鹽酸法飼料級(jí)磷酸氫鈣生產(chǎn)技術(shù)改造

黃 平

（金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，山東 臨沂 276700）

在離子膜燒堿、電石法PVC（聚氯乙烯）、曼海姆法硫酸鉀等工廠中，有大量的副產(chǎn)鹽酸產(chǎn)生。使用曼海姆法每生產(chǎn)硫酸鉀1 t，就會(huì)副產(chǎn)w（HCl）31%的鹽酸約1.25 t?；厥绽酶碑a(chǎn)鹽酸生產(chǎn)飼料級(jí)磷酸氫鈣，不但可以消耗副產(chǎn)鹽酸，而且對(duì)磷礦質(zhì)量要求不高［1］。

1 鹽酸法飼料級(jí)磷酸氫鈣生產(chǎn)工藝

各鹽酸法飼料級(jí)磷酸氫鈣生產(chǎn)工藝，因原料規(guī)格、酸解中和過(guò)程、副產(chǎn)品、磷收率、生產(chǎn)工藝是否連續(xù)等不同而各有特點(diǎn)。郭玉川［1］介紹了一種以高品位磷礦（w（P2O5）34%）、氨化合物、副產(chǎn)鹽酸等為原料生產(chǎn)飼料級(jí)磷酸氫鈣并副產(chǎn)氯化銨、白肥（肥料級(jí)磷酸氫鈣）的生產(chǎn)工藝，該工藝工序短，白肥中雜質(zhì)含量高。張亞雄等［2］介紹了一種以高品位磷礦（w（P2O5）33%）、副產(chǎn)鹽酸、硫酸鈉等為原料生產(chǎn)飼料級(jí)磷酸氫鈣并副產(chǎn)白肥、氟硅酸鈉的生產(chǎn)工藝，該工藝磷礦酸解后，直接使用石灰乳中和脫氟，白肥中雜質(zhì)含量高，一二段中和料漿都需要在增稠器內(nèi)沉降，生產(chǎn)連續(xù)性容易受到影響。吳國(guó)迎［3］介紹了一種以磷礦（w（P2O5）26%）、副產(chǎn)鹽酸為原料二級(jí)萃取生產(chǎn)飼料級(jí)磷酸氫鈣的工藝，該工藝生產(chǎn)過(guò)程中大量P2O5進(jìn)入氟渣，飼料級(jí)磷酸氫鈣的P2O5收率低。張開仕等［4］介紹了一種以高品位磷礦（w（P2O5）30%）、氯化鈉等為原料生產(chǎn)飼料級(jí)磷酸氫鈣的工藝，該工藝不副產(chǎn)白肥，脫氟渣很難回用，進(jìn)入氟渣的P2O5損失大。郭玉川［5］介紹了一種以磷礦、副產(chǎn)鹽酸為原料生產(chǎn)飼料級(jí)磷酸氫鈣聯(lián)產(chǎn)碳酸鈣和氯化銨的工藝，生產(chǎn)過(guò)程中酸渣和脫氟渣一起過(guò)濾去除，濾渣可作為肥料出售，但因養(yǎng)分含量低，售價(jià)不高。王維建等［6］介紹了一種使用高品位磷礦（w（P2O5）30%）、副產(chǎn)鹽酸為原料生產(chǎn)飼料級(jí)磷酸氫鈣工藝，生產(chǎn)中磷酸萃取后須靜置沉降后再過(guò)濾，生產(chǎn)過(guò)程不連續(xù)。張昌清［7］介紹了一種使用磷礦粉與副產(chǎn)鹽酸生產(chǎn)飼料級(jí)磷酸氫鈣的工藝，該工藝副產(chǎn)白肥，生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量含鈣廢水需處理后排放。

筆者參與建設(shè)的某工廠以磷礦（w（P2O5）27%、w（F）4.4%）、副產(chǎn)鹽酸（w（HCl）31%）、碳酸鈣、石灰乳為原料生產(chǎn)飼料級(jí)磷酸氫鈣，副產(chǎn)白肥和鈣水。生產(chǎn)過(guò)程如下：磷礦加水制成礦漿，然后將礦漿和鹽酸分別加入酸解槽；向酸解液中加入絮凝劑后過(guò)濾，濾液進(jìn)入一段中和槽，加入碳酸鈣和石灰乳脫氟；一段中和料漿經(jīng)沉降后過(guò)濾，濾餅為副產(chǎn)白肥，干燥后進(jìn)入下游裝置作為生產(chǎn)原料；一段沉降槽溢流清液和一段中和濾液進(jìn)入二段中和槽，加入石灰乳中和以后進(jìn)入二段沉降槽，二段沉降槽底部料漿經(jīng)過(guò)濾后得到濾餅，濾餅干燥后即為飼料級(jí)磷酸氫鈣產(chǎn)品。二段沉降槽溢流液和二段中和濾液調(diào)節(jié)pH 后進(jìn)入下游裝置生產(chǎn)氯化鈣產(chǎn)品。工藝流程見圖1。

