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1、 磷酸生产工艺控制一、概述l 磷酸生产主要分为热法磷酸、湿法磷酸。由于二水法生产工艺简单成熟，对设备材质要求不高 ，目前应用最为广泛。电热法高炉法窑法热法湿法二水法半水法半水-二水法湿法磷酸就是磷矿石与强酸在一定指标 环境下发生萃取反应，由强酸制得弱酸的 过程。目前以使用硫酸为主。总反应方程式：Ca5F(PO4)3+ H2SO4+ nH2OCaSO4.nH2O+ H3PO4 + HF受生产流程的影响，实际反应是分两步进行 的。 第一步，磷矿和返酸（稀磷酸）预分解，防 止磷矿与浓硫酸直接反应，避免包裹现象的发 生：Ca5F(PO4)3+7H3PO4=5Ca(H2PO4)2+HF第二步，磷酸一钙与
2、稍过量的硫酸反应Ca(H2PO4)2+H2SO4+nH2O=CaSO4.nH2O+2H 3PO4二水湿法磷酸的生产特点对设备材质要求不高湿法磷酸特点对矿石品位适应性强生产工艺稳定磷酸生产过程中要严格控制的经济指标：经济指标生产负荷：不同结晶程度下生产 负荷对应的生产成本不同洗涤率：石膏表面带走了多少磷转化率：磷矿石中磷的萃取率二、操作过程控制l1、萃取过滤系统磷酸的生产过程可以看成是矿石的溶解（矿与 稀磷酸）和石膏的生成（与硫酸）过程。在磷矿 溶解过程中伴随有杂质溶解的副反应发生。主、副反应方程式主 Ca5F(PO4)3+5H2SO4+5nH2O=5CaSO4.nH2O+3H3PO4 +HFC
3、a5F(PO4)3+ 7H3PO4 =5 Ca(H2 PO4)2 +HF 5Ca(H2PO4)2+5H2SO4+10H2O=5CaSO4.nH2O+ 10H3PO4 副 CaF2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HF6HF + SiO2 = H2SiF6 + 2H2O3Si F4 + 2H2O = 2H2SiF6 + SiO2CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2OR2O3) + 2 H3PO4 = 2RPO4+ 3H2OH2SiF6 SiF4 + 2HFR2O + H2SiF6 = R2 SiF6 + H2O副反应表示矿中杂质对磷萃取过程的影响，具 体作用如下
4、：钙磷比：决定生产成本的主要因素氧化镁：影响结晶 R203：影响结晶，对后续处理不利SiO2 和酸不溶物（A.I）：分散性泥质，无效负荷F：有利于结晶，但对系统不利，腐蚀性较大R2O：生成结垢的主要因素SO3：可降低硫酸消耗CI：生成HCI，加剧系统、设备腐蚀在配矿前应对磷矿质量做全面分析，主要评价原 矿的化学组成、反应活性、抗钝化膜生产特性以 及发泡性等。磷矿中杂质的含量及其对反应过程的影响将决 定生产过程的合理有效性和经济效益。工艺控制难度选取最优组合并不是所有的杂质对 反应都是不利的磷矿反应的化学特性磷酸浓度P2O5% 半水无水二水 半水二水无水 二水半水无水温度二水-半水物平衡曲线二水
5、-无水物平衡曲线CaSO4nH2O对应的P2O5-T平衡曲线反应控制条件（1）停留时间即料浆在反应槽内的平均反应停留时间，足够长的停留 时间可以使石膏结晶充分长大，同时降低过饱和度，提高 过滤能力。 l 影响停留时间的主要因素是反应槽容积和生产负荷。反 应槽容积通常已经固定，因此，为保障足够的反应时间需 合理控制生产负荷以保证磷矿石可以全部反应，同时留有 足够的时间用于结晶的形成、长大。（2）矿份细度磷矿的分解速度与矿表面积成正比，提高矿粉细度，可 以加快反应速度；但矿粉过细会增加动力消耗，局部硫酸 钙浓度瞬间增高，造成硫酸钙局部过饱和影响结晶。 （3）搅拌强度一定的搅拌强度可使物料充分接触，
