浓磷酸含固沉降技术改造与运行实践

张 诚，李 伟，邓天勇，罗忠梅

(贵州开磷集团矿肥有限责任公司，贵州贵阳550302)

浓磷酸含固沉降技术改造与运行实践

张 诚，李 伟，邓天勇，罗忠梅

(贵州开磷集团矿肥有限责任公司，贵州贵阳550302)

开磷矿肥二水法湿法磷酸生产中采用不经选矿的磷矿石原料，由于矿石中镁含量高，导致浓磷酸含固沉降困难，影响后续磷酸二铵生产。通过试验研究，确定浓磷酸中加入絮凝剂的质量分数为0.25%、絮凝剂添加量为0.1%，混合搅拌时间20 s至10 min。技术改造增设1个带双层浆叶的混合搅拌槽，浓磷酸澄清槽两侧出酸。技术改造后澄酸效率大大提高，澄酸时间缩短了约20 h，澄酸率提高了15%，磷酸二铵产量提高。

浓磷酸 含固沉降 试验研究 技术改造 运行实践

因磷矿石品种不同，磷酸装置生产的磷酸品质存在差异。贵州开磷集团矿肥有限责任公司(以下简称开磷矿肥)磷酸装置采用二水法湿法磷酸工艺，所用磷矿石是国内唯一不经选矿就直接用于高浓度磷肥生产的原料。进入磷酸系统的磷矿石粉平均w(P2O5)约为32%，伴随的杂质较多，其中w(MgO)约为2.5%；生产中磷矿石被硫酸分解，生成的镁盐因其溶解度较大而全部进入磷酸中，在浓磷酸中镁盐质量分数高达5%左右，造成浓磷酸黏度增大，不利于浓磷酸的含固沉降[1-2]。当磷矿石中的氧化镁含量偏高时，浓磷酸含固沉降更困难，直接影响后续磷酸二铵的生产。浓磷酸含固沉降技术改造的目的要在现有浓磷酸沉降设施基础上，通过技术改造，提高浓磷酸澄清速度，缩短浓磷酸澄清时间，提高浓磷酸澄酸率，满足磷酸二铵生产的需要。

1 现有浓磷酸澄清设施及现状分析

1.1 现有浓磷酸澄清设施

磷酸浓缩装置生产出来的浓磷酸通过泵输送到浓磷酸罐区陈化槽，经搅拌降温后经泵打到浓磷酸澄清槽的承插管口，与调配好的絮凝剂混合，经承插管垂直进入澄清槽下部，承插管出酸管口距离槽底2.3 m，罐满(一般保持10 m高的酸位)后停止进酸，浓磷酸进入含固沉降阶段。沉降一段时间后，经分析澄清槽上层浓磷酸含固质量分数在2.5%以下即可移出，供磷酸二铵生产使用，槽底定期排渣。原澄清槽含固沉降设计工艺流程见图1。

图1 原澄清槽含固沉降设计工艺流程

1.2 浓磷酸澄清设施现状分析

1)磷酸浓缩装置生产的浓磷酸在陈化槽内搅拌降温的目的是析出晶体，减少浓磷酸在澄清槽内晶体析出量，提高浓磷酸澄清速度，但浓磷酸罐区空间和澄酸时间被占用。

2)澄清槽刚进满浓磷酸时，若上层浓磷酸含固量大于进酸(磷酸浓缩产酸)含固量，说明浓磷酸进澄清槽时，在进酸冲击作用下，随着浓磷酸液位上升，可能将澄清槽下部含固较高的浓磷酸带到澄清槽上部。

3)浓磷酸在澄清槽内澄清一段时间后会出现浓磷酸分层现象，即在澄清槽上层酸中一层清酸、一层浑酸交替呈现，说明浓磷酸在承插管口与絮凝剂可能存在混合不均匀或者絮凝剂浓度、加入量不足所造成。

2 浓磷酸澄清试验

为证实上述现象，开磷矿肥进行试验研究，为浓磷酸的含固沉降技术改造提供理论依据。

2.1 絮凝剂添加试验

取4个烧杯各加入浓磷酸1 L，再将烧杯分成2组，每组2个烧杯；每组分别添加质量分数0.25%，1.0%的絮凝剂溶液(现场配制)，搅拌20 s后，静置观察各烧杯中浓酸澄清的清酸量，不同配比浓度和添加量对浓磷酸澄清的效果见表1。

