生產磷酸的方法
2023-10-21 10:55:52 1
專利名稱：生產磷酸的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於生產磷酸的方法，包括-形成包含二水合硫酸鈣和磷酸的第一種含水漿料(bouillie)，-形成包含半水合硫酸鈣和磷酸的第二種含水漿料，-使用過濾器過濾形成濾餅並分離含有磷酸的含水相。
背景技術：
主要通過過濾二水合硫酸鈣(CaSO4.2H2O)形成濾餅的方法是早已知道的(例如參見BE-660216和BE-683739)。在這些專利中規定了在較高溫度和酸度條件下硫酸鈣的轉化，目的是將其提純並使其再結晶為半水合硫酸鈣(CaSO4.1/2H2O)。
英國專利313.036和US專利1.902.648描述了伴隨得到半水合硫酸鈣的磷酸的生產，然後將半水合硫酸鈣轉化為二水合物，目的在於通過在第二過濾器上的過濾和洗滌操作將其分離。
US專利1.836.672涉及一種兩步法，即第一步包括磷酸鹽和硫酸反應同時生成半水合物和濃磷酸，然後通過過濾操作分離濃磷酸，而在第二步中，在使得硫酸鈣再結晶為二水合物的酸度和溫度條件下，將仍然用磷酸浸溼的半水合物再懸浮於硫磷介質中。
還已知一種生產磷酸和硫酸鈣的連續方法，其包括在過濾二水合物或半水合物形式的硫酸鹽以後，以相同形式的不變的結晶或者以無水硫酸鈣II或半水合物或分別地含一定比例的無水硫酸鈣II的二水合物的形式再結晶(參見EP-B-0181029)。
最後還已知一種生產磷酸和硫酸鈣的方法，該方法包括在過濾器上連續處理從幾個反應區產生的處理液，每個反應區供應有由硫酸浸蝕礦石形成的含水漿料(US-A-3911079)。這些漿料按需要可含有二水合硫酸鈣或者半水合硫酸鈣。由此得到的濾餅因而包含疊加的二水合硫酸鈣或者半水合硫酸鈣層，而層與層之間沒有滲透。此方法的目的是增加在最後反應區所生成的磷酸中的P2O5濃度。然而這種相對複雜的方法不易控制，存在裝置的生產率不太經濟的缺點。
在所有這些現有的方法中，一直都是單獨過濾半水合硫酸鈣或者二水合硫酸鈣。
在常規的二水合物過濾方法中，石膏是不得不被除去的副產物。而且，其僅可在明確限定的條件下堆放在往往遠離生產點的場所。所得到的石膏夾帶大量水，這使其難於處理而且增加乾燥運送的成本。此外，存在汙染排放點地下水的風險。
工業中使用的溼法使得能夠生產濃磷酸(大於40％P2O5)，該方法很久以來一直碰到同時生產半水合硫酸鈣以及在高溫下操作的困難工作條件導致腐蝕和積垢，這將導致額外的生產成本。
發明內容
本發明的目的是開發一種生產磷酸的方法，其能夠克服上述缺陷，同時允許使用工藝上簡單的裝置或者容易適應目前正在使用的裝置。
根據本發明，通過開始部分說明的方法可以解決上述問題，所述方法包括-在所述過濾之前和/或所述過濾的過程中，混合所述第一種漿料和所述第二種漿料，和-過濾這種混合物，形成由二水合硫酸鈣和半水合硫酸鈣的混合物組成的濾餅。
已經顯示了使用這種十分簡單的方法的極大好處。與過濾由二水合硫酸鈣形成的濾餅相比，濾餅的過濾性提高，這是因為其孔隙率會由於存在半水合物晶體(其結構(孿晶)不同於石膏晶體的結構(針狀))而變大。這提高了已安裝在現有工廠中用於過濾石膏的過濾器的生產能力。如果建造新的磷酸生產設備，則可以減小過濾器的尺寸，這將降低投資成本。