6、保证传质传热均匀 ，使局部环境稳定，但过强的搅拌会使已有的结晶相互碰 撞导致破碎。 （4）回浆量保证一定的回浆量可以使磷矿充分预分解，同时稳定反 应温度，为磷矿反应提高大量的晶种。（5）SO3含量液相SO3含量的多少对矿石的分解，结晶的形成，结 晶的大小及形状都有重要的影响。SO42-+Ca2+CaSO4从方程式可以看出当左侧含量增高时，有利于硫酸钙 的形成。硫酸钙结晶的形成条件：达到过饱和度。液相SO3含量过低不利于反应的充分进行，同时硫酸 钙的形成速度也会降低； SO3含量过高时，硫酸钙形成 速度过快，浓度过高会导致析出大量细小结晶。因此，在 调节过程中，应注意控制硫酸的加入量以及加入速度
7、，过 浓过快斗不利于结晶的形成、长大。保证液相中一定量的SO3浓度可以降低磷酸根的取代 作用；一定的SO3浓度还影响磷酸的生产成本。（6）反应温度温度影响反应速度和传质速度，提高分子热运动。温度过低不利于反应的顺利进行；温度过高，反应速度 会加快，但盐的溶解度会随之升高，过饱和度也升高，析 出的结晶量会减少，同时，高温环境对设备的损害亦会增 强。今年来，随者磷矿品位的降低，反应温度控制上限也提 高了5-10。 （7）P2O5浓度由相平衡图可以看出，在一定的反应环境下， P2O5浓 度影响结晶种类和形式。当矿中MgO及R2O3含量增加时，滤液密度应降低以防止 磷酸盐的大量形成。（8）料将含固量保
8、证料浆固含量可以提高搅拌效果，同时合理控制生 产负荷。固含量过低导致生产负荷降低，装置能力无法提高； 含量过高时，搅拌过程中离子间碰撞加剧，剪切力增大， 容易使结晶变小，不利于输送和过滤。当原矿中Mg、R2O3含量高时，过高的固含量会加大结 晶取代作用，导致磷损失。过滤系统过滤系统的主要工艺控制点是洗涤率和返酸平衡。洗涤率保证洗水温度保证洗水分布保证洗水质量返酸平衡控制返酸量防止滤布结垢控制返酸浓度过滤过程的控制细项：控制事项上料负荷（滤饼厚度 ）稳定洗水温度及分布控制过滤机真空度调节过滤机转速助滤剂的添加l2、浓缩系统浓缩系统主要是通过加热稀酸，在低压环境中通过轻 组分（水等）蒸发达到提高酸
9、浓的目的。浓缩装置采用强 制循环流程，轴流泵只客服系统管道阻力。洗涤系统回收的氟可用来制作下游副产品。浓缩过程中需严密控制的指标是换热器温度、压力。提高装置运行应保证稀酸酸质体，提高系统清洗质量 。l3、提高P收率机械损失导致磷损的 因素非机械损失系统机械损失管道泄漏转化率过低结晶效果差洗涤不充分滤布结垢滤透性降低转酸转矿是溢槽浓渣排放过多稀浓酸排渣带液量过大成本增加l4、减少系统结垢减轻系统结垢W（K2O+Na2O） 0.35W（Fe2O3+AI2O3+MgO）3.2严格控制过滤效果保证清洗液配制指标（温度、密度 ）保证清洗时间l5.相关过程计算 l略l6、常见问题（1）设备操作不规范（2）巡检不仔细（3）转酸、转矿时溢槽 （4）矿浆指标情况监控不及时（5）设备问题上报不及时三废控制处理（1）废水的处理： （2）废渣的处理： （3）废气的处理：以SiF4和HF为主，通常用水洗 涤后处理或循环使用。氟的回收利用：矿中的氟主要溶解在磷酸中 ，通过浓缩氟被释放出来，洗涤回收后可用来生 产氟硅酸钠、氟化铝、和冰晶石等产品。
