CN112194109B - 一种半水-二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法 - Google Patents

一种半水-二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及磷化工技术领域，尤其涉及一种半水‑二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法，具体包括以下步骤：利用陶瓷过滤机对磷矿浆进行脱水处理；向脱水处理后的磷矿浆中加入酸溶液进行预混合，得到第一料浆；向第一料浆中加入硫酸进行溶解，控制硫酸根的质量浓度为0.1‑0.5％，得到第二料浆；向第二料浆中加入硫酸进行结晶，控制硫酸根的质量浓度为1.8‑2.5％，得到第三料浆；对第三料浆进行真空冷却，之后过滤，收集得到半水石膏、第一过滤液和成品磷酸；向半水石膏中加入硫酸进行转化，控制硫酸根的质量浓度为7‑11％，得到第四料浆，对第四料浆进行过滤，收集得到二水石膏和第二过滤液。

Description

一种半水-二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法
技术领域
本发明涉及磷化工技术领域，尤其涉及一种半水-二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法。
背景技术
目前在我国磷化工行业中，湿法磷酸的生产方法主要是以磷矿和硫酸为主要原料的二水法湿法磷酸工艺路线，即通过硫酸与磷矿反应即磷矿的萃取后，再过滤、洗涤生产出五氧化二磷浓度为8-33％的湿法稀磷酸并副产以二水硫酸钙为主要成分的磷石膏。该工艺路线存在成本消耗高、产量低的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种降低生产成本消耗、提高产量的半水-二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法。
本发明提供一种半水-二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法，包括以下步骤：
S1，利用陶瓷过滤机对磷矿浆进行脱水处理；
S2，将脱水处理后的磷矿浆加入预混槽中与酸溶液进行预混合，得到第一料浆；
S3，将第一料浆加入溶解槽中，然后加入硫酸在93-98℃的条件下进行溶解，控制溶解槽中硫酸根的质量浓度为0.1-0.5％、氧化钙的质量浓度为1-2％，得到第二料浆；氧化钙过剩量较多，反应速率下降，影响磷矿分解率，伪分解磷矿增加，影响装置负荷；氧化钙过剩量小，即氧化钙过饱和度不够，会导致过快的反应速度，从而使得生成的晶核数目过多，晶体细小，严重时无法生成稳定的半水石膏；溶解槽中较低的硫酸根含量和合适的氧化钙含量有利于生成稳定的半水石膏结晶；
S4，将第二料浆加入结晶槽中，然后加入硫酸在95-98℃的条件下进行结晶，控制结晶槽中硫酸根的质量浓度为1.8-2.5％，得到第三料浆；结晶槽中硫酸根的含量较高，有利于进一步分解磷矿及消除过饱和度，在溶解槽中生成的晶体在在结晶槽中进一步成长，获得粗大、均匀、稳定且易于过滤及洗涤的半水物晶体；
S5，对第三料浆进行真空冷却，之后过滤，收集得到半水石膏、第一过滤液和成品磷酸；
S6，将半水石膏和硫酸加入转化槽在60-70℃的条件下进行转化，控制转化槽中硫酸根的质量浓度为7-11％，得到第四料浆，对第四料浆进行过滤，收集得到二水石膏和第二过滤液；60-70℃的低温度有利于半水石膏的转化，7-11％的硫酸根含量有利于提高磷的转化率。
进一步地，步骤S1中，使用的磷矿浆中，五氧化二磷的质量含量≥30％，氧化镁的质量含量≤0.8％，酸不溶物(不溶性SiO2和分散性泥质)的质量含量≤16％。
