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1、磷酸一铵生产技术XX化工工程有限责仼公司2012.02.15磷酸一铵生产技术目 录1磷酸生产工艺技术方案采用单槽单桨磷酸快速萃取一转台真空过滤技术配套建设20万 吨/年湿法磷酸生产装置一套（含磷矿制浆系统）。本工艺分矿浆制备及磷酸生产二部分。1.1矿浆制备工艺1.1.1原料生产中矿浆制备工艺的确定磷酸生产中矿浆制备工艺中磨矿通常有干磨与湿磨两种工艺，湿磨工艺有开路磨矿和闭路磨矿二种流程。（1）干磨工艺干磨工艺是将磷矿在风扫磨内磨成 90%通过100目的矿粉，水 分含量在1%以下，进磨机的磷矿块度控制在 25mm以下，水分控制 在8%以下。磨机尾气处理采用干法除尘。（2）湿磨工艺湿磨工艺是将磷矿
2、与水一起研磨成含水约3038%的矿浆，一般 采用球磨或棒磨。1.1.2磨矿工艺选择原料磨矿工艺可选择湿磨或干磨，湿法与干法相比，它具有流程 简单，设备少，厂房体量小，占地少，投资低；湿磨的功率消耗比干 磨低，且原料不需干燥，节省了燃料，从而降低生产成本；操作环境 好，噪声低，并消除了粉尘污染；简化矿粉加料系统，工人劳动强度 低等优点。湿磨工艺的缺点：矿浆的含水带入反应系统，与干磨流程相比， 石膏过滤时，洗涤水量需相应减少。根据二种磨矿工艺的比较，一般都选用湿法磨矿工艺。1.2湿磨工艺介绍1.2.1磷矿石组分见表1-1表1-1磷矿组成一览表成份P2O5CaOSiO2AI2O3Fe2O3MgOF组
3、成%31.043.016.51.61.40.53.25122湿磨工艺分类湿法磨矿工艺分开路磨矿及闭路磨矿（1）闭路磨矿磷矿石进入磨机后，在磨矿过程中进行内部循环，矿浆通过分 选机将大了要求粒度的磷矿石返回至磨机进口， 只有达到粒度要求的 矿浆进入矿浆贮槽。（2）开路磨矿磷矿石进入磨机，通过（分段）粉磨后，矿浆直接由磨机出料口 排入矿浆贮槽。（3）开路与闭路工艺流程优缺点比较如下表 1-2表1-2开路与闭路工艺比较比较指标流程闭路流程开路流程流程流程长、复杂流程短、简单对矿的适应性对原料矿一致性要求较高，并且要 求原矿的含泥量低，一般要求采用 擦洗精矿对各种矿均能适应可靠性对分级和浓缩设备的可靠
4、性要求 高可靠性好装机容量稍低于开路稍高于闭路每吨矿的耗电量稍低于开路稍高于闭路占地面积大，一般为开路流程一倍以上小产品粒度易于控制、粒度均匀性较好粒度均匀性一般可以看出，闭路工艺流程是通过粒度分级设备，对磨过的矿浆进 行分级，主要分级方法有：使用螺旋分级机分级、水力旋流器分级以 及重力沉降等。闭路流程的优点是显而易见的，通过分级，矿浆的粒 度分布比较均匀，并且成品粒度容易保证。但是，他的缺点也比较多， 如生产工艺流程长、占地面积大，设备多、水耗大、需要有浓缩过程 等。浓缩过程对磷矿本身的质量比较挑剔，对物料的一致性要求很高。 当物料的性质有所变化时，能直接影响到设备的效率和能力，而往往 磷矿
5、来时为统矿，不易控制物性。因此该种流程的运用中受到一定的 限制。就开路工艺流程而言，优点是流程简单、占地少，设备少和水耗 少、原料的适应能力强、运行可靠。其缺点是粒度分布较难控制。为 了解决上述问题，针对各种不同矿种的物理特性，设计了各种新规格 磨机，加长了长径比，以满足工艺生产对粒度的要求，女口 3200X 8000 3200 X 700( 2700 X 600 2700 X 9000。 3200 X 70已用于云南 磷肥工业有限公司8万吨/年磷酸装置、昆阳磷肥厂 8万吨/年磷酸装 置。而 2700X 600则用于云南红磷公司以及 XX洋丰集团6万吨/年磷 酸装置。XX洋丰集团已生产数年，运
