一種磷酸生產工藝的製作方法

2023-10-11 03:08:59

專利名稱：一種磷酸生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及磷酸生產領域，是關於一種溼法磷酸生產工藝的改進。
磷酸是一種重要的化工原料，其生產方法分溼法和熱法兩大類。典型的溼法制磷酸是用硫酸分解磷礦，所得的磷酸料漿經液固分離後獲得磷酸和硫酸鈣。根據條件不同，依據其生成硫酸鈣所含結晶水的多少，溼法磷酸的生產方法又可分二水法、半水法、無水法、半水——二水法和二水——半水法。其中無水法至今沒有實現工業化，半水法因操作要求高，故選用較少。二水法是當今磷酸生產的主要方法，其產量佔磷酸總產量的80％以上，且裝置規模已趨大型化。二水法存在兩個缺點其一是石膏晶格中存在CaHPO4的共晶現象，P2O5損失嚴重，回收率不高；其二是磷酸濃度不高，僅為30％左右。我國目前磷酸生產大部分採用二水法，只有少數使用半水法或半水一二水法，尚未見有使用二水——半水法。
本發明的目的在於提供一種可利用較低品位的磷礦製取高濃度磷酸、並可獲得含磷量較低的高質量磷石膏，以適合生產硫酸和水泥的需要。
本發明的解決方案是分兩步投入磷礦漿與硫酸，並將反應料漿一部分直接分流到轉化槽中參於二水石膏的轉化。本發明採用了以下生產工藝1.磷礦漿、硫酸和從過濾機6返回的淡磷酸9，按比例投入第一反應槽1中進行分解分應。其投料比(重量比)為磷礦漿∶硫酸∶返回磷酸＝1∶(0.6～0.8)∶(1.0～2.5)。磷礦與硫酸的摩爾比為1∶5。在第一反應槽中磷礦漿、硫酸的投入量為其投料總量的70-90％，控制反應溫度75-85℃，液固比為2.3～2.6、液相中SO3濃度為0.04-0.07g/L，反應液相中P2O5生成濃度為28-30％。
2.一次反應液進入第二反應槽2，並在第二反應槽中補加剩餘磷礦漿與硫酸，使之反應完全。在第二反應槽中控制反應溫度70-80℃、液固比為2.3-2.7，液相中SO3濃度0.03～0.05g/L，反應液相中P2O5生成濃度為30～35％。
3.二次反應後的料漿，一部分料漿8被分流到轉化槽4，其分流量為二次反應後流出料漿總量的10～30％，其餘部分7進入分離器5提取成品磷酸，磷酸產品濃度為P2O533-39％。
4.由分離器分離出的二水磷石膏10和從第二反應槽流出二次反應料漿的分流部分料漿8，進入轉化槽4，並補加部分硫酸，通入蒸汽，進行轉化反應。硫酸的補加量為投入第一反應槽中硫酸量的5-15％。在轉化槽中控制溫度為90-105℃，液固比為2.5～3，液相SO3濃度為0.07～0.09g/L，此時液相中P2O5濃度為24～30％左右。
5.轉化液進入助濾槽5，加入焦炭粉，其加入量與石膏的比例為1∶16～30，混勻後送入過濾機6過濾分離，濾液9(P2O5濃度為24～30％)返回第一反應槽，濾餅即為半水石膏生料，其結晶水含量為4-8％、吸附水為18-20％左右，自然水化為二水石膏後，其吸附水僅為5-10％，可作為生產硫酸和水泥的原料，也可做石膏板及其它建築材料。