此外，出人意料地，可以看到與只包含二水合物的漿料相比，向過濾器提供含有二水合物和半水合物的混合物使得可以在最短的過濾時間內得到游離水和水溶性P2O5含量最低的濾餅，這是不可預知的，而且大大增加了裝置的經濟獲益能力。
如上所述，由過濾器排放的濾餅因而與過濾只含二水合物的漿料所得到的濾餅相比含有較少的游離水。在成堆排放之後，不穩定的半水合物晶體藉助於仍存在於所排放的濾餅中的游離水而再水化。因此在出料點伴隨濾餅的酸化水的量降低，這降低了汙染地下水的危險。濾餅隨時間流逝而乾燥，其易於運送而且可以成堆儲存，這可以減少排放料所需的場地表面面積。
此外，由於部分石膏再結晶為半水合硫酸鈣將釋放磷酸形式的磷酸根離子，因此產生二水合硫酸鈣的磷酸生產裝置的整體效率得到提高。
根據本發明的一個實施例，該方法包括在過濾之前混合第一種含水漿料和第二種含水漿料並向過濾器提供所述混合物。這種混合可以簡單地進行，例如通過將過濾器進料管連接到生產本發明方法中的兩種漿料的槽的出料管上。也可以另外提供混合兩種漿料的中間混合器。本發明方法還可以同時向過濾器提供所述第一種漿料和所述第二種漿料並在該過濾器本身中混合這兩種漿料。
可以通過任何合適的方式獲得含水漿料。例如可以設想兩者中的一種或者另一種可以通過硫酸浸蝕(attaque sulfurique)磷酸鹽礦石來產生。也可以設想半水合物漿料可以按照本身已知的方式由二水合物漿料的一部分形成，例如通過改變從二水合物漿料提取的這部分的溫度和/或酸度條件來進行。這種改變僅要求在現有裝置的浸蝕槽的出料口安裝一個單獨的附加槽即可。因此，該方法有利地包括硫酸浸蝕磷酸鹽礦石形成所述第一種含水漿料，提取所述第一種含水漿料的一部分，和處理這一部分漿料，使所述第一種含水漿料轉化為所述第二種含水漿料。
這種處理可以包括例如向所述從第一種含水漿料提取的部分中添加硫酸，或者對其加熱，例如通過加熱該槽或者向漿料中注入蒸汽，或者兩種方式同時進行。
反之，還可以設想，以本身已知的方式，二水合物漿料可由半水合物漿料的一部分形成。
在某些情況下，半水合物漿料是比二水合物漿料更加酸性的介質，也就是說其含有較高的硫酸含量。
當把兩種漿料的混合物提供給過濾器時，所得到的磷酸的硫酸含量有時高於技術要求，因而在必要時需要對濾液進行脫硫酸鹽，例如通過向濾液中添加磷酸鹽礦石並且沉降所形成的硫酸鈣，其將優選地被再循環至磷酸鹽礦石的硫酸浸蝕中。
在所附權利要求中說明了該方法的其它具體實施方式
。
現在參照唯一的附圖將更詳細地說明實現本發明方法的裝置的實施方案的實例，該附圖為流程圖。
具體實施例方式
這種裝置包括浸蝕槽1，向該槽中由2引入研磨的磷酸鹽礦石和由3引入硫酸，以及由4引入由本發明方法再循環的磷酸水溶液。在所述槽中，以已知的方式應用浸蝕條件，以獲得包含二水合硫酸鈣和磷酸的含水漿料，漿料經排料管5從槽1中排出。
由槽1排出的這種漿料的一部分由取料管6提取並送至轉化槽7。在此槽中處理該漿料，以使其轉化為包含半水合硫酸鈣和磷酸的含水漿料。在這種實施方案的實例中所應用的處理包括從8引入附加的硫酸和/或對該槽進行加熱和/或從9向漿料中注入蒸汽。任何其它合適的熱源當然也可以用於此目的。在酸度和/或溫度升高的作用下，二水合物轉換為半水合物。
由槽1排出的漿料的剩餘部分經管10送至箭頭11所示的混合步驟。在槽中處理的漿料經排料管12被送到這個相同的混合步驟。
