針對中小磷肥廠降低高鎂磷礦礦漿含水率研究

汪志濤 李茜 孫晶

摘要：普通過磷酸鈣（簡稱磷肥）的國家標準中規定一級品的水分小于l5%，但由于每種磷礦的成因、化學組成及物理性質的不同，采用濕法工藝時，高鎂磷礦礦漿的流動“起點水分”往往偏高，導致磷肥成品水分隨之超標。為抑制和降低鎂雜質對磷礦礦漿粘度的危害，針對中小磷肥廠的成本和技術現實需求，本文提出采用稀硫酸替代純水進入磨漿工藝，從而達到降低礦漿含水率，以確保磷肥產品的質量。

關鍵詞：磷肥廠；高鎂磷礦；礦漿；含水率；硫酸

中圖分類號： TD932 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.14.038

1 主要試驗設備

試驗采用的主要設備有增力電動攪拌器、電熱恒溫水浴鍋、酸度計、電熱恒溫干燥箱、萬分之一電子天平、旋轉式粘度計、鄂式破碎機、臥式球磨機、箱式電阻爐、真空泵等。

2 酸性物質的選取

降低磷肥礦漿堿性的方法有很多，最簡單的就是投加HCl、HNO3、H2SO4、H2SiF6、H3PO4等無機酸，甲酸、乙酸、乳酸等有機酸等酸性液體。HCl、HNO3本身揮發性強，不適合半封閉球磨機使用，容易造成酸霧彌漫，工作環境惡劣，首先排除；H3PO4成本較高，也不宜使用；H2SiF6作為濕法磷肥的副產物和廢棄物，從環保角度出發，有研究者做了H2SiF6回用于磨漿工藝試驗，實際生產證明容易造成礦漿起泡，也不推薦使用，現有廢H2SiF6大都改作生產氟硅酸鈉；有機酸處理后的磷礦石不利于濕法磷酸后續生產，且有機酸價格昂貴，造成水污染，因此也不宜大規模使用。

使用H2SO4較為適合，原因：一是H2SO4是濕法磷肥生產工藝中的必備原料，不存在另購原料的負擔；二是H2SO4成本很低，不會增加生產成本；三是不存在引入其他雜質或元素，干擾后續工序。

3 最適礦漿含水率的選取

綜合考慮濕法磷肥工藝水分平衡計算和現有工藝不做大調整的兩種因素，礦漿含水率為27%基本能保證熟肥的含水率達標。礦漿含水率高于27%，熟肥含水率較高；如果礦漿含水率降到27%以下，會導致在實際生產過程中，礦漿含水率過低，進入化成室加入濃硫酸后，水分因為化學反應劇烈放熱揮發加速，導致鮮肥固化速度過快，在化成室攪拌槳上方和下料口處結塊， 影響下料和化成皮帶輸送。如要將礦漿含水率降低到27%以下，解決結塊問題的措施：增加攪拌機轉速；增加攪拌器的葉片數目，從二級增加至三級；減少料漿在化成室停留時間，加快化成皮帶速度，這就需要多次試驗解決，增加了工藝的變動成本，所以選擇27%含水率較為適宜。

4 H2SO4濃度和礦漿粘度的關系試驗

高濃度H2SO4作為強酸，不宜直接加入尚未徹底磨碎的礦漿，會導致H2SO4與磷礦石產生劇烈反應，生成大量不溶性CaSO4覆蓋在磷礦石表面，阻礙后續化成工序，所以必須采用低濃度H2SO4，減少H2SO4與磷礦石的反應程度。

根據文獻資料和礦漿pH值，有資料提及可以用3%～5%稀H2SO4降低磷礦礦漿含水率。為增加數據有效性和對比度，作者選取0.5%、1%、3%、5%濃度稀H2SO4進行試驗較為恰當。在保證礦漿含水率在27%的基準上，選取四種濃度的稀H2SO4與磷礦礦粉進行混合，用攪拌機攪勻后，模擬進入球磨機狀態，進行各參數測定。

4.1 H2SO4濃度和pH值對應關系

0.5%、1%、3%、5%四種濃度稀H2SO4，pH值分別為2.54、2.19、1.88、1.65，H2SO4為強酸，H2SO4濃度和pH值基本成線性關系，考慮稀H2SO4的pH值過低，代替純水進入球磨機后，需要對球磨機等后續設備進行防酸腐蝕處理。

4.2 H2SO4濃度和投加后礦漿粘度對應關系

折線為H2SO4濃度和投加后礦漿粘度相關曲線，曲線為多項式回歸分析曲線，在1%濃度稀H2SO4的27%礦漿含水率下2040mpa.s粘度和之前測得用純水的30%礦漿含水率下1840mpa.s比較接近，1%濃度的稀H2SO4降粘度效果較好，27%含作為水分起點是比較合適的。

使用3%～5%的稀H2SO4和礦粉過于劇烈反應，放熱升溫明顯，氣泡較多，導致水分迅速散失，進而致使礦漿變稠，粘度反而迅速上升，不符合生產要求；0.5%～1%的稀H2SO4和礦粉反應輕微，氣泡和放熱不明顯，粘度較低。

4.3 H2SO4濃度和投加后礦漿pH對應關系

0.5%、1%、3%、5%四種濃度稀H2SO4與礦粉混勻后，靜置5分鐘后，測得投加后礦漿pH值分別為6.35、6.16、4.72、4.56。

當pH值較小時，溶液酸性較強，由于對于單位反應比表面積而言，鎂元素由于含量比磷本身就低，磷礦中磷灰石與含鎂白云石同時與H2SO4反應，導致反應過于劇烈，礦漿pH偏酸性較強，大量礦物質持續溶解進入，加之水分因反應放熱而揮發，導致粘度反而升高。當pH值較高時，溶液的酸性降低，由于礦漿中氫氧化物參加反應，H2SO4中H+離子的中和度下降，因此磷礦與H2SO4反應的速率很慢，礦漿pH呈微酸性，抑制Mg（OH）2等膠體的生成，導致粘度下降。當pH值過高時，H+濃度過低，只能少量抑制Mg（OH）2膠體的生成，導致粘度下降不多。

投加1%稀H2SO4的礦漿從球磨機磨漿完畢后，pH值為6.16，呈微酸性，需要對后續管道設備進行防酸腐蝕處理。

5 結論

當維持礦漿含水率為27%時，用1%濃度的稀H2SO4替代純水磨漿，其粘度降低66.7%。在2000mpa.s左右相同粘度下， 用1%濃度的稀H2SO4替代純水磨漿，礦漿減水率為11.1%。投加稀H2SO4可以降低高鎂磷礦礦漿含水率，初步解決磷肥生產水平衡問題。但要注意濃H2SO4和純水混合槽、球磨機內襯、研磨鋼球、礦漿到化成室段的管道要進行防腐蝕處理。

參考文獻

[1]謝文俊.高（含）鎂磷礦生產過磷酸鈣的實踐[J].磷肥與復肥，2002，17（04）：18-19.

[2] 張雪杰，等.高鎂磷礦化學脫鎂過程的工藝研究[J].化工礦物與加工，2010（02）：1-3.

作者簡介：汪志濤，碩士，襄陽職業技術學院，講師，研究方向：環保節水、廢物再利用研究。