濕法磷酸凈化生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨的工藝技術(shù)現(xiàn)狀

陳 銘，婁倫武，卓知杰，陶小彬

(貴州鑫新實(shí)業(yè)控股集團(tuán)有限責(zé)任公司 貴州貴陽 550007)

工業(yè)用磷酸一銨被廣泛應(yīng)用于阻燃劑、滅火劑、紡織物的阻燃、造紙加工等行業(yè)的分散劑、防火涂料、木材產(chǎn)品的添加劑、搪瓷用釉劑，也可以用于印刷行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)以及飼料添加劑、高檔肥料中，在食品工業(yè)中還可作為酵母養(yǎng)料、面團(tuán)調(diào)節(jié)劑、膨松劑、營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑和發(fā)酵的助劑等。高聚合度的工業(yè)磷酸一銨也是很好的阻燃材料，不僅阻燃劑效果好，而且無毒性。因此，磷酸一銨的市場(chǎng)需求量將會(huì)越來越大。磷酸是生產(chǎn)磷酸一銨的原料之一，而磷酸生產(chǎn)主要有熱法和濕法2種工藝，其中熱法工藝是通過黃磷燃燒水化制取磷酸，而濕法工藝是用硫酸、鹽酸、硝酸等浸取磷礦來制取磷酸[1]。

為了實(shí)現(xiàn)資源的梯級(jí)利用和綜合利用、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，濕法磷酸采用脫氟及分段氨中和工藝，可分別獲得氟硅酸鈉、磷酸一銨溶液、磷酸一銨濾餅及磷酸銨鎂，磷酸一銨溶液經(jīng)濃縮結(jié)晶后得到高品質(zhì)全水溶性工業(yè)級(jí)磷酸一銨，磷酸一銨濾餅與重復(fù)結(jié)晶后的磷酸一銨母液調(diào)漿干燥后得到合格的農(nóng)用級(jí)磷酸一銨。

1 濕法磷酸生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨的工藝技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 濕法磷酸兩步法生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨

貴陽中化開磷化肥有限公司以濕法磷酸為原料，采用兩步法生產(chǎn)工藝制取工業(yè)級(jí)磷酸一銨，工藝流程如圖1所示。

圖1 兩步法生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨工藝流程

1.2 濕法磷酸凈化處理制備工業(yè)級(jí)磷酸一銨

1.3 濕法磷酸為原料生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨

湖北六國(guó)化工股份有限公司建成50 kt/a工業(yè)級(jí)磷酸一銨生產(chǎn)裝置1套，其主要生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

圖2 濕法磷酸為原料生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨主要生產(chǎn)工藝流程

稀磷酸(濕法磷酸)經(jīng)磷酸輸送泵送入氨化反應(yīng)槽，在氨化泵的強(qiáng)制循環(huán)作用下，與來自氨罐的氣氨進(jìn)行氨化反應(yīng)。反應(yīng)后的料漿經(jīng)沉降分離后，大部分雜質(zhì)經(jīng)泵送至調(diào)漿工序，最終送至肥料級(jí)磷酸一銨裝置。氨化反應(yīng)槽中的上清液經(jīng)氨化清液輸送泵送至壓濾機(jī)壓濾，壓濾分離后的清液用清液輸送泵送至濃縮工序進(jìn)行濃縮；壓濾后的濾餅和濾布洗水送至調(diào)漿工序，最終送至肥料級(jí)磷酸一銨裝置。送至濃縮工序的清液經(jīng)濃縮輸送泵送往二效閃蒸器，再通過二效輸送泵輸送至二效加熱器，與來自一效閃蒸器及氨化反應(yīng)器的二次蒸汽換熱，進(jìn)行閃蒸濃縮。二效濃縮后的料漿用料漿泵送往一效閃蒸器，再經(jīng)一效輸送泵送往一效加熱器，與來自0.5 MPa蒸汽管網(wǎng)的蒸汽換熱，進(jìn)行閃蒸濃縮。濃縮后的料漿經(jīng)結(jié)晶泵加壓后送至結(jié)晶工序，在結(jié)晶室中冷卻結(jié)晶，得到的晶漿由結(jié)晶罐底部排至結(jié)晶稠厚器，結(jié)晶稠厚器底部的晶漿用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，再經(jīng)皮帶輸送機(jī)輸送至干燥工序；結(jié)晶稠厚器上層清液與離心母液輸送至渣漿槽。結(jié)晶后的濕物料由皮帶輸送機(jī)送入緩沖漏斗中，再經(jīng)圓盤輸送機(jī)輸送至干燥機(jī)中用熱空氣進(jìn)行干燥，干燥后的晶體由皮帶輸送機(jī)送入包裝機(jī)包裝。干燥產(chǎn)生的尾氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器除塵后送至尾氣洗滌塔，洗滌達(dá)標(biāo)后排放。尾氣洗滌液經(jīng)泵送至洗滌塔循環(huán)洗滌，達(dá)到一定濃度后由泵送至氨化沉降槽[1]。

