彭 濤，劉明高，陳勇翔，鄧光政，付海軍

(宜都興發(fā)化工有限公司，湖北 宜都 443300)

磷酸是磷化工產(chǎn)品的母體原料，現(xiàn)我國(guó)主要的磷酸生產(chǎn)工藝為濕法磷酸工藝，濕法磷酸工藝中，用硫酸和礦漿反應(yīng)之后，生成液態(tài)的磷酸和硫酸鈣結(jié)晶，相對(duì)于其他的方法來說，這種方法的磷酸分離只是簡(jiǎn)單的固液分離[1]，避免了在磷酸分離過程中產(chǎn)生高額的分離費(fèi)用，這也是硫酸法濕法磷酸工藝優(yōu)于其他工藝路線的最大特點(diǎn)。

1 工藝流程簡(jiǎn)介

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t/a濕法磷酸裝置，該裝置分為萃取、渣場(chǎng)、濃縮及罐區(qū)三個(gè)工段組成，該工藝也是采用上述硫酸法得到磷酸，總反應(yīng)方程式為：

Ca5F(PO4)3+5H2SO4+2H2O=3H3PO4+5CaSO4·2H2O↓+HF↑

在反應(yīng)槽經(jīng)過上述反應(yīng)之后，反應(yīng)料漿進(jìn)入過濾機(jī)進(jìn)行磷酸和磷石膏的固液分離，分離之后的磷酸進(jìn)入罐區(qū)稀酸陳化槽內(nèi)，然后轉(zhuǎn)入稀酸澄清槽進(jìn)行沉淀，因?yàn)橄∷岢恋頃r(shí)間較短的原因，稀酸澄清槽內(nèi)的稀酸中的雜質(zhì)只能沉淀出一部分，剩余的雜質(zhì)隨稀酸一起進(jìn)入到磷酸濃縮工段，然后進(jìn)入濃酸澄清槽進(jìn)一步沉淀，直到符合下游車間的使用要求之后才能送酸。在這一整條工序中不難看出，濃酸的澄清速度起著非常重要的作用，直接影響到供酸的穩(wěn)定性，也直接影響到下游生產(chǎn)的連續(xù)性。

2 濃磷酸沉降問題剖析

在上述的濕法磷酸裝置中，罐區(qū)的濃磷酸澄清槽原本的設(shè)計(jì)為直徑18 m，高12 m的圓柱形儲(chǔ)罐，磷酸的儲(chǔ)存量較大，同時(shí)下游車間的需求量也很大，這就存在一個(gè)對(duì)下游車間供酸穩(wěn)定性的問題。

因磷礦中本身含有Fe、Mg、Al、Na、K等雜質(zhì)，一般Al2O3含量在0.2%～3.0%，一定含量的Al2O3有利于碳酸鈣結(jié)晶的形成，可提高過濾能力，與氟離子形成氟鹽，減輕腐蝕作用；過高時(shí)與磷酸鹽形成絡(luò)合物，增加磷酸粘度，不利于過濾。磷礦中70%～90%的Al2O3溶解在過濾酸中，并生成沉淀物。磷礦中一般Fe2O3含量在0.1%～2.0%，與磷酸鹽形成絡(luò)合物，提高磷酸粘度，并生成淤渣。60%～90%的Fe2O3溶于磷酸中。磷礦中含0.2%～0.6%的MgO，我國(guó)的磷礦多半超過此范圍，它生成磷酸鹽和氟硅酸鹽絡(luò)臺(tái)物，不利于硫酸鈣結(jié)晶和過濾，并相應(yīng)增加了磷酸粘度[2]，使?jié)饬姿岢两邓俾适艿胶艽笥绊懀?偶有出現(xiàn)濃磷酸無法澄清導(dǎo)致下游車間待酸停車的情況。由于我公司濕法磷酸裝置旨在使用中低品位磷礦，在礦源這一角度出發(fā)解決問題與我們的初衷不符，因此我們開始在實(shí)驗(yàn)室對(duì)濃酸沉降進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)情況如下：