圖1 飼料級(jí)磷酸氫鈣生產(chǎn)工藝流程

該工藝酸解液經(jīng)過(guò)濾除渣，中和后所得白肥質(zhì)量好；鈣水用于生產(chǎn)氯化鈣，總磷回收率高，原料中的磷和氯資源都進(jìn)入最終產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用；飼料級(jí)磷酸氫鈣生產(chǎn)過(guò)程中各工序操作均連續(xù)進(jìn)行、無(wú)停頓等待時(shí)間。該廠在設(shè)計(jì)和投產(chǎn)初期，遇到了一些問(wèn)題，筆者對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了分析，并對(duì)最終解決辦法進(jìn)行了總結(jié)。

2 出現(xiàn)的問(wèn)題分析

2.1 礦漿輸送泵選型問(wèn)題

該飼料級(jí)磷酸氫鈣工廠為某聯(lián)合化工廠的分廠，設(shè)計(jì)中全廠統(tǒng)一對(duì)磷礦制漿后打入各分廠。飼料級(jí)磷酸氫鈣裝置設(shè)計(jì)時(shí)，礦漿輸送泵的選型就立式泵和臥式泵兩種形式進(jìn)行了反復(fù)研究。

在相同設(shè)計(jì)能力下，臥式泵泵體小，投資??；立式泵泵體大，投資大。如果采用臥式泵，存在兩個(gè)問(wèn)題：（1）停泵后，泵吸入管內(nèi)的固相容易沉積或者在管壁結(jié)垢，導(dǎo)致管道有效流通截面積減小，甚至堵塞。（2）泵密封形式選擇有困難。如果采用機(jī)械密封，礦漿中的固體細(xì)粉容易進(jìn)入機(jī)械密封面，加速密封面磨損，降低密封使用壽命；如果采用填料密封，密封水容易進(jìn)入泵體內(nèi)，降低礦漿濃度，影響生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡。如果采用立式泵，則停泵后礦漿可以回流到礦漿槽，不會(huì)在吸入管內(nèi)沉積或結(jié)垢；立式礦漿泵沒有機(jī)械密封或者填料密封，不存在因密封帶來(lái)的問(wèn)題。

因此，工廠設(shè)計(jì)選用了立式礦漿泵。實(shí)際運(yùn)行中該泵基本沒有出現(xiàn)機(jī)械故障，運(yùn)行率非常高，證明選型是正確的。

2.2 礦漿輸送管道問(wèn)題

工廠投入運(yùn)行以后，由于使用的磷礦中黏土等含量高，磨礦后w（H2O）31%的礦漿呈現(xiàn)半流淌狀態(tài)，需要增加水含量才能泵送。礦漿w（H2O）提升至45%后能夠被送至酸解槽，但仍存在流量不足、流量衰減、停泵重啟后流量小等問(wèn)題。主要原因在于礦漿水含量增加以后，滿負(fù)荷生產(chǎn)需要的礦漿流量增加27%，很可能導(dǎo)致泵輸送能力不足；而且設(shè)計(jì)中礦漿輸送管線橫平豎直布置、彎頭多、距離長(zhǎng)，礦漿中固相容易沉降結(jié)垢，從而降低管線流通截面積。

2.3 酸渣過(guò)濾問(wèn)題

工廠設(shè)計(jì)中酸解液采用帶式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾。投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)酸渣過(guò)濾存在嚴(yán)重問(wèn)題：（1）在取消濾餅洗滌的情況下，酸渣仍然無(wú)法形成濾餅，掉入轉(zhuǎn)運(yùn)車后形成流淌的稀泥；（2）采取降低過(guò)濾機(jī)過(guò)濾負(fù)荷、從外界加入磷石膏助濾、向酸解液加入絮凝劑等措施后，過(guò)濾效果仍無(wú)明顯改善。

磷礦中含有鐵、鋁、氟、硅酸鹽等雜質(zhì)，使酸解液中存在大量膠體微粒，由于其布朗運(yùn)動(dòng)和雙電層結(jié)構(gòu)，使整個(gè)酸解液成為一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的溶膠體系而不易過(guò)濾［8］，這在客觀上決定了酸渣過(guò)濾比較困難。工廠實(shí)際生產(chǎn)中礦漿水含量相對(duì)于設(shè)計(jì)值增加很多，這使得過(guò)濾機(jī)需要過(guò)濾更多濾液，增大了過(guò)濾負(fù)荷。