正如所示出的，這個混合步驟可藉助於共用進料管來進行，管10和管12通入到該共用進料管中，不過也可以藉助於管10和管12通入其中的攪拌槽來進行，由此得到的混合物被排放至過濾器13。還可以設想通過管10和管12直接向過濾器13中同時加入兩種漿料，在過濾器13中進行混合。
過濾器13可以是任何合適的已知過濾裝置，如帶式過濾器，具有置於旋轉式傳送帶中的過濾單元的裝置等等。
在所示的實例中，兩種漿料的混合物在過濾器的第一部分中過濾，在14得到濾液，其是該方法的產物，即磷酸的水溶液。
所示的方法在過濾之後包括洗滌濾餅的兩個步驟。利用在15提供的洗滌液(其例如是水)進行第二次洗滌。
在16得到的洗滌產物被再循環至17作為第一個洗滌步驟的洗滌液。在18得到的洗滌產物(其由第一個洗滌步驟產生)是磷酸水溶液，其可以經再循環管19在4處被再循環至浸蝕槽1中。
如果在排出管14獲得的過濾的磷酸具有過高的殘餘酸含量，則可以使管14通入脫硫酸鹽槽20，脫硫酸鹽槽20裝有攪拌器並且在21向其中例如添加磷酸鹽礦石。則在此槽中形成硫酸鈣，硫酸鈣可以經管22被運送到例如澄清器27，在該澄清器中通過沉降硫酸鈣發生分離，硫酸鈣經排出管23排出澄清器25，同時在28回收提純的磷酸。然後該硫酸鈣還可以在24被再循環至浸蝕槽1中。
最後，在過濾器13的下遊端，濾餅被排放並且可能被運送，按箭頭25所示。然後濾餅可在26堆放。在排放、運送和/或堆放的過程中，由於濾餅中存在殘餘的水，半水合物漸漸轉化成二水合物。因此，濾餅逐漸地失去了其水含量，這有助於運送和成堆排放。
有利地，在11的混合步驟的過程中，兩種漿料的混合物包含重量比為90/10至10/90，優選70/30至30/70的二水合硫酸鈣和半水合硫酸鈣。
還可以針對過濾器規定，在本發明混合物的過濾的上遊或下遊，向過濾器提供至少一種另外的含水漿料，該含水漿料例如只含有二水合物，只含有半水合物或者兩者的混合物，特別是以不同於混合步驟11所提供的漿料的比例。
現在藉助於作為說明而非限制性的實施例將更加詳細地說明本發明的方法。
實施例1進行兩個系列的四個實驗。在每個系列的實驗中，以四種不同的方式向過濾器供給漿料1.首先供給半水合物漿料(20％重量)，隨後供給石膏漿料(80％重量)2.首先供給石膏漿料(80％重量)，隨後供給半水合物漿料(20％重量3.根據本發明供給混合的半水合物和石膏漿料，二水合物/半水合物的重量比為80/20。
4.供給由100％重量石膏組成的漿料。
在400mmHg低壓條件下在具有1dm2有效表面面積的布氏漏鬥上進行過濾。該過濾被分成四個相繼的步驟通過分離包含在漿料中的磷酸和晶體形成一個或多個濾餅(下表1和表2中「母液」欄)，用第二次洗滌的濾液第一次洗滌如此形成的濾餅(「洗滌1」欄)，用取自工業環境的水第二次洗滌濾餅(「洗滌2」欄)，最後利用空氣乾燥濾餅(「排水」欄)。
第一系列實驗結果列於下表1中
第二系列實驗結果列於下表2中
H半水合物-D二水合物-WS P2O5水溶性P2O5＝浸漬的磷酸這兩個系列清楚地表明，首先供給半水合物的實驗(實驗1a和1b)和預先混合漿料的實驗(實驗3a和3b)獲得最小的過濾時間，實驗3b中的混合物具有更好的結果。
此外，以混合物形式供給半水合物和石膏漿料則系統性地使濾餅中游離水含量和水溶性P2O5含量最低。
實施例2以具有不同重量比的二水合物/半水合物混合物進行5個系列的實驗，與以單獨二水合物的實驗進行比較。
下表給出了總過濾時間，P2O5含量，產率以及半水合物再水化之後濾餅中的游離水含量。