1)取蒸發(fā)器樣品至化驗(yàn)室，搖勻后倒入1000 mL量筒中，開始計(jì)時(shí)。

2)每隔一個(gè)小時(shí)記錄上清液的沉降刻度。

3)記錄結(jié)果如表1。

表1 結(jié)果記錄

4)期間部分截圖如圖1。

圖1 濃酸沉降模擬實(shí)驗(yàn)期間部分截圖

5)濃酸沉降速率分析如圖2。

圖2 濃酸沉降速率

假設(shè)每個(gè)濃酸槽的液位為10 m對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的1000 mL，因?yàn)殡S著沉降時(shí)間的推移，沉降至3 m左右的時(shí)候，濃磷酸的沉降速率明顯減慢，并且在試驗(yàn)中由于量筒中的酸量較少，酸溫下降較快，有利于酸中的雜質(zhì)沉淀，但在實(shí)際生產(chǎn)中，酸槽中的酸量多，溫度下降緩慢，所以酸的沉降速率也會(huì)隨之減慢。通過最后的沉降速率曲線圖我們可以清晰地看出，在4 m以上的濃酸沉降速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于4 m以下的沉降速率。

我公司的濃酸澄清槽只設(shè)計(jì)了2 m和6 m的濃酸取酸口，通過這兩個(gè)取酸口來判斷濃酸澄清度，但這兩個(gè)取酸口的跨度太大，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)該設(shè)計(jì)有一定的弊端，如果濃酸澄清槽轉(zhuǎn)完酸后(液位10 m)，6 m取酸口取出濃酸樣為清液后開始往下游送酸，直至槽位6 m，我們假象現(xiàn)在2 m取酸口處濃磷酸還處于渾濁狀態(tài)，但2～6 m之間肯定還存在磷酸清液，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，我們大膽猜想4 m以上濃酸處于澄清狀態(tài)。

3 濃酸沉降處理方案

針對(duì)這一問題，公司對(duì)濃酸澄清槽進(jìn)行改造，在濃酸澄清槽4 m處增設(shè)取酸口，對(duì)比試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)，濃酸澄清槽2 m處(即實(shí)驗(yàn)中的200 mL處)澄清所花費(fèi)的沉降時(shí)間太長(zhǎng)，但是6 m至4 m(即實(shí)驗(yàn)中的400 mL處)時(shí)，所需的沉降時(shí)間較短，并且根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況來看，濃酸向下游車間送酸按70 m3/h計(jì)(包括排淤量)，在6 m的酸澄清之后，10 m至6 m的酸共計(jì)約1000 m3，可供下游車間使用14.3 h，在這14.3 h時(shí)間內(nèi)，6 m至4 m也可以澄清，達(dá)到下游車間的使用要求，能夠繼續(xù)向下游車間輸送2 m清酸(約500 m3)，可供7.1 h左右，為4 m至2 m的清酸沉降爭(zhēng)取了時(shí)間，讓其充分沉降達(dá)到下游車間的使用要求，有利于下游車間的連續(xù)性生產(chǎn)，不會(huì)因?yàn)樯嫌喂┧岵蛔愣鴮?dǎo)致降低生產(chǎn)負(fù)荷或者停車等情況。

4 實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證

在增加濃酸澄清槽4 m取酸口之前，由于2～4 m左右的酸澄清時(shí)間較長(zhǎng)，無法向下游車間送酸，偶有出現(xiàn)下游車間因濃酸不達(dá)標(biāo)供應(yīng)不足而導(dǎo)致的待酸停車4～5 h。

通過增加濃酸槽4 m取酸口之后，車間能夠更好的掌握濃酸的澄清情況，并根據(jù)實(shí)際情況來向下游車間送酸，大大提升了供酸的穩(wěn)定性。同時(shí)，濃酸澄清槽6～4 m的清液可供下游車間使用時(shí)間約為7.1 h左右，在此期間濃酸澄清槽內(nèi)2 m處磷酸也已經(jīng)澄清，能夠穩(wěn)定向下游車間供酸。