梁萬(wàn)達(dá)，廖 莉

（內(nèi)江市市中區(qū)新華路，四川 內(nèi)江 641000）

0 引言

濕法磷酸是磷復(fù)肥和磷酸鹽工業(yè)的基礎(chǔ)原料，在國(guó)計(jì)民生中具有非常重要的地位。目前，濕法磷酸生產(chǎn)流程主要為二水物流程，該流程是濕法磷酸生產(chǎn)上應(yīng)用最早、最為廣泛的生產(chǎn)流程，經(jīng)過(guò)100多年的實(shí)踐、改進(jìn)，已發(fā)展成一個(gè)完整的、現(xiàn)代化的工業(yè)流程，在濕法磷酸產(chǎn)量和建廠數(shù)目上一直占有較大的比重［1］。

國(guó)內(nèi)通過(guò)多年對(duì)半水物、半水-二水物和二水-半水物流程濕法磷酸裝置進(jìn)行摸索和改進(jìn)，已實(shí)現(xiàn)裝置大型化、國(guó)產(chǎn)化、自動(dòng)化，并且能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

1 現(xiàn)有濕法磷酸生產(chǎn)工藝流程的不足

由于生產(chǎn)工藝技術(shù)的限制，現(xiàn)有濕法磷酸流程存在如下不足之處：（1）中低品位磷礦使用受限，目前國(guó)內(nèi)外濕法磷酸生產(chǎn)都傾向于使用高品位低雜質(zhì)的富礦，隨著磷礦富礦逐漸枯竭，磷礦開(kāi)采成本和濕法磷酸生產(chǎn)成本均將逐漸增加；（2）P2O5總收率不高；（3）成品磷酸質(zhì)量普遍不高，特別是二水物流程生產(chǎn)的稀磷酸雜質(zhì)多、固含量高、游離硫酸濃度高，導(dǎo)致后續(xù)凈化處理難、成本高等，影響使用，半水物流程生產(chǎn)的磷酸濃度和質(zhì)量有所提高，但還有改進(jìn)提升的必要；（4）副產(chǎn)品磷石膏利用困難，磷石膏雜質(zhì)多、純度低，加上含有過(guò)多水溶磷，增加了磷石膏的綜合利用難度；（5）單位產(chǎn)品原料消耗高，由于成品磷酸中游離硫酸濃度高、磷石膏中磷含量高，增加了原材料硫酸和磷礦的消耗。

2 新型半水物濕法磷酸工藝流程介紹

新型濕法磷酸生產(chǎn)工藝流程包括新型二水物流程和新型半水物流程，這里僅介紹新型半水物流程。

2.1 新型半水物濕法磷酸生產(chǎn)原理

新型半水物濕法磷酸工藝流程是在傳統(tǒng)流程的基礎(chǔ)上經(jīng)創(chuàng)新改進(jìn)開(kāi)發(fā)的，同樣遵循傳統(tǒng)濕法磷酸流程的基本原理。

磷礦與循環(huán)料漿（或返回系統(tǒng)的磷酸）進(jìn)行預(yù)分解反應(yīng)，磷礦首先溶解在過(guò)量的磷酸溶液中生成磷酸二氫鈣（化學(xué)反應(yīng)方程見(jiàn)式（1））：

同時(shí)磷酸溶液中還含有氟化氫、未反應(yīng)的磷礦、部分硫酸鈣、酸不溶物、磷酸鹽及其他雜質(zhì)［2］。

然后利用特制的分離器提純磷酸料漿，溶解在磷酸溶液中的磷酸二氫鈣被帶入提純的磷酸料漿中，與硫酸反應(yīng)生成硫酸鈣晶體，控制操作條件使硫酸鈣晶體成長(zhǎng)為整齊粗大的結(jié)晶（化學(xué)反應(yīng)方程見(jiàn)式（2））［2］：

結(jié)晶料漿經(jīng)過(guò)濾、洗滌工序分離出提純白石膏和磷酸溶液。

2.2 新型半水物濕法磷酸生產(chǎn)流程及主要優(yōu)點(diǎn)

新型半水物濕法磷酸生產(chǎn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 新型半水物濕法磷酸生產(chǎn)流程

流程說(shuō)明：首先，磷礦在分解槽內(nèi)與高濃度磷酸料漿反應(yīng)、分解，這是流程的關(guān)鍵控制點(diǎn)；第二步，經(jīng)特制的分離器提純磷酸料漿，這是流程的控制難點(diǎn)；第三步，提純磷酸料漿與硫酸反應(yīng)，生成半水石膏晶體，在石膏結(jié)晶槽內(nèi)控制反應(yīng)條件使石膏結(jié)晶繼續(xù)長(zhǎng)大為整齊粗大的α-半水硫酸鈣結(jié)晶，這是流程的又一難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)；流程還有石膏和磷酸的分離、石膏產(chǎn)品的洗滌、提純料漿渣的后續(xù)反應(yīng)分離處理和系統(tǒng)尾氣吸收處理等工序。

新型半水物濕法磷酸工藝流程的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）成品磷酸濃度高，質(zhì)量好，w（P2O5）可達(dá)40%～45%；（2）磷礦的P2O5分解轉(zhuǎn)化率可達(dá)99%以上，磷的總收率可達(dá)98%以上；（3）石膏品質(zhì)好，純度可達(dá)99.7%以上，石膏中的晶間磷含量得到有效控制，w（P2O5總）＜0.3%；（4）半水硫酸鈣結(jié)晶水含量遠(yuǎn)低于二水硫酸鈣，能為烘干脫水節(jié)約大量熱能；（5）反應(yīng)中氟的逸出率高，可回收利用；（6）硫酸和磷礦消耗低于現(xiàn)有半水物流程；（7）裝置開(kāi)車率接近現(xiàn)有二水物流程裝置；（8）設(shè)備、管道及防腐材料等全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化；（9）采用DCS系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)）控制，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)中工藝條件控制穩(wěn)定，操作難度小，易于操作控制。

