低了上部空間中磷酸的含固量。

3 濃磷酸含固沉降技術(shù)改造

根據(jù)絮凝劑配比濃度、加入量的對比試驗(yàn)，確定濃磷酸中加入絮凝劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%，添加量(絮凝劑與濃磷酸體積比)為0.1%。增設(shè)1個帶雙層漿葉的混合攪拌槽，容積為12 m3，底部加設(shè)1根倒通管防堵塞，將濃磷酸澄清槽承插管(進(jìn)酸管)出酸管口距離槽底的高度調(diào)整為3.3 m，并將出酸管口下口封閉，改為兩側(cè)出酸。技術(shù)改造后澄清槽含固沉降設(shè)計(jì)工藝流程見圖2。

磷酸的停留時間為5 min左右。磷酸濃縮裝置生產(chǎn)的濃磷酸直接進(jìn)入混合攪拌槽，與絮凝劑在槽內(nèi)充分?jǐn)嚢杌旌虾螅缌鬟M(jìn)入承插管，并引流到濃磷酸澄清槽下部。其目的是確保濃磷酸在高溫下與絮凝劑攪拌混合均勻后，進(jìn)入濃磷酸澄清槽能夠達(dá)到最佳澄清效果。

圖2 技術(shù)改造后澄清槽含固沉降設(shè)計(jì)工藝流程

4 技術(shù)改造后運(yùn)行效果

通過增設(shè)混合攪拌槽，使?jié)饬姿崤c絮凝劑得到了充分?jǐn)嚢杌旌?，發(fā)揮了絮凝劑的作用，避免了澄清槽內(nèi)渾酸與清酸的分層現(xiàn)象。同時節(jié)約了陳化槽的存酸空間，贏得了濃磷酸的澄清時間。濃磷酸澄清槽承插管的改造，大大減輕因進(jìn)酸造成的沖擊力，避免了槽底含固沉降物被再次沖擊形成的二次沉降，縮短了濃磷酸的澄清時間。

2014年8月完成技術(shù)改造后的綜合效果明顯，澄酸效率大大提高，澄酸時間縮短了20 h左右，澄酸率提高了15%，前后系統(tǒng)裝置生產(chǎn)更加平衡，磷酸二銨產(chǎn)量提高，經(jīng)濟(jì)效益大為提高。

5 結(jié)語

對于未經(jīng)選礦直接使用的磷礦石，由于礦石中鎂含量較高，濃磷酸的黏度較大，不利于濃磷酸的含固沉降；但高鎂磷肥中的鎂元素被農(nóng)作物吸收后對人身防心血管病大有好處。生產(chǎn)中通過試驗(yàn)研究，縮短了澄酸時間，提高了澄酸效率，生產(chǎn)出的磷酸二銨產(chǎn)品質(zhì)量均佳，產(chǎn)品檢測不出鎘、汞等重金屬。

[1] 劉代俊,鐘本和,張?jiān)氏?等.磷酸中鐵鋁鎂雜質(zhì)對開陽磷礦分解速率的影響[J]. 四川大學(xué)學(xué)報(bào)：工程科學(xué)版, 2001,33(3): 41-45.

[2] 鐘進(jìn).陶瓷過濾機(jī)在濕法磷酸生產(chǎn)上的應(yīng)用[J]. 磷肥與復(fù)肥, 2011,26(5):43-44.

Reformation and operation practice of solid deposition technology of concentrated phosphoric acid

ZHANGCheng,LIWei,DENGTianyong,LUOZhongmei

(Guizhou Kailin Group Ore Fertilizer Co., Ltd., Guiyang, Guizhou, 550302, China )

Kailin Group Ore Fertilizer WPA production using without beneficiation of phosphate rock materials, the magnesium content in the ore is high, resulting in concentrated phosphoric acid containing solid settlement difficult, affect the subsequent production of DAP. Through the experimental study, we determined that the mass fraction of the flocculant added in the concentrated phosphoric acid was 0.25%, the flocculant dosage was 0.1%, and the mixing time was 20 s to 10 min. One mixing tanks with double blades were added and acid removal from both sides of concentrated phosphoric acid clarification tank in the technical innovation. The phosphoric acid clarification efficiency greatly improve of technological transformation, phosphoric acid clarification time is shortened by about 20 h, phosphoric acid clarification rate increased by 15%, diammonium phosphate production increased.

concentrated phosphoric acid; solid deposition; experimental study; technical transformation; operation practice

2017-01-05。

張誠，男，貴州開磷集團(tuán)礦肥有限責(zé)任公司高級工程師，現(xiàn)從事技術(shù)管理工作。E-mail：tsp7714880@126.com。

TQ126.3+5

B

1002-1507(2017)03-0038-04