6、行情况良好。另外在新的磨机中，使用双仓溢流型球磨机，一个仓为棒磨，另一个仓为球磨，以保证粒 度均匀，并能提高产量。磷矿采用两级破碎磷矿，第二级破碎采用反 击式破碎机，保证磷矿进球蘑机时粒度大大小于以往要求25m m。从而大幅度提高球磨机产量。通过以上比较，很清楚的反映出开路与闭路的各有优缺点，对具 体项目的工艺流程选择有决定作用。结合贵州磷复肥项目的实际情况 和要求，决定该项目采用矿浆制备工艺流程为湿法球磨的开路流程。1.3磷酸生产工序1.3.1磷酸生产工艺的介绍在湿法磷酸生产过程中，主要是得到均匀、粗大、易于过滤和洗 涤的磷石膏结晶，因此，湿法磷酸的生产工艺实际上是磷石膏的结晶 工艺。从磷石
7、膏的结晶水分类，其工艺可分为以下几种：(1) 二水法(CaSO4 2H2SO4);(2) 半水法(CaSO4 0.5H2SO4);(3) 半水-二水法(CaSQ O.5H2SO4- CaSO4 2H2SO4);(4) 二水-半水法(又称再结晶法)(CaSQ 2H2SO4-CaSO4 0.5H2SO4);(5) 其中半水法和再结晶法对磷矿的质量要求非常高，我国的磷矿 储量虽然较丰富，但都是以含杂质较高的中低品位磷矿为主，该磷矿无法满足半水法和再结晶法湿法磷酸生产的需要，因此，国内的湿法磷酸生产主要以二水法工艺为主；1.3.2磷酸生产过程主要化学反应硫酸分解磷矿生成磷酸溶液和难溶性的硫酸钙结晶，总
8、化学反应式为：Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 5nH2O = 3H3PO4 + 5CaSQ nH2O + HF f 实际上，反应是分两步进行的。第一步是磷矿和循环料浆(或返回系统磷酸)进行预分解反应，磷矿首先溶解在过量的磷酸溶液中生 成磷酸一钙：Ca5F(PO4)3 + 7 H3PO4 = 5Ca(H2PO4)2 + HF f第二步以上述的磷酸一钙料浆与稍过量的硫酸反应生成硫酸钙 结晶和磷酸溶液：5Ca(H2PO4)2 + 5H2SO4 + 5nH2O = 5CaSO4 n出0 + 10 H3PO4根据生产条件的不同，可以生成二水硫酸钙(CaSQ2H2O)、半 水硫酸钙(CaSC4
9、 0.5H2O)和无水硫酸钙(CaSC4)三种，故上述分 子式CaSQ八出0中的n可以等于2、0.5或0。相应的在湿法磷酸生 产上三种基本方法即为二水物法、半水物法和无水物法。本项目采取 二水物法工艺生产湿法磷酸。反应生成的氟化氢(HF)与磷矿中带入的二氧化硅(SiC2)生成 氟硅酸(H2SiF6):6HF + SiC2 = H2SiF6 +2 H2O少量的H2SiF6将于SiC2反应生成SiF4：2 H2SiF6 + SiC2 = 3SiF4 f +2HC气相中的氟主要以SiF4的形式存在，用水吸收后生成氟硅酸(H2SiF6)水溶液并析出硅胶(SiC2 nH2O)沉淀：3 SiF4 + (n
10、+2)出0 = 2 HzSiFe + SiO?门出0J磷矿中的铁、铝、钠、钾等杂质将发生下述反应：(Fe, Al )2 O3 + 2H3PO4 = 2(Fe, AI)PO4 + 3出0(Na, K) 2O + H2SiF6=( Na, K) 2 SiF6+ 出。镁主要存在于碳酸盐中，磷矿中的碳酸盐如白云石、方解石等在 萃取槽酸解过程中首先被硫酸分解并放出二氧化碳(CO :CaCOs + H 2SO4 = CaSQ + H 2O + CO2 fCaCQ MgCO3 + 2 H2SO4 = CaSQ+ MgSO4 + 2 出0 +2 CO2 f1.4湿法磷酸工艺技术介绍1.4.1工艺技术发展特点（