本發明的一個重要特徵在於在兩個反應槽中分兩次投入磷礦漿和硫酸進行分解反應，在第一反應槽中投入70-90％的磷礦漿與硫酸，可以控制較低的P2O5濃度和儘可能高的游離硫酸濃度，以便獲得良好結晶條件，減少P2O5的共晶損失；在第二反應槽中補加部分磷礦漿和硫酸，可以控制槽內有較高的P2O5濃度(達到30～35％)，並保持了良好的石膏結晶成長條件，石膏結晶粗大、均勻，具有良好的過濾性能。由此減少了P2O5的共晶的損失和水溶性P2O5的損失，未分解的P2O5降低，提高了P2O5的收率，因此可以使用中品位磷礦來生產高濃度磷酸。
本發明的另一個重要特點是從第二反應槽反應完成後流出的料液，一部分被直接分流進入轉化槽，參於由離心機分離出的二水合石膏的轉化反應。在這一步驟中也補加了適量的硫酸，使得轉化槽的液相有較高濃度的硫酸和磷酸，形成了穩定二水石膏向半水石膏轉化的條件，既促進轉化過程和半水石膏結晶的長大，並且可以防止半水石膏的「過度脫水」。
本發明的再一個重要特點是轉化後的半水石膏，在過濾之前，在助濾槽中加入了一些焦炭粉。多孔性的焦炭顆粒可以吸附料漿中存在的氟矽酸等組分，使濾料的孔隙度增加，從而提高了半水石膏的過濾速度，使過濾機的生產能力提高10～30％。
下面再結合附圖對本發明工藝流程作進一步說明。
附

圖1是本發明磷酸生產工藝流程示意圖。
圖1中，磷礦漿、硫酸和從過濾機6返回的淡磷酸9一起進入第一反應槽1進行分解反應，反應時間約1.5-2小時，磷礦漿與硫酸的加入量分別佔其投料總量的80％左右。一次反應液進入第二反應槽之中，並在第二反應槽中補加部分磷礦漿與硫酸使反應完全，反應時間約1.5-2小時，磷礦漿與硫酸的補加量分別佔其投料總量的20％左右。二次反應完全後的料漿，分流一部分料漿8到轉化槽4，其餘部分料漿7進入分離器3，得到P2O5濃度為33-39％的成品磷酸。從分離器5中分離出的二水石膏10進入轉化槽4，與分流的二次反應後的料漿8混合，並補加適量硫酸進行轉化反應，此時二水石膏在這裡轉化成半石膏，反應時間約40～60分鐘。轉化液進入助濾槽5，並加入焦炭粉，混勻後送入過濾器6過濾，濾液中含有24-30％P2O5的淡磷酸返回第一反應槽，濾餅為半水石膏，其中含結晶水4-8％、吸附水18-20％，含有P2O50.05～0.2％，作為生產硫酸和水泥的原料，也可作石膏板及其它建築材料。
本發明的優點是很明顯的，本發明採用兩個反應槽分二次投入磷礦漿和硫酸，並將反應後的料液一部分直接分流到轉化槽中參與二水石膏的轉化。從而提高了P2O5的收率，其回收率可達99％以上，並可獲得高質量的半水石膏，其P2O5含量為0.05-2％，結晶水含量為4-8％，吸附水含量19％左右。半水石膏自然水化後，無需烘乾即可用於生產硫酸和水泥。濾料中加入焦炭粉作為助濾劑，提高了過濾機的生產能力，降低了能耗，具有明顯的經濟效益與社會效益。
下面再用幾個實施例對本發明作進一步說明，當然決不局限於這幾個實例之中。
實施例1
進料磷礦漿與硫酸的摩爾比為1∶5，磷礦漿、硫酸、返回淡磷酸的投料比為1∶0.75∶1.6，返回淡磷酸的濃度為27.1％。
第一反應槽加磷礦漿71％份，加硫酸72％份，反應溫度79℃，SO3含量0.064g/L，液固比2.55，含P2O528.9％，反應時間1.8小時。
第二反應槽加磷礦漿29％份，加硫酸28％，反應溫度74℃、SO30.038g/L，液固比2.59，含P2O533.1％，反應時間1.6小時。
轉化槽溫度為96℃，SO30.079g/L，液固比2.77，P2O527.4％，反應時間54分鐘。