1.4 濕法磷酸氨中和直接凈化法生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨

濕法磷酸氨中和直接凈化法生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨工藝流程如圖3所示。

圖3 濕法磷酸氨中和直接凈化法生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨工藝流程

2 濕法磷酸生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨的特點(diǎn)

(2) 金正大云南中正公司以濕法磷酸為原料生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨，針對(duì)濕法磷酸雜質(zhì)含量高的實(shí)際情況，通過濕法磷酸陳化處理制得凈化磷酸，用碳酸鈉脫氟得到的副產(chǎn)品氟硅酸鈉經(jīng)水洗制得產(chǎn)品工業(yè)氟硅酸鈉。凈化磷酸再經(jīng)氨中和、濃縮、結(jié)晶、干燥等工序制得工業(yè)級(jí)磷酸一銨，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)磷酸二氫銨》(HG/T 4133—2010)中規(guī)定的Ⅱ類以上產(chǎn)品要求。該工藝制得的工業(yè)級(jí)磷酸一銨產(chǎn)品具有純度高、雜質(zhì)少的優(yōu)點(diǎn)，且生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣和廢液用于生產(chǎn)氮磷肥，實(shí)現(xiàn)了原料的充分利用[3]。

(3) 湖北六國(guó)化工股份有限公司50 kt/a工業(yè)級(jí)磷酸一銨生產(chǎn)裝置具有工藝流程簡(jiǎn)單、投資少的特點(diǎn)。該生產(chǎn)工藝通過氨化和澄清、分離、濃縮、結(jié)晶、干燥等工序制得工業(yè)級(jí)磷酸一銨，生產(chǎn)過程中分離的雜質(zhì)進(jìn)入料漿工序，最終送往肥料磷酸一銨生產(chǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)級(jí)磷酸一銨和肥料級(jí)磷酸一銨的一體化生產(chǎn)。

(4) 濕法磷酸氨中和直接凈化法生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨工藝通過濕法磷酸預(yù)凈化、氨中和、分離、濃縮、結(jié)晶、干燥等工序制得產(chǎn)品工業(yè)級(jí)磷酸一銨，P2O5回收率達(dá)到70%，產(chǎn)品工業(yè)級(jí)磷酸一銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)>99.5%，具有工藝流程短、投資少、經(jīng)濟(jì)效益較好等優(yōu)點(diǎn)，在許多企業(yè)中得到了工業(yè)化應(yīng)用，建成裝置的生產(chǎn)規(guī)模有10 kt/a、30 kt/a和50 kt/a[4]。

(5) 濕法磷酸制取工業(yè)級(jí)磷酸一銨經(jīng)濟(jì)效益顯著。相對(duì)于熱法磷酸生產(chǎn)工藝，濕法磷酸生產(chǎn)成本低廉，而且用濕法磷酸制取的產(chǎn)品質(zhì)量可以滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，用濕法磷酸取代熱法磷酸制取工業(yè)級(jí)磷酸一銨已成為今后的發(fā)展趨勢(shì)。

3 濕法磷酸生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨存在的問題

以濕法磷酸為原料生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨的生產(chǎn)工藝和流程大同小異，都是通過濕法磷酸凈化、氨中和、分離、濃縮、結(jié)晶、干燥等工序制得產(chǎn)品，生產(chǎn)過程中濾除的不溶物用于生產(chǎn)氮磷肥或農(nóng)業(yè)磷酸一銨產(chǎn)品，基本實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品多樣化和生產(chǎn)工藝的連續(xù)性，但濕法磷酸生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨過程中尚存在以下問題。

(2) 經(jīng)預(yù)凈化處理后，濕法磷酸中仍有部分Mg2+未脫除，在氨中和過程中會(huì)生成不溶性的磷酸銨鎂(MgNH4PO4·6H2O)。磷酸銨鎂相對(duì)于其他生成物更難以過濾分離，不僅嚴(yán)重影響生產(chǎn)操作，而且會(huì)結(jié)晶進(jìn)入產(chǎn)品中，是導(dǎo)致工業(yè)級(jí)磷酸一銨產(chǎn)品質(zhì)量不合格的原因之一。因此,在生產(chǎn)過程中必須控制好濕法磷酸中Mg2+含量，這對(duì)提高工業(yè)級(jí)磷酸一銨產(chǎn)品質(zhì)量有著重要意義。

4 結(jié)語

我國(guó)工業(yè)級(jí)磷酸一銨的生產(chǎn)基本上是以熱法磷酸為原料，存在能耗大、生產(chǎn)成本高等不足。隨著國(guó)家對(duì)資源綜合利用、節(jié)能環(huán)保的高度重視，結(jié)合濕法磷酸生產(chǎn)成本低于熱法磷酸、其生產(chǎn)的產(chǎn)品指標(biāo)能滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的實(shí)際情況，今后用濕法磷酸制取工業(yè)級(jí)磷酸一銨的量將會(huì)大大增加，這對(duì)提升傳統(tǒng)磷酸銨生產(chǎn)裝置的技術(shù)含量及產(chǎn)品附加值等有著重要意義[5]。