提高磷酸磷收率的措施
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摘 要：近年来，随着磷矿品位的下降，磷矿石中含有的多种杂质如铁、镁、铝、钾、钠以及酸不溶物比例逐渐提高，这些杂质对湿法磷酸生产影响很大。磷矿中杂质的组成和含量不仅影响磷酸生产的反应过程，同时还影响硫酸钙结晶过程，加速浓缩装置结垢，并导致发生工艺堵塞事故，降低装置生产能力和开车运行率。最终导致磷酸中m（倍半氧化物）/m（P2O5）（MER值）上升，随之造成磷铵生产过程中管式反应器结垢严重，影响装置有效开车周期及产品质量。
关键词：提高；磷酸磷收率；措施
引言
在湿法磷酸生产过程中，提高磷酸磷收率是磷酸生产的主要控制指标。云南云天化股份有限公司云峰分公司为提高磷酸磷收率进行技改，加强生产控制，实现从磷矿研磨到磷石膏渣场全过程的监控，提高了磷收率，取得好的工艺控制过程。
1磷矿中杂质对磷酸生产的影响
1.1CaO对磷酸生产的影响
磷矿石中CaO的含量是决定湿法磷酸生产中硫酸消耗的关键，m（CaO）/m（P2O5）决定生产单位质量P2O5所消耗的硫酸量，在P2O5含量一定的情况下，m（CaO）/m（P2O5）每上升0.01，将导致生产每千克P2O5硫酸消耗量上升17.9kg。磷矿石中CaO含量的上升不仅影响磷酸生产，更提高了生产单位质量P2O5矿石的运输成本，同时增加了生產单位质量P2O5产生的磷石膏（主要成分CaSO4·2H2O）量，磷石膏又全部进入磷石膏尾矿库，最终导致磷石膏尾矿库服务年限缩短，从而大幅度增加了成本。
1.2倍半氧化物对磷酸生产的影响
倍半氧化物是指磷矿中铁、铝的氧化物，常以R2O3表示。铁和铝的氧化物主要来自黏土，在湿法磷酸生产的前端通过筛选、磁选等手段可以去除一大部分倍半氧化物。在磷酸生产中，铁和铝的存在不仅干扰硫酸钙的结晶成长，还容易使磷酸形成淤渣，淤渣沉淀或者随磷石膏排出都将伴随着P2O5的流失。与此同时，生成的铁或铝的复杂磷酸盐细小结晶体，不但增加磷酸原浆的黏度，而且容易堵塞滤布和滤饼孔隙，从而降低过滤效率和设备的生产能力。
1.3MgO对磷酸生产的影响
磷矿石中的镁盐（用MgO表示）经反应后一般全部溶解并存在于磷酸中，浓缩后也较难析出，主要是由于磷酸镁在磷酸溶液中溶解度较大的缘故。在磷矿酸解过程中，分散度极大的Mg（H2PO4）2使磷酸黏度明显增大，造成酸解过程中离子扩散困难和局部浓度不一致，影响硫酸钙晶体的均匀成长，使过滤困难。同时镁离子的存在使磷酸中第一氢离子被部分置换，降低了溶液中氢离子的浓度，严重影响磷矿的反应速率和反应能力。若为保持一定氢离子浓度而增加硫酸用量，又将使溶液中SO42-浓度过大，这不但增加了硫酸消耗，而且还抑制了硫酸钙的结晶。理论上w（MgO）每增加1%，硫酸消耗量随之上升1.4%。
1.4Na2O、K2O以及酸不溶物对磷酸生产的影响
磷矿石中钾盐、钠盐经硫酸分解后，主要生成以氟硅酸钾钠盐为主的化合物，在磷酸装置的过滤装置及输酸管道上缓慢析出结晶物，造成管道、设备结垢堵塞，迫使装置必须停车以便进行清洗检修，从而降低装置开车率。磷矿中酸不溶物主要为分散性的泥质细小颗粒，在磷酸生产中不能被硫酸分解。随磷石膏一起进入过滤机后，极易堵塞滤饼空隙，降低过滤强度，缩短滤布使用周期，给过滤工序带来较大的困难。
2影响磷酸磷收率的因素
2.1磷矿石和磷矿浆的影响因素
磷矿石和磷矿浆的影响因素有：磷矿石贫化、杂质含量高、萃取结晶不好、过滤效果差等。磷矿混配不均，会造成磷矿浆中MER值大幅波动，当MER值超过指标范围时，磷酸粘度急剧上升，洗涤率大幅下降。矿浆粒级分布不合理、细度不在理想的范围，偏大或偏小。矿浆粒度直接影响萃取反应时的不溶磷，如果粒度过大，则增加了不溶磷损失，磷收率将下降。
2.2萃取工艺指标的影响因素
萃取槽游离硫酸根控制的稳定性。萃取槽SO3过低，过程推动力不足，反应石膏结晶细小难于过滤，影响洗涤率。萃取SO3过高，会产生磷矿的包裹现象，降低转化率，形成针状石膏结晶。萃取反应温度。温度低反应速率慢，料浆黏度大，影响过滤洗涤率。