若磷矿浆中的P2O5品位低、杂质含量过高，不仅会消耗较多的硫酸，而且会导致石膏结晶不好、过滤性能差，影响生产的长周期运行，选择使用五氧化二磷的质量含量≥30％的磷矿浆一方面能够减少硫酸的消耗，一方面能够保证获得粗大、整齐、易于过滤的石膏晶体。
酸不溶物的主要成分是不溶性SiO2和分散性泥质，其在萃取过程中不参与反应(不会被硫酸分解)，混杂于料浆中会增大料浆黏度，降低晶核聚合速度，使石膏晶体细小，在过滤时极易堵塞滤布，影响过滤洗涤，最终导致磷收率下降，因此需要保证酸不溶物的质量含量≤16％。
进一步地，步骤S1中，对磷矿浆进行脱水处理至其含水率≤15％；采用含水率低的磷矿浆进行生产时，能够大大降低半水石膏和二水石膏的洗涤用水量。
进一步地，步骤S2中使用的酸溶液来源于第一过滤液和第二过滤液；第一过滤液中的五氧化二磷浓度较低，杂质含量高，因此可以作为返酸使用。
进一步地，步骤S5中，在11-13Kpa的压力条件下将第三料浆冷却至80-85℃；过滤的压力条件为40-50Kpa。
进一步地，步骤S5中，成品磷酸中五氧化二磷的质量浓度为38-45％。
上述方法中，半水反应的总的化学反应方程式为：
Ca5F(PO4)3+5H2SO4＝＝＝5CaSO4·1/2H2O+3H3PO4+HF↑；
二水转化过程的化学反应方程式为：
CaSO4·1/2H2O+3/2H2O＝＝＝CaSO4·2H2O
3/2H2O+CaHPO4·1/2H2O+H2SO4＝＝＝CaSO4·2H2O+H3PO4
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的方法首先对磷矿浆进行脱水处理，使其含水率降低，进而减少后续半水石膏和二水石膏的洗涤用水量；本发明提供的方法使用P2O5品位高的磷矿浆，有利于减少硫酸的消耗，保证获得粗大、整齐、易于过滤和洗涤的石膏晶体；本发明提供的方法严格控制溶解和结晶过程中的温度和硫酸根含量，使得生成的半水石膏晶体稳定、易于过滤，进而有利于磷酸溶液和固体石膏的分离。
附图说明
图1是本发明一种半水-二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种半水-二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法，包括以下步骤：
步骤S1，选用五氧化二磷的质量含量≥30％、氧化镁的质量含量≤0.8％、酸不溶物的质量含量≤16％的磷矿浆，利用陶瓷过滤机对磷矿浆进行脱水处理至其含水率≤15％；
步骤S2，将脱水处理后的磷矿浆加入预混槽中与酸溶液进行预混合，得到第一料浆；
步骤S3，将第一料浆加入溶解槽中，然后加入硫酸在93-98℃的条件下进行溶解，控制溶解槽中硫酸根的质量浓度为0.1-0.5％、氧化钙的质量浓度为1-2％，得到第二料浆；
S4，将第二料浆加入结晶槽中，然后加入硫酸在95-98℃的条件下进行结晶，控制结晶槽中硫酸根的质量浓度为1.8-2.5％，得到第三料浆；
S5，在11-13Kpa的压力条件下将第三料浆冷却至80-85℃，之后在40-50Kpa的条件下进行过滤，收集得到半水石膏、第一过滤液和五氧化二磷的质量浓度为38-45％的成品磷酸；过滤时先排出的滤液中杂质含量高，五氧化二磷的浓度比较低，记为第一过滤液，该第一过滤液可以作为返酸使用；
S6，将半水石膏和硫酸加入转化槽在60-70℃的条件下进行转化，控制转化槽中硫酸根的质量浓度为7-11％，得到第四料浆，对第四料浆进行过滤，收集得到二水石膏和第二过滤液。
下面结合实施例对本发明提供的方法进行详细说明。
实施例1：
实施例1中，硫酸的质量浓度为98.2％，比重为1.82；磷矿浆中五氧化二磷的质量含量为30％，氧化镁的质量含量为0.6％，酸不溶物的质量含量为15％。
