張 正，劉明高，李 防，鄧光政，付海軍，韓 翼，朱 剛，劉 林

(宜都興發(fā)化工有限公司，湖北 宜都 443311)

我國(guó)的磷礦資源豐富，磷酸工業(yè)正穩(wěn)健發(fā)展、逐步趨于成熟，但中低位礦多、富礦少，中低品位礦石廣泛應(yīng)用于濕法磷酸生產(chǎn)，這極大影響了磷酸的質(zhì)量及向下游產(chǎn)業(yè)供酸的效率。目前，許多廠家在濕法磷酸澄清工序添加沉降劑來(lái)優(yōu)化濕法磷酸生產(chǎn)工藝[1]。加入沉降劑可以加快磷酸雜質(zhì)沉降的速度，減少濃磷酸的澄清時(shí)間[2]，在一定程度上可解決因磷礦品味低導(dǎo)致的磷酸質(zhì)量差的問(wèn)題，提高濕法磷酸的生產(chǎn)效率。

興發(fā)集團(tuán)宜都興發(fā)化工有限公司2012年10月建成1套30萬(wàn)t/a濕法磷酸裝置，經(jīng)過(guò)2014年年低擴(kuò)能改造，現(xiàn)產(chǎn)能為36萬(wàn)t/a(折100%P2O5)，目前裝置濃酸沉降工序設(shè)有1個(gè)Φ18200×12000mm陳化槽，2個(gè)Φ18200×12000mm濃磷酸澄清槽。生產(chǎn)過(guò)程中濃縮工序濃磷酸進(jìn)入濃磷酸陳化槽，濃磷酸陳化槽中酸液經(jīng)陳化后，啟動(dòng)濃磷酸陳化槽泵，將濃磷酸送入濃磷酸澄清槽，濃磷酸澄清槽上層清液經(jīng)澄清后由濃磷酸輸送泵送至下游生產(chǎn)裝置，底流淤渣經(jīng)錐體底部濃磷酸於酸泵輸送至渣酸貯槽。

1 實(shí)驗(yàn)部分

充分考慮到與實(shí)際生產(chǎn)的結(jié)合及匹配，本實(shí)驗(yàn)在宜都興發(fā)化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱“宜都興發(fā)”)磷酸生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)階段：一是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小試實(shí)驗(yàn)；二是在宜都興發(fā)磷酸生產(chǎn)裝置上進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。

1.1 實(shí)驗(yàn)室小試試驗(yàn)

1.1.1 試驗(yàn)藥品

本試驗(yàn)采用某公司提供的磷酸沉降劑，沉降劑由A、B兩種藥劑組成，A為助凝劑，B為絮凝劑[3]。

取自宜都興發(fā)36萬(wàn)噸/年濕法磷酸裝置濃磷酸陳化槽的濃磷酸其P2O5含量約47.8%，溫度約75℃，密度約1.61g/mL，顏色為灰綠色至深灰色，固含量約5%。

1.1.2 試驗(yàn)過(guò)程

分別使用2000mL燒杯取宜都興發(fā)的濃磷酸約1000mL，分別加入0，50,100，200ppm(占濃酸質(zhì)量分率)的助凝劑(A)，攪拌均勻后再分別間隔2,4,6,8s分別加入0,2 ,4,6，8,10ppm(占濃酸質(zhì)量分率)的絮凝劑(B)，一起加入1000mL量筒沉降，停止攪拌以后觀察量筒中磷石膏的沉降情況。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：未添加沉降劑的空白磷酸中的固體顆粒較小，沉降速度緩慢，沉降后，下層的磷石膏比較厚、很疏松、呈灰白色，上層的酸液仍有細(xì)小的懸浮物存在；添加了沉降劑的磷酸中有大量的固體大顆粒迅速下降，在沉降基本完成之后，上層的酸液比較透明，懸浮顆粒較少。對(duì)于添加不同濃度沉降劑的磷酸，在初期它們的沉降速度隨著A、B兩種藥劑濃度的增大而加快；A、B兩種藥劑加入間隔時(shí)間在5s左右時(shí)沉降速度較快。

1.2 生產(chǎn)裝置工業(yè)試驗(yàn)

1.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求

目的：加快濃磷酸中雜質(zhì)的沉降；降低濃磷酸的固含量。

要求：添加沉降劑后磷酸的濃磷酸的有效沉降時(shí)間縮短≥1h/m，經(jīng)有效沉降后濃磷酸的固含量≤0.8%。

1.2.2 試驗(yàn)藥劑及加藥系統(tǒng)

根據(jù)小試試驗(yàn)，沉降劑A在配置濃度為30%較方便溶解，考慮經(jīng)濟(jì)效益用量100～150ppm(占濃酸質(zhì)量分率)，沉降劑B的配置濃度1‰～2‰，考慮經(jīng)濟(jì)效益用量6～10ppm(占濃酸質(zhì)量分率)。