2.3过滤过程控制的影响因素
过滤过程的控制。过滤料浆分布情况，布料量不均匀，滤饼厚度不同、不平整。洗水温度忽高忽低。石膏洗涤不能保持适当的液膜厚度，洗涤不充分、吸收不充分。过滤机冲盘水压力不稳定及滤布不完好，滤布再生不彻底。高效助滤剂的浓度和加入量不高效。滤布的透气性能及强度不优越。过滤系统的真空度不适合。
2.4机械损失的影响因素
产品酸泵、返酸泵及管线泄露，气相管线及气液管线分离器回液管泄露，包括“跑、冒、滴、漏”，系统机械损失。
3提高磷收率的控制措施
3.1磷矿石和磷矿浆的控制措施
磷矿石在贫化，最大程度上减少单批低品质磷矿直接进入生产装置。磷矿石品位在下降，R2O3（Al2O3、Fe2O3）、MgO在逐月上升。公司改进措施：安排专人不仅负责与供矿公司联系，并且还与物资管理部和生产管理部联系，每天根据磷矿质量分析报告，对运入公司的每个车厢的磷矿进行核查，磷矿质量达不到标准的车厢严禁卸载直接入库，必须倒运到堆场，用其他磷矿进行搭配使用；如果磷矿品位整体偏低，则及时报告给生产管理部，由生产管理部协调物质管理部对进矿质量进行协调，最大程度上减少单批低品质磷矿直接进入生产装置，从而减少因磷矿品质原因造成磷收率下降。磷矿浆生产过程严格控制，矿浆粒度直接影响萃取反应时的不溶磷，如果粒度过大，则增加了不溶磷损失，磷收率将下降。矿浆含固量直接影响到过滤洗水的加入量，含固量低，过滤洗水加入量相应减少，洗涤率下降。公司改进措施：做好钢棒（钢球）加入周期和加入量的控制工作，严格考核每天矿浆粒度；做好浓密机系统平衡，保证浓密机取出矿浆含固量大于55%。
3.2萃取工艺指标的控制措施
加强萃取槽硫酸根控制，提高料浆质量的稳定性。过程控制中萃取槽硫酸根波动在较大范围内，使料浆质量亦不稳定。改进措施：通过理论计算和实际生产，从2017年开始将萃取过量SO3控制在21g/L～45g/L，在此范围内，既能确保良好的石膏结晶，又能减少过量硫酸加入量。每3h分析一次过量SO3，当过量SO3发生大幅度波动时，2.5h分析一次。萃取槽至消化槽杜绝溢流料浆短路现象，优化工艺控制指标，提高萃取槽反应温度，降低料浆黏度。随着磷矿的不断贫化，反应温度73℃已不利于磷矿的分解，不溶磷增加。改进措施：2017年萃取槽反应温度由以前的73℃提高到77℃，以降低不溶磷和降低过滤料浆的粘度。三洗水温度由50℃提高到60℃，以提高洗涤率。
3.3过滤过程控制的措施
做好生产负荷平衡、滤布再生控制、过滤机转速调节，使滤饼厚度均匀、稳定。过滤机布料的不均匀、平整，石膏洗涤效果变坏。改进措施：做好过程控制中的生产组织平衡，确定适宜的生产负荷，使上过滤机的布料量适宜。根据布料量，调节好过滤机转速控制，使石膏厚度能保持约3cm～7cm。确保滤布充分再生，尽量减少因滤布结垢而造成的石膏凹凸不平的情况发生。控制好装置运行周期，严禁因滤布严重结垢或通洞而使石膏厚薄不均，造成洗涤效果变差的情况发生。过程中加强过滤机洗涤水挡皮调节，保持适当液膜厚度及吸干区。及时更换老化或不适宜的挡皮，确保洗涤水不后延或外溢。
结语
经过公司的努力，2018年平均磷回收率比2017年提高了0.90%，继续加强对石膏水溶磷的关注，提高了总磷回收率。加强对员工操作业务技能的培训与实践。实现从磷矿研磨到磷石膏渣场全过程的监控，把各项工作做细做实。时刻把降低磷酸单耗作为磷酸生产的第一要务，争取总磷回收率达到97%以上。
参考文献：
[1] 朱灵仁，念吉红.提高磷酸浓缩装置运行周期及清洗效果的技改措施[J].硫磷设计与粉体工程，2013（6）：29-32.
[2] 朱灵仁.采用磷酸串级浓缩工艺稳定磷铵二铵产品质量[J].磷肥与复肥，2013，28（6）：21-23.
（作者单位：瓮福达州化工有限责任公司）
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