此外，該流程在不增加生產(chǎn)原輔材料的基礎(chǔ)上繼承了半水物流程的優(yōu)點(diǎn)，還可以利用中低品位磷礦進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)生產(chǎn)中約75%的磷石膏轉(zhuǎn)化為高純潔白的半水石膏，生產(chǎn)過(guò)程中大大減少固體廢物磷石膏的產(chǎn)生與處理量。高純潔白的半水石膏是生產(chǎn)建材產(chǎn)品的重要原料，是生產(chǎn)高附加值高強(qiáng)石膏、硫酸鈣晶須等產(chǎn)品的絕佳原料。

2.3 新型半水物濕法磷酸流程工藝指標(biāo)

新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產(chǎn)工藝消耗對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產(chǎn)工藝消耗對(duì)比（按噸P2O5計(jì)）

新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產(chǎn)工藝P2O5總收率對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產(chǎn)工藝P2O5總收率對(duì)比 %

新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產(chǎn)工藝成品磷酸質(zhì)量對(duì)比見(jiàn)表3，石膏品質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表4。

表3 新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產(chǎn)工藝成品磷酸質(zhì)量對(duì)比 %

表4 新型半水物流程、二水物流程、半水物流程濕法磷酸生產(chǎn)工藝石膏品質(zhì)對(duì)比 %

根據(jù)表1 至表4 中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以得出：（1）新型半水物流程的磷酸物耗優(yōu)于國(guó)家推薦要求［3-4］；（2） 新型半水物流程P2O5總收率約98%，高于二水物流程（P2O5總收率約96%）、半水物流程（P2O5總收率約95%）；（3）新型半水物流程磷酸中MER 值、游離硫酸含量均較二水物流程磷酸和半水物流程磷酸低，固含量與半水物流程磷酸一致；（4）新型半水物石膏純度高于99.7%，總磷、水溶磷及其他雜質(zhì)極低，品質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于二水物流程、半水物流程石膏。新型半水物流程裝置生產(chǎn)的半水石膏已應(yīng)用于石膏粉和石膏晶須生產(chǎn)，生產(chǎn)的硫酸鈣晶須已在汽車制動(dòng)片、玻璃鋼設(shè)備、造紙、塑料編織袋、公路瀝青、油漆等生產(chǎn)中添加應(yīng)用，使用后均收到滿意效果，可大量代替天然優(yōu)質(zhì)石膏生產(chǎn)的晶須產(chǎn)品。

3 開(kāi)發(fā)新型半水物濕法磷酸工藝流程的意義

（1）可以促進(jìn)磷化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。利用中低品位磷礦生產(chǎn)濕法磷酸；生產(chǎn)過(guò)程中可大量減少固體廢物磷石膏的產(chǎn)生量，即降低磷石膏的堆放和處理量。

（2）可以促進(jìn)磷化工產(chǎn)業(yè)升級(jí)。降低磷酸生產(chǎn)中的原材料消耗和能耗，提高產(chǎn)品濕法磷酸濃度和質(zhì)量，促進(jìn)磷酸的高效利用，增加產(chǎn)品附加值。

（3）可以將固體廢物磷石膏開(kāi)發(fā)成產(chǎn)品，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。濕法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中減少的固體廢物磷石膏轉(zhuǎn)化成了高品質(zhì)高純白石膏產(chǎn)品，該產(chǎn)品可以用作建材產(chǎn)品的原料，也可作為工業(yè)原料經(jīng)深加工制成高強(qiáng)石膏、硫酸鈣晶須等高附加值產(chǎn)品。

4 結(jié)語(yǔ)

新型半水物濕法磷酸工藝技術(shù)起源于四川大學(xué)專利［5］，在此專利技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)工藝改進(jìn)、巧妙設(shè)計(jì)和組合運(yùn)用多種特制的反應(yīng)、分離設(shè)備，并在大小裝置上進(jìn)行優(yōu)化工藝控制實(shí)踐，通過(guò)理論與實(shí)踐的結(jié)合，創(chuàng)新改進(jìn)開(kāi)發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、自動(dòng)化程度高、便于操作控制的新型半水物濕法磷酸工藝流程，已成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，進(jìn)行了后續(xù)產(chǎn)品的深加工研究和使用。該流程繼承了半水物流程的優(yōu)點(diǎn)，可利用中低品位磷礦生產(chǎn)濕法磷酸，流程具有低能耗、低消耗、成品磷酸濃度高、P2O5總收率高等特點(diǎn)，特別是磷酸生產(chǎn)過(guò)程中可有約75%的磷石膏轉(zhuǎn)變成高純潔白的半水石膏（純度可達(dá)99.7%以上），大大減少固體廢物磷石膏的產(chǎn)生。高純潔白的石膏是建材市場(chǎng)的重要原料，是用于生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品的絕佳原料。該流程符合國(guó)家“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見(jiàn)和“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃以及國(guó)家節(jié)能減排政策，因此，該工藝技術(shù)對(duì)提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益具有特別重要的價(jià)值，值得推廣。