謝敏堯

（甕福紫金化工股份有限公司，福建 龍巖 364200）

用濕法磷酸加工提純得到的濕法凈化磷酸市場前景廣闊，廣泛應用于新能源、磷酸鹽、氧化拋光、耐火材料、活性炭、榨糖、醫(yī)藥中間體等行業(yè)。濕法磷酸凈化生產(chǎn)工藝復雜，難度較高，對于溶劑萃取法濕法凈化磷酸生產(chǎn)工藝，磷收率直接影響了濕法磷酸凈化的產(chǎn)能發(fā)揮及生產(chǎn)成本，提高磷收率已成為濕法磷酸凈化的重中之重。隨著國內(nèi)外各濕法凈化磷酸生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能的釋放，降低凈化磷酸生產(chǎn)成本，提高磷收率，實現(xiàn)五氧化二磷效益最大化，用最少的資源產(chǎn)出更多的產(chǎn)品已經(jīng)勢在必行、迫在眉睫。

濕法凈化磷酸生產(chǎn)過程中副產(chǎn)半水石膏，該石膏晶體細小，含磷高，過濾難度較大。實際生產(chǎn)中一般采用兩種方式處理該石膏，一是經(jīng)干排過濾機過濾后通過汽車轉(zhuǎn)運到磷石膏堆場，但干排石膏P2O5損失嚴重，且磷石膏品質(zhì)差不能直接供下游綜合利用，增加了磷石膏堆場庫存壓力；二是經(jīng)濕排過濾機過濾，過濾石膏進入石膏再漿槽，通過泵送到上游濕法磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)的石膏沖洗水槽進入上游過濾機過濾，或再漿后直接泵送上游過濾機過濾，過濾后經(jīng)皮帶送至磷石膏堆場，該方法同樣P2O5損失較大，且會影響上游濕法磷酸生產(chǎn)過濾系統(tǒng)產(chǎn)能發(fā)揮，并降低磷石膏品質(zhì)。

1 技術(shù)原理

濕法磷酸生產(chǎn)過程中，硫酸鈣（磷石膏）可以以3 種不同的水合結(jié)晶形態(tài)從磷酸溶液中沉淀出來，根據(jù)生產(chǎn)條件的不同，可以生成二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）、半水硫酸鈣（CaSO4·0.5H2O）和無水硫酸鈣。按照濕法凈化磷酸生產(chǎn)工藝預處理階段實際情況，反應料漿溫度約85 ℃、w（P2O5）約46%，得到的為半水硫酸鈣晶體，半水硫酸鈣經(jīng)帶式過濾機過濾后，石膏進入石膏再漿槽，得到w（P）＞5%、w（固）＞15%的石膏渣漿。根據(jù)CaSO4-H3PO4-H2SO4-H2O 四元體系相圖（見圖1）中CaSO4穩(wěn)定性［1］可知，在渣漿磷含量及固含量相對穩(wěn)定情況下，控制合適溫度及液相SO3含量等參數(shù)，可以將半水石膏轉(zhuǎn)為二水石膏。二水石膏易過濾、含磷低，進而通過石膏轉(zhuǎn)晶來降低磷損失。

圖1 CaSO4-H3PO4-H2SO4-H2O四元體系相圖

2 工藝方案

2.1 項目現(xiàn)狀

國內(nèi)某濕法凈化磷酸生產(chǎn)企業(yè)采用溶劑萃取法生產(chǎn)工藝，預處理工段反應工序反應槽反應料漿溫度約85 ℃、w（P2O5）約46%，得到的為半水硫酸鈣，反應料漿進入增稠器重力沉降，底部w（固）30%以上的底流料漿進入真空帶式過濾機過濾，濾布石膏進入石膏再漿槽后打往磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)繼續(xù)處理，帶式過濾機石膏分析指標見表1，過濾石膏進入石膏再漿槽再漿后分析指標見表2。

表1 帶式過濾機石膏分析指標 %

表2 石膏再漿槽石膏分析指標

因半水石膏存在難過濾、非水溶磷含量高等問題，導致石膏再漿槽石膏磷含量高，磷損失大，最終導致濕法磷酸凈化生產(chǎn)系統(tǒng)磷收率低，生產(chǎn)成本較高。

2.2 解決方案

為了降低石膏磷含量，提高P2O5收率，改善磷石膏品質(zhì)，該企業(yè)開展了半水石膏轉(zhuǎn)晶工藝研究。鑒于二水石膏具有易過濾、含磷低、品質(zhì)高等優(yōu)點，以半水石膏轉(zhuǎn)晶為二水石膏，解決磷石膏含磷高，過濾效果差的問題。

半水石膏轉(zhuǎn)晶系統(tǒng)由轉(zhuǎn)晶槽、轉(zhuǎn)晶泵、硫酸添加系統(tǒng)、溫度流量液位控制儀表等部分組成。在石膏再漿槽出口新增2個轉(zhuǎn)晶反應槽（一級反應槽及二級反應槽），新增渣漿泵、轉(zhuǎn)晶泵各1 臺，從磷酸硫酸泵出口新增1 根不銹鋼硫酸管至轉(zhuǎn)晶第一、第二反應槽，從石膏再漿泵出口新增1根渣漿管道至轉(zhuǎn)晶第一、第二反應槽，渣漿及硫酸從轉(zhuǎn)晶第一反應槽或第二反應槽頂混合三通后進入槽內(nèi)，從轉(zhuǎn)晶泵出口新增1根渣漿管送往磷酸運行部圓盤過濾機或於漿槽。轉(zhuǎn)晶過程嚴格控制硫酸添加量及渣漿流量，嚴格控制SO3濃度、轉(zhuǎn)晶時間及反應溫度，轉(zhuǎn)晶系統(tǒng)工藝流程見圖2。

圖2 轉(zhuǎn)晶系統(tǒng)工藝流程

2.3 運行效果

轉(zhuǎn)晶系統(tǒng)投用后，通過嚴格控制硫酸添加量、渣漿流量，以及液相SO3濃度、轉(zhuǎn)晶時間及反應溫度，轉(zhuǎn)晶后渣漿經(jīng)過濾所得石膏完全轉(zhuǎn)為二水石膏，同時石膏總磷、非水溶磷大幅降低，濕法磷酸凈化系統(tǒng)磷收率大幅度提升，可達95%左右?？刂茀?shù)及磷石膏分析指標見表3、表4。

表4 磷石膏分析指標 %

3 結(jié)論

（1）在半水石膏渣漿磷含量及固含量相對穩(wěn)定情況下，通過控制反應溫度約60 ℃、液相ρ（SO3）約38 g/L、反應時間2 h等參數(shù)，可以將半水石膏轉(zhuǎn)晶為二水石膏。

（2）轉(zhuǎn)晶系統(tǒng)投用后，濕法磷酸凈化系統(tǒng)半水石膏可完全轉(zhuǎn)為二水石膏，所得石膏總磷、非水溶磷大幅度降低，石膏磷損失大幅度降低，濕法磷酸凈化系統(tǒng)磷收率大幅度提升，可達95%左右。