湿法磷酸生产中沉降剂的研究及应用

张 正，刘明高，李 防，邓光政，付海军，韩 翼，朱 刚，刘 林

(宜都兴发化工有限公司，湖北 宜都 443311)

我国的磷矿资源丰富，磷酸工业正稳健发展、逐步趋于成熟，但中低位矿多、富矿少，中低品位矿石广泛应用于湿法磷酸生产，这极大影响了磷酸的质量及向下游产业供酸的效率。目前，许多厂家在湿法磷酸澄清工序添加沉降剂来优化湿法磷酸生产工艺[1]。加入沉降剂可以加快磷酸杂质沉降的速度，减少浓磷酸的澄清时间[2]，在一定程度上可解决因磷矿品味低导致的磷酸质量差的问题，提高湿法磷酸的生产效率。

兴发集团宜都兴发化工有限公司2012年10月建成1套30万t/a湿法磷酸装置，经过2014年年低扩能改造，现产能为36万t/a(折100%P2O5)，目前装置浓酸沉降工序设有1个Φ18200×12000mm陈化槽，2个Φ18200×12000mm浓磷酸澄清槽。生产过程中浓缩工序浓磷酸进入浓磷酸陈化槽，浓磷酸陈化槽中酸液经陈化后，启动浓磷酸陈化槽泵，将浓磷酸送入浓磷酸澄清槽，浓磷酸澄清槽上层清液经澄清后由浓磷酸输送泵送至下游生产装置，底流淤渣经锥体底部浓磷酸於酸泵输送至渣酸贮槽。

1 实验部分

充分考虑到与实际生产的结合及匹配，本实验在宜都兴发化工有限公司(以下简称“宜都兴发”)磷酸生产现场进行，实验分为两个阶段：一是在实验室进行小试实验；二是在宜都兴发磷酸生产装置上进行工业试验。

1.1 实验室小试试验

1.1.1 试验药品

本试验采用某公司提供的磷酸沉降剂，沉降剂由A、B两种药剂组成，A为助凝剂，B为絮凝剂[3]。

取自宜都兴发36万吨/年湿法磷酸装置浓磷酸陈化槽的浓磷酸其P2O5含量约47.8%，温度约75℃，密度约1.61g/mL，颜色为灰绿色至深灰色，固含量约5%。

1.1.2 试验过程

分别使用2000mL烧杯取宜都兴发的浓磷酸约1000mL，分别加入0，50,100，200ppm(占浓酸质量分率)的助凝剂(A)，搅拌均匀后再分别间隔2,4,6,8s分别加入0,2 ,4,6，8,10ppm(占浓酸质量分率)的絮凝剂(B)，一起加入1000mL量筒沉降，停止搅拌以后观察量筒中磷石膏的沉降情况。

经实验发现：未添加沉降剂的空白磷酸中的固体颗粒较小，沉降速度缓慢，沉降后，下层的磷石膏比较厚、很疏松、呈灰白色，上层的酸液仍有细小的悬浮物存在；添加了沉降剂的磷酸中有大量的固体大颗粒迅速下降，在沉降基本完成之后，上层的酸液比较透明，悬浮颗粒较少。对于添加不同浓度沉降剂的磷酸，在初期它们的沉降速度随着A、B两种药剂浓度的增大而加快；A、B两种药剂加入间隔时间在5s左右时沉降速度较快。

1.2 生产装置工业试验

1.2.1 实验目的与要求

目的：加快浓磷酸中杂质的沉降；降低浓磷酸的固含量。

要求：添加沉降剂后磷酸的浓磷酸的有效沉降时间缩短≥1h/m，经有效沉降后浓磷酸的固含量≤0.8%。

1.2.2 试验药剂及加药系统

根据小试试验，沉降剂A在配置浓度为30%较方便溶解，考虑经济效益用量100～150ppm(占浓酸质量分率)，沉降剂B的配置浓度1‰～2‰，考虑经济效益用量6～10ppm(占浓酸质量分率)。