進分離器料漿比例為72％，成品磷酸濃度為37.14％，P2O5回收率為99.1％，半水石膏中P2O5含量為0.13％，含結晶水6.78、吸附水19.16％。
實施例2進料磷礦漿與硫酸的摩爾比為1∶5，磷礦漿、硫酸、返回淡磷酸的投料比為1∶0.68∶1.4。
第一反應槽中加磷礦漿78％份，硫酸80％份，反應溫度83℃，SO3含量0.053g/L，液固比2.41，含P2O529.1％，反應時間2小時。
第二反應槽中加磷礦漿22％份，硫酸20％份，反應溫度78℃，SO3含量0.031g/L，液固比2.57，含P2O534.3％，反應時間1.6小時。
轉化槽溫度94℃，SO30.067g/L，液固比2.91，含P2O528.3％，反應時間1小時。
進分離器料漿比例77％，成品磷酸濃度為38.03％，P2O5回收率為99.4％，半水石膏中含P2O50.08％、含結晶水7.13％、吸附水18.94％。
權利要求
1.一種製取磷酸的生產工藝，包括磷礦石分解、分解液分離、二水磷石膏轉化和過濾等過程，其特徵在於該方法有以下步驟1-1.磷礦漿、硫酸和從過濾機返回的淡磷酸(9)按比例投入第一反應槽(1)進行分解反應；1-2.一次反應液進入第二反應槽(2)，並在第二反應槽中補加剩餘的磷礦漿與硫酸，使之反應完全；1-3.二次反應後料漿的一部分料漿(8)分流到轉化槽(4)，分流量為二次反應流出料漿總量的10-30％，其餘部分(7)進入分離器(3)提取磷酸；1-4.由分離器分離出的二水磷石膏(10)、補加硫酸與從第二反應槽分流出來的部分反應料漿(8)進入轉化槽(4)進行轉化；1-5.轉化液進入助濾槽(5)，加入焦炭粉混合後，送入過濾機(6)過濾分離，濾液(9)返回第一反應槽，濾餅為半水石膏生料作為制硫酸和水泥的原料使用。
2.依照權利要求1所述的生產工藝，其特徵在於步驟1-1中硫酸和磷礦漿的投入量為其投料總量的70-90％。
3.依照權利要求1所述的生產工藝，其特徵在於步驟1-4中硫酸的加入量為步驟1-1中硫酸投料量的5～15％。
4.依照權利要求1所述的生產工藝，其特徵在於在步驟1-1中，控制反應溫度75～85℃，反應液中生成的P2O5濃度為28～30％，液相SO3濃度為0.04-0.07g/L。
5.依照權利要求1所述的生產工藝，其特徵在於在步驟1-2中，控制反應溫度70～80℃，反應液中生成的P2O5濃度為30～35％，液相SO3濃度為0.03-0.05g/L。
6.依照權利要求1所述的生產工藝，其特徵在於在步驟1-4中，控制反應溫度90～105℃，液相SO3濃度為0.07-0.09g/L。
7.依照權利要求1所述的生產工藝，其特徵在於步驟1-5中返回第一反應槽的濾液中P2O5濃度為24-30％。
全文摘要
一種磷酸生產工藝,採用兩個反應槽,分二次投入磷礦漿和硫酸,在第一反應槽中磷礦漿與硫酸的投入量為其總量的70－90%,磷礦漿、硫酸與返回磷酸的投料比為1∶0.6～0.8∶1.0～2.5。反應液以10－30%的比例分流,直接進入轉化槽參與二水石膏的轉化反應。由此製取的磷酸濃度為33～39%。P
文檔編號C01B25/00GK1340457SQ00111330
公開日2002年3月20日 申請日期2000年9月1日 優先權日2000年9月1日
發明者馮怡生, 馮久田, 劉希崗, 王玉瑞, 呂天寶 申請人:山東魯北企業集團總公司