表1 不同配比浓度和添加量对浓磷酸澄清的效果

该试验目的是选择合适的澄清剂配比浓度和添加量，以达到最佳的浓磷酸澄清效果。试验结果表明：短时间内添加3 mL质量分数1.0%絮凝剂后溶液的澄酸效果更好，但静置1 h或更长时间后，2种絮凝剂添加方式对澄酸效果相差并不大。从经济上考虑，选择质量分数0.25%絮凝剂、添加量(絮凝剂与浓磷酸体积比)为0.1%的更为合理。

2.2 絮凝剂配比浓度及用量对比试验

在4个烧杯中分别加入1 L浓磷酸，将4个烧杯分成2组，每组2个烧杯；一组添加1 mL现场生产使用絮凝剂槽内取的絮凝剂溶液(质量分数为0.25%)，另一组加入1 mL试验配制的絮凝剂溶液(质量分数为0.25%)，再分别搅拌20 s，之后静置观察各个烧杯清酸量的变化，试验数据见表2。

表2 澄清剂配比准确性试验数据

该试验主要是对现场生产使用配制的絮凝剂溶液与试验配制的絮凝剂溶液的澄清效果进行对比。试验结果表明：澄清效果基本相同，说明现场生产配制的絮凝剂溶液准确性较高，能够达到使用标准，后续生产及试验均可使用现场生产配制的絮凝剂溶液。

2.3 絮凝剂添加后搅拌时间对比试验

在6个烧杯中分别加入1 L浓磷酸，将其分为3组，每组2个烧杯；每组均添加1 mL质量分数为0.25%的絮凝剂。第一组加入絮凝剂后搅拌20 s，第二组搅拌10 min，第三组搅拌20 min。另外再用1个烧杯加入1 L浓磷酸，添加澄清剂后不搅拌，然后静置观察澄清情况，试验数据见表3。

该试验主要观察添加絮凝剂后搅拌时间的长短对澄清效果的影响。试验结果发现：①添加絮凝剂后，一定要通过搅拌，絮凝剂才能尽快发挥作用， 否则会出现澄清分层现象；②搅拌20 s、10 min及20 min后，只要静置时间充足，澄清效果相差不大。为了延长浓磷酸澄清时间，将絮凝剂与浓磷酸的混合搅拌时间考虑在20 s以上10 min以内较为合理。

表3 搅拌时间对澄清效果的影响试验数据

2.4 浓磷酸在不同温度下的澄清试验

取5个广口试剂瓶，各加入1 L浓磷酸，每组均添加1 mL质量分数为0.25%的絮凝剂。分别恒温在75～80 ℃、70～75 ℃、65～70 ℃、60～65 ℃及55～60 ℃时，添加絮凝剂并搅拌20 s后静置，观察其澄清效果，各温度阶段下浓酸的澄清效果试验数据见表4，各温度阶段下澄清的清酸酸浓和含固分析数据见表5。

表4 各温度阶段下浓酸的澄清效果

表5 各温度阶段下澄清的清酸酸浓和含固分析数据

该试验主要目的为观察在各恒温阶段下，对浓磷酸澄酸及含固的影响。试验表明：温度越高，对浓磷酸的澄酸效果越好，在实际生产中可以不经过降温，直接加入絮凝剂混合后进入浓磷酸澄清槽进行澄清。表5数据说明：各恒温试验所澄清的清酸，其含固、酸浓相差不大，对磷酸二铵生产不会造成影响。

2.5 浓磷酸进酸方式对比试验

取2个广口试剂瓶，分别加入1 L浓磷酸，在加入絮凝剂并搅拌20 s后静置1 h。

第一个试验是模仿浓磷酸槽承插管(垂直出口)，用1个漏斗插入其中1个广口试剂瓶下部一定距离，缓慢将浓磷酸注入漏斗中，可以明显看得见，经漏斗管流入广口试剂瓶下部的磷酸具有一定的冲击力，将广口试剂瓶下部已经沉降下来的固体，随液位上升，又带到试剂瓶的上部，是造成上部浓磷酸含固比进酸含固偏高的原因。