根据磷酸生产单次转酸量，在磷酸罐区安装了1.5m×1.5m搅拌槽(A药剂用)和3.0m×3.0m搅拌槽各一个(B药剂用)，并各自配置一台计量泵和一台流量计控制加药量。将药剂A、B分别配置最佳浓度溶液，在浓磷酸由陈化槽转入澄清槽的过程中，利用隔膜泵将药剂A、B分别泵入转酸管道，随浓磷酸一起进入浓磷酸澄清槽中。

1.2.3 试验过程

根据实验室小试报告，药剂A与B需分别浓磷酸混合，并间隔5s左右。在实际生产现场，为到达此要求，对现场加药点做出三次调整，具体调整方案如下：

(1)药剂A、B加药位置均选在同一侧转酸泵泵入口管道，二者间距0.8m左右。根据计算所得，5s间隔需管道13m左右，二者间距太短，所得实验效果较差。为此做出第二次调整。

(2)药剂A加药位置不变，药剂B加药位置后移至转酸泵泵出口管道，二者间隔8m左右。由于药剂A能够在转酸泵中与浓磷酸混合的更加充分，理论上能够取得较好的效果，但由于泵出口压力较大，药剂B泵入管道困难，用量降低较大，所得试验效果较差。为此做出第三次调整。

(3)将陈化槽两侧转酸位置利用管道连接起来。转酸时，开启一侧陈化槽底部阀门，药剂A在此侧泵入口管道中加入，流经中间连接管道至另一侧转酸位置转酸泵进行转酸，药剂B则在另一侧转酸泵入口管道加入。药剂A、B均在转酸泵入口管道加入，二者间隔18m左右，满足试验小试要求的5s时间间隔。

1.2.4 试验结果

1.2.4.1 空白试验结果

转酸至澄清槽液位为8.2m,不添加药剂进行澄清，澄清结果如下：

表1 空白试验结果表

1.2.4.2 方案1试验结果

取澄清至槽液位4m处的澄清高度统计澄清速率。

表2 第一轮试验记录表

1.2.4.3 方案2试验结果

取澄清至槽液位4m及2m处的澄清高度统计澄清速率。

表3 第二轮试验记录表

1.2.4.4 方案3试验结果

取澄清至槽液位4m及2m处的澄清高度统计澄清速率。

表4 第三轮试验记录表

1.2.5 试验数据分析

说明：为了数据有代表性，只取了转酸后槽位大于6米的数据。

序号试验名称沉降速率/(h/m)4m2m备注1空白试验3.023.142第一轮试验2.29-A、B加药间距不足3第二轮试验2.77-B在转酸泵出口,试验不成功4第三轮试验1.721.88增长转酸泵前管道长度

2 结论

(1)在实验室小试中，试验组沉降固渣增加了3%，清液中钙离子和硫酸根稍有下降，自然沉降清液含固量为0.95%,药剂沉降的清液含固量为0.52%，清液含固量下降约50%。综合考虑经济效益及沉降效果，宜都兴发浓磷酸采用100～150ppm A助滤剂且间隔约5s后加入6～10ppm B絮凝剂后沉降效果最佳。

(2)在生产装置工业试验中，通过添加沉降剂，浓酸沉降速度显著加快，从沉降速率可知，每米沉降时间缩短1.2～1.4h。为保障向下游的供酸效率，自然沉降的浓磷酸供清酸含固量在1.2%左右，通过加入沉降剂，清酸含固量可以控制在0.7%以下。通过初步测算，每吨48%磷酸的成本增加约0.33元，每吨五氧化二磷增加0.69元成本，每月药剂费用大概2万元。若大量使用，药剂单价有下降空间。用添加沉降剂的方法来加快浓酸的沉降速度，减少停留时间，提高装置负荷，扩大磷酸产量，在实际生产中切实可行。

(3)根据实际生产情况，可以通过大量的实验和分析来确定沉降剂的加入方式、添加用量度等条件，力求达到沉降剂最佳的使用效果。