2.4 一段中和脫氟問(wèn)題

該廠原設(shè)計(jì)采用碳酸鈣脫氟，一段中和料漿pH終點(diǎn)控制在0.7～1.3。投產(chǎn)初期，一段中和料漿經(jīng)沉降進(jìn)入帶式過(guò)濾機(jī)后，過(guò)濾效果很差，濾餅水含量高、不松軟，嚴(yán)重影響白肥后續(xù)干燥。

濾餅的這種“軟泥”特性說(shuō)明白肥結(jié)晶效果差，且很可能含有部分未反應(yīng)的碳酸鈣。使用碳酸鈣脫氟時(shí)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，磷酸濃度降低，酸性減弱，碳酸鈣與磷酸反應(yīng)速度減慢［7］，且碳酸鈣加入量和停留時(shí)間較難控制，容易殘留較多未反應(yīng)的碳酸鈣。為了解決這一問(wèn)題，可以考慮在磷酸濃度較高時(shí)采用碳酸鈣脫氟，在磷酸濃度逐漸下降以后，用石灰乳控制脫氟終點(diǎn)pH。石灰乳與磷酸反應(yīng)迅速，pH 調(diào)節(jié)速度快，且石灰乳濃度低，加料量易控制，不易過(guò)量。

2.5 白肥干燥

設(shè)計(jì)上，白肥濾餅用熱風(fēng)干燥后進(jìn)入下游磷肥車間作為原料，對(duì)白肥干燥的目的是便于輸送和計(jì)量。干白肥進(jìn)入下游磷肥車間后，由于水含量低，常漂浮在料漿表面，影響白肥與磷酸反應(yīng)效果。

3 問(wèn)題解決措施及效果

3.1 改進(jìn)礦漿輸送管道

對(duì)于礦漿輸送問(wèn)題，改造中制定了更換礦漿泵、設(shè)置礦漿中間槽接力輸送、改造礦漿管線等方案。最終采取了更換礦漿管道、減少管道彎頭和閥門數(shù)量、傾斜布置管道、停泵后用少量水反沖洗礦漿管線等成本最低的措施，成功解決礦漿輸送流量不足等問(wèn)題。表1是礦漿管線改造前后對(duì)比。

表1 改造前后礦漿管線配置

3.2 更換酸渣過(guò)濾機(jī)

要改善酸渣過(guò)濾效果和能力，可增加過(guò)濾機(jī)數(shù)量或者更換面積更大的過(guò)濾機(jī)，但因現(xiàn)場(chǎng)安裝位置有限，這兩種方式都很難實(shí)現(xiàn)。實(shí)際改造中采取了將現(xiàn)有帶式過(guò)濾機(jī)拆除，更換為板框壓濾機(jī)的方案，此后過(guò)濾出來(lái)的濾餅非常干燥，磷損失率也控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，酸渣過(guò)濾實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。

更換為板框機(jī)械壓濾的方式對(duì)改善酸渣過(guò)濾效果非常明顯，濾渣w（H2O）、w（P2O5）分別由68.3%、9.86%下降至37.6%、1.46%。

3.3 一段中和分段加入不同的脫氟劑

改造過(guò)程中，向一段中和A、B兩反應(yīng)槽中按設(shè)計(jì)加入總量略低于理論量的碳酸鈣，取消向一段中和C反應(yīng)槽加入碳酸鈣，改為向C槽加入達(dá)到pH控制終點(diǎn)所需石灰乳。脫氟工藝調(diào)整后，過(guò)濾得到的白肥濾餅為松軟且流動(dòng)性好的晶體，水含量也大大降低。

3.4 白肥晾曬干燥

該工廠坐落于戈壁灘上，氣候干燥、日照充足。實(shí)際生產(chǎn)中取消了熱風(fēng)干燥白肥環(huán)節(jié)，而是將白肥運(yùn)送至堆場(chǎng)晾曬至流動(dòng)性較好時(shí)用鏟車送入下游車間。調(diào)整后白肥濾餅w（H2O）由38.5%下降至10%～15%，解決了應(yīng)用中的漂浮問(wèn)題，并且每小時(shí)節(jié)省柴油103.4 kg，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

（1）采用立式泵輸送礦漿，并且改變管道材質(zhì)、減少?gòu)濐^和閥門數(shù)量以降低礦漿輸送阻力，傾斜布置管道、對(duì)礦漿管線反沖洗以減少礦漿內(nèi)固相在管道內(nèi)沉積，較好地解決了礦漿輸送問(wèn)題。

（2）板框壓濾機(jī)替代帶式過(guò)濾機(jī)可改善酸渣過(guò)濾效果、減少磷損失。

（3）一段中和使用碳酸鈣和石灰乳搭配脫氟，更有利于控制脫氟終點(diǎn)pH，改善白肥過(guò)濾效果。

（4）用堆場(chǎng)晾曬的方式代替熱風(fēng)干燥白肥，不僅解決了白肥應(yīng)用中出現(xiàn)的漂浮問(wèn)題，而且節(jié)省能源，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。