第二个试验是将漏斗往上提一定高度，并把漏斗管下口封闭，改为两侧出酸。缓慢将浓磷酸注入漏斗中，可以明显看得见，经漏斗管流入广口试剂瓶下部的磷酸不再冲击试剂瓶下部含固较高的浓磷酸，而是两侧出酸后往上移动，降低了上部空间中磷酸的含固量。

3 浓磷酸含固沉降技术改造

根据絮凝剂配比浓度、加入量的对比试验，确定浓磷酸中加入絮凝剂的质量分数为0.25%，添加量(絮凝剂与浓磷酸体积比)为0.1%。增设1个带双层浆叶的混合搅拌槽，容积为12 m3，底部加设1根倒通管防堵塞，将浓磷酸澄清槽承插管(进酸管)出酸管口距离槽底的高度调整为3.3 m，并将出酸管口下口封闭，改为两侧出酸。技术改造后澄清槽含固沉降设计工艺流程见图2。

磷酸的停留时间为5 min左右。磷酸浓缩装置生产的浓磷酸直接进入混合搅拌槽，与絮凝剂在槽内充分搅拌混合后，溢流进入承插管，并引流到浓磷酸澄清槽下部。其目的是确保浓磷酸在高温下与絮凝剂搅拌混合均匀后，进入浓磷酸澄清槽能够达到最佳澄清效果。

图2 技术改造后澄清槽含固沉降设计工艺流程

4 技术改造后运行效果

通过增设混合搅拌槽，使浓磷酸与絮凝剂得到了充分搅拌混合，发挥了絮凝剂的作用，避免了澄清槽内浑酸与清酸的分层现象。同时节约了陈化槽的存酸空间，赢得了浓磷酸的澄清时间。浓磷酸澄清槽承插管的改造，大大减轻因进酸造成的冲击力，避免了槽底含固沉降物被再次冲击形成的二次沉降，缩短了浓磷酸的澄清时间。

2014年8月完成技术改造后的综合效果明显，澄酸效率大大提高，澄酸时间缩短了20 h左右，澄酸率提高了15%，前后系统装置生产更加平衡，磷酸二铵产量提高，经济效益大为提高。

5 结语

对于未经选矿直接使用的磷矿石，由于矿石中镁含量较高，浓磷酸的黏度较大，不利于浓磷酸的含固沉降；但高镁磷肥中的镁元素被农作物吸收后对人身防心血管病大有好处。生产中通过试验研究，缩短了澄酸时间，提高了澄酸效率，生产出的磷酸二铵产品质量均佳，产品检测不出镉、汞等重金属。

[1] 刘代俊,钟本和,张允湘,等.磷酸中铁铝镁杂质对开阳磷矿分解速率的影响[J]. 四川大学学报：工程科学版, 2001,33(3): 41-45.

[2] 钟进.陶瓷过滤机在湿法磷酸生产上的应用[J]. 磷肥与复肥, 2011,26(5):43-44.

Reformation and operation practice of solid deposition technology of concentrated phosphoric acid

ZHANGCheng,LIWei,DENGTianyong,LUOZhongmei

(Guizhou Kailin Group Ore Fertilizer Co., Ltd., Guiyang, Guizhou, 550302, China )

Kailin Group Ore Fertilizer WPA production using without beneficiation of phosphate rock materials, the magnesium content in the ore is high, resulting in concentrated phosphoric acid containing solid settlement difficult, affect the subsequent production of DAP. Through the experimental study, we determined that the mass fraction of the flocculant added in the concentrated phosphoric acid was 0.25%, the flocculant dosage was 0.1%, and the mixing time was 20 s to 10 min. One mixing tanks with double blades were added and acid removal from both sides of concentrated phosphoric acid clarification tank in the technical innovation. The phosphoric acid clarification efficiency greatly improve of technological transformation, phosphoric acid clarification time is shortened by about 20 h, phosphoric acid clarification rate increased by 15%, diammonium phosphate production increased.

concentrated phosphoric acid; solid deposition; experimental study; technical transformation; operation practice

2017-01-05。

张诚，男，贵州开磷集团矿肥有限责任公司高级工程师，现从事技术管理工作。E-mail：tsp7714880@126.com。

TQ126.3+5

B

1002-1507(2017)03-0038-04