根據(jù)磷酸生產(chǎn)單次轉(zhuǎn)酸量，在磷酸罐區(qū)安裝了1.5m×1.5m攪拌槽(A藥劑用)和3.0m×3.0m攪拌槽各一個(gè)(B藥劑用)，并各自配置一臺(tái)計(jì)量泵和一臺(tái)流量計(jì)控制加藥量。將藥劑A、B分別配置最佳濃度溶液，在濃磷酸由陳化槽轉(zhuǎn)入澄清槽的過(guò)程中，利用隔膜泵將藥劑A、B分別泵入轉(zhuǎn)酸管道，隨濃磷酸一起進(jìn)入濃磷酸澄清槽中。

1.2.3 試驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室小試報(bào)告，藥劑A與B需分別濃磷酸混合，并間隔5s左右。在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，為到達(dá)此要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)加藥點(diǎn)做出三次調(diào)整，具體調(diào)整方案如下：

(1)藥劑A、B加藥位置均選在同一側(cè)轉(zhuǎn)酸泵泵入口管道，二者間距0.8m左右。根據(jù)計(jì)算所得，5s間隔需管道13m左右，二者間距太短，所得實(shí)驗(yàn)效果較差。為此做出第二次調(diào)整。

(2)藥劑A加藥位置不變，藥劑B加藥位置后移至轉(zhuǎn)酸泵泵出口管道，二者間隔8m左右。由于藥劑A能夠在轉(zhuǎn)酸泵中與濃磷酸混合的更加充分，理論上能夠取得較好的效果，但由于泵出口壓力較大，藥劑B泵入管道困難，用量降低較大，所得試驗(yàn)效果較差。為此做出第三次調(diào)整。

(3)將陳化槽兩側(cè)轉(zhuǎn)酸位置利用管道連接起來(lái)。轉(zhuǎn)酸時(shí)，開(kāi)啟一側(cè)陳化槽底部閥門(mén)，藥劑A在此側(cè)泵入口管道中加入，流經(jīng)中間連接管道至另一側(cè)轉(zhuǎn)酸位置轉(zhuǎn)酸泵進(jìn)行轉(zhuǎn)酸，藥劑B則在另一側(cè)轉(zhuǎn)酸泵入口管道加入。藥劑A、B均在轉(zhuǎn)酸泵入口管道加入，二者間隔18m左右，滿足試驗(yàn)小試要求的5s時(shí)間間隔。

1.2.4 試驗(yàn)結(jié)果

1.2.4.1 空白試驗(yàn)結(jié)果

轉(zhuǎn)酸至澄清槽液位為8.2m,不添加藥劑進(jìn)行澄清，澄清結(jié)果如下：

表1 空白試驗(yàn)結(jié)果表

1.2.4.2 方案1試驗(yàn)結(jié)果

取澄清至槽液位4m處的澄清高度統(tǒng)計(jì)澄清速率。

表2 第一輪試驗(yàn)記錄表

1.2.4.3 方案2試驗(yàn)結(jié)果

取澄清至槽液位4m及2m處的澄清高度統(tǒng)計(jì)澄清速率。

表3 第二輪試驗(yàn)記錄表

1.2.4.4 方案3試驗(yàn)結(jié)果

取澄清至槽液位4m及2m處的澄清高度統(tǒng)計(jì)澄清速率。

表4 第三輪試驗(yàn)記錄表

1.2.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

說(shuō)明：為了數(shù)據(jù)有代表性，只取了轉(zhuǎn)酸后槽位大于6米的數(shù)據(jù)。

序號(hào)試驗(yàn)名稱沉降速率/(h/m)4m2m備注1空白試驗(yàn)3.023.142第一輪試驗(yàn)2.29-A、B加藥間距不足3第二輪試驗(yàn)2.77-B在轉(zhuǎn)酸泵出口,試驗(yàn)不成功4第三輪試驗(yàn)1.721.88增長(zhǎng)轉(zhuǎn)酸泵前管道長(zhǎng)度

2 結(jié)論

(1)在實(shí)驗(yàn)室小試中，試驗(yàn)組沉降固渣增加了3%，清液中鈣離子和硫酸根稍有下降，自然沉降清液含固量為0.95%,藥劑沉降的清液含固量為0.52%，清液含固量下降約50%。綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益及沉降效果，宜都興發(fā)濃磷酸采用100～150ppm A助濾劑且間隔約5s后加入6～10ppm B絮凝劑后沉降效果最佳。

(2)在生產(chǎn)裝置工業(yè)試驗(yàn)中，通過(guò)添加沉降劑，濃酸沉降速度顯著加快，從沉降速率可知，每米沉降時(shí)間縮短1.2～1.4h。為保障向下游的供酸效率，自然沉降的濃磷酸供清酸含固量在1.2%左右，通過(guò)加入沉降劑，清酸含固量可以控制在0.7%以下。通過(guò)初步測(cè)算，每噸48%磷酸的成本增加約0.33元，每噸五氧化二磷增加0.69元成本，每月藥劑費(fèi)用大概2萬(wàn)元。若大量使用，藥劑單價(jià)有下降空間。用添加沉降劑的方法來(lái)加快濃酸的沉降速度，減少停留時(shí)間，提高裝置負(fù)荷，擴(kuò)大磷酸產(chǎn)量，在實(shí)際生產(chǎn)中切實(shí)可行。

(3)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，可以通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和分析來(lái)確定沉降劑的加入方式、添加用量度等條件，力求達(dá)到沉降劑最佳的使用效果。