11、1）装置大型化随着市场对湿法磷酸需求量的增加，为增加产量，提高劳动生产 率，降低单位产品投资成本和日常的维修管理费用，从七十年代末， 世界磷酸装置的单系列生产能力（指反应槽）不断增加，到目前为止， 日产1000吨P2O5以上的装置有数十套，最大单系列能力已达到1800 吨P2O5/天，而更大的2650吨P2O5/天装置正在建设之中。（2）二水法流程仍占主导地位，同时积极发展半水法和再结晶工艺， 使装置更加节能。目前世界上共有湿法磷酸生产装置 350套左右，其中80%以上用 二水法生产，二水法生产的磷酸约占世界湿法磷酸生产总量的85%。为进一步节约能耗，降低磷矿和硫酸消耗，世界各国竞相研究开发半
12、 水法（HH）和再结晶法（HDH或DHH）工艺。目前半水法最大能力已达 1500t/d P2O5，半水二水法的单系列最大能力为 1100吨P2O5/天。 但随着世界磷矿品位的降低和杂质含量的增加，二水法流程因其对磷矿的适应性和工艺的可靠性，稳定性较强，在大型磷酸装置工艺中仍 占主导地位，正在建设的2650吨P2O5/天装置即采用二水法JACOBS 工艺。1.4.2世界上湿法磷酸工艺情况下表1-1列出了世界上湿法磷酸工艺情况:表1-3湿法工艺概况工艺路线工艺专利及其拥有者建厂数备注普莱昂Prayon140吉科布斯-道尔科Jacobs-Dorr29二水法工艺罗纳普朗克Rhone-Poulenc70
13、现为 Krebs-SpeichimSIAPE11费森斯(N.H) Fisons8辛马斯特-布雷耶7斯温森Swenson8凯洛格-洛普克Kelloy-Lupka1半水法工艺费森斯(N.H)7西方石油公司OXY5前苏联半水法流程许多未出口多木Tomo1建在本公司TVA泡沫法仅作试验室试验日本钢管公司(NKK)和鲁姆斯流程-Lumas仅作工业试验半水二水再结晶工艺日本日产H法Nissan H26日本钢管公司(NKK)11日本二菱7厄尔泰流程二水半水再结晶工艺辛特雷尔一普莱昂11费雷格特(DDR)流程半水二水再结晶浓酸流程费森斯3日产C法2另一个在建吉科布斯一道尔科HYS1后改为二水法西方石油公司OX
14、Y仅作中试钢管公司（NKK）和鲁姆斯流程仅作试验室试验阿尔巴特罗流程1后停产辛马斯特一布雷耶和厄尔泰流程仅有专利由上表可以看出，由比利时普莱昂（Prayo n）公司的二水物工艺， 在世界各地的二水法流程中被采用的数目最多，其产量约占磷酸总产量的一半。其次是法国的罗纳普朗克（Rho ne-Poule nc流程、吉科布斯 道尔科（Jacobs-Dorr等。国内近几年陆续建成的十几套大型磷酸装置以及六七十年代建 成的中小型磷酸装置几乎全部采用的是二水法工艺。143磷酸工艺技术方案的比较与选择二水法工艺技术成熟，操作稳定可靠，单系列规模大，对磷矿的 适用性强，操作灵活，作业率高，维修工作量小。磷矿可采
15、用湿磨， 矿浆加料，能耗低，投资省，环境好，计量容易，国内通过引进技术 已建成了几个规模较大的工厂，在设计、设备制造、生产操作等多方 面积累了丰富的经验，对于中小型规模的磷酸装置，所有设备均可以 国产化，从而降低总投资。因此，本工程选用二水法磷酸工艺。1.5二水法工艺技术的比较和选择1.5.1二水法工艺技术介绍二水法工艺技术有多种，在国内大型装置中已有 Prayon工艺、 R-P工艺和Jacobs-Dorr工艺，这几种工艺过滤部分的机型有带式过 滤机、翻盘式过滤机和转台式过滤机，反应部分各有特点：（1）Prayon 工艺采用多格槽反应器，每格中安装一台轴流式透平桨，通过建立硫酸浓度梯度来保持未反应