利用陶瓷过滤机对磷矿浆进行脱水处理至其含水率≤15％；将脱水处理后的磷矿浆加入预混槽中与酸溶液(来源于第一过滤液和第二过滤液)进行预混合，得到第一料浆；将第一料浆加入溶解槽中，然后加入硫酸在95℃的条件下进行溶解，控制溶解槽中硫酸根的质量浓度为0.2％、氧化钙的质量浓度为1.5％，得到第二料浆；将第二料浆加入结晶槽中，然后加入硫酸在96℃的条件下进行结晶，控制结晶槽中硫酸根的质量浓度为2.0％，得到第三料浆；在12Kpa的压力条件下将第三料浆冷却至80℃，之后在40Kpa的条件下进行过滤，收集得到半水石膏、第一过滤液和五氧化二磷的质量浓度为42％的成品磷酸，第一过滤液可以作为返酸使用；将半水石膏和硫酸加入转化槽在65℃的条件下进行转化，控制转化槽中硫酸根的质量浓度为8％，得到第四料浆，对第四料浆进行过滤，收集得到二水石膏和第二过滤液。
上述生产过程中产生的含氟气体经过集中吸收处理制成氟硅酸溶液；产生的尾气利用循环冷却水洗涤，可凝性气体洗去后，不凝性气体由真空泵抽吸排入大气。
实施例2：
实施例2中，硫酸的质量浓度为98.2％，比重为1.82；磷矿浆中五氧化二磷的质量含量为32％，氧化镁的质量含量为0.6％，酸不溶物的质量含量为15％。
利用陶瓷过滤机对磷矿浆进行脱水处理至其含水率≤15％；将脱水处理后的磷矿浆加入预混槽中与酸溶液(来源于第一过滤液和第二过滤液)进行预混合，得到第一料浆；将第一料浆加入溶解槽中，然后加入硫酸在96℃的条件下进行溶解，控制溶解槽中硫酸根的质量浓度为0.3％、氧化钙的质量浓度为1.2％，得到第二料浆；将第二料浆加入结晶槽中，然后加入硫酸在96℃的条件下进行结晶，控制结晶槽中硫酸根的质量浓度为2.2％，得到第三料浆；在13Kpa的压力条件下将第三料浆冷却至82℃，之后在45Kpa的条件下进行过滤，收集得到半水石膏、第一过滤液和五氧化二磷的质量浓度为43％的成品磷酸，第一过滤液可以作为返酸使用；将半水石膏和硫酸加入转化槽在68℃的条件下进行转化，控制转化槽中硫酸根的质量浓度为9％，得到第四料浆，对第四料浆进行过滤，收集得到二水石膏和第二过滤液。
上述生产过程中产生的含氟气体经过集中吸收处理制成氟硅酸溶液；产生的尾气利用循环冷却水洗涤，可凝性气体洗去后，不凝性气体由真空泵抽吸排入大气。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种半水-二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，利用陶瓷过滤机对磷矿浆进行脱水处理；
S2，向脱水处理后的磷矿浆中加入酸溶液进行预混合，得到第一料浆；对磷矿浆进行脱水处理至其含水率≤15％；
S3，向第一料浆中加入硫酸进行溶解，溶解的温度条件为93-98℃；控制硫酸根的质量浓度为0.1-0.5％，得到第二料浆；
S4，向第二料浆中加入硫酸进行结晶，结晶的温度条件为95-98℃；控制硫酸根的质量浓度为1.8-2.5％，得到第三料浆；
S5，在11-13Kpa的压力条件下将第三料浆真空冷却至80-85℃，之后过滤，过滤的压力条件为40-50Kpa；收集得到半水石膏、第一过滤液和成品磷酸；S6，向半水石膏中加入硫酸进行转化，控制硫酸根的质量浓度为7-11％，得到第四料浆，对第四料浆进行过滤，收集得到二水石膏和第二过滤液。
2.根据权利要求1所述的半水-二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法，其特征在于，步骤S1中，使用的磷矿浆中，五氧化二磷的质量含量≥30％，氧化镁的质量含量≤0.8％，酸不溶物的质量含量≤16％。
3.根据权利要求1所述的半水-二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法，其特征在于，步骤S2中使用的酸溶液来源于第一过滤液和第二过滤液。
4.根据权利要求1所述的半水-二水湿法磷酸工艺生产磷酸联产石膏的方法，其特征在于，步骤S5中，成品磷酸中五氧化二磷的质量浓度为38-45％。
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