D＝二水合物，H＝半水合物，WS P2O5＝水溶性P2O5＝浸漬的磷酸，TOT P2O5＝總計P2O5
這些結果充分說明，與單獨的二水合物相比，以混合物形式過濾的好處過濾時間減少，更好地回收P2O5，半水合物再水化之後濾餅中游離水含量降低。
必須說明的是本發明決不限於上述具體實施方式
，並且在沒有背離所附權利要求的範圍的前提下可以進行多種改變。
權利要求
1.一種用於生產磷酸的方法，包括-形成包含二水合硫酸鈣和磷酸的第一種含水漿料，-形成包含半水合硫酸鈣和磷酸的第二種含水漿料，-使用過濾器過濾形成濾餅並分離含有磷酸的含水相，其特徵在於該方法包括-在所述過濾之前和/或所述過濾的過程中，混合所述第一種漿料和所述第二種漿料，和-過濾這種混合物，形成由二水合硫酸鈣和半水合硫酸鈣的混合物組成的濾餅。
2.權利要求1的方法，其特徵在於該方法包括，在過濾之前，混合第一種含水漿料和第二種含水漿料並向過濾器供給所述混合物。
3.權利要求1的方法，其特徵在於該方法包括同時向過濾器提供所述第一種漿料和所述第二種漿料並在該過濾器中混合這兩種漿料。
4.權利要求1-3中任一項的方法，其特徵在於所述第一種漿料和/或所述第二種漿料通過硫酸浸蝕磷酸鹽礦石來形成。
5.權利要求1-4中任一項的方法，其特徵在於該方法包括硫酸浸蝕磷酸鹽礦石形成所述第一種含水漿料，提取所述第一種含水漿料的一部分，和處理這一部分漿料，使所述第一種含水漿料轉化為所述第二種含水漿料。
6.權利要求5的方法，其特徵在於所述處理包括向所述從第一種含水漿料提取的部分中添加硫酸和/或對其加熱。
7.權利要求1-6中任一項的方法，其特徵在於該方法包括排放同時包含二水合硫酸鈣和半水合硫酸鈣以及殘餘水的濾餅，並且隨後在這種殘餘水的存在下半水合硫酸鈣水合為二水合硫酸鈣。
8.權利要求7的方法，其特徵在於濾餅的排放是通過幹法成堆進行的。
9.權利要求1-8中任一項的方法，其特徵在於在所述過濾過程中分離的包含磷酸的含水相進行了隨後的脫硫酸鹽處理。
10.權利要求9的方法，其特徵在於隨後的脫硫酸鹽處理包括向上述含水相中添加磷酸鹽礦石以及分離由此形成的硫酸鈣。
11.權利要求10的方法，其特徵在於由此形成的硫酸鈣被再循環至形成所述第一種含水漿料的步驟。
12.權利要求1-11中任一項的方法，其特徵在於，在所述的含有磷酸的含水相分離以後，該方法包括至少一個利用洗滌液洗滌濾餅的步驟。
13.權利要求12的方法，其特徵在於該方法包括來自至少一個上述洗滌步驟的洗滌液再循環至所述形成所述第一種和第二種漿料中的至少一種漿料的步驟。
14.權利要求1-13中任一項的方法，其特徵在於獲得的混合物包含重量比例為90/10至10/90的二水合硫酸鈣和半水合硫酸鈣。
15.權利要求1-14中任一項的方法，其特徵在於該方法還包括，在所述混合物過濾之前和/或之後，至少一個向過濾器供給所述第一種和第二種含水漿料之一的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種用於生產磷酸的方法，包括形成包含二水合硫酸鈣和磷酸的第一種含水漿料；形成包含半水合硫酸鈣和磷酸的第二種含水漿料；使用過濾器過濾形成濾餅並分離含有磷酸的含水相。
文檔編號C01B25/225GK1960941SQ200580017914
公開日2007年5月9日 申請日期2005年6月1日 優先權日2004年6月1日
發明者S·庫洛維斯奇 申請人:普拉昂技術公司