低品位磷礦在二水濕法磷酸生產中的應用

張忠朝

（云南云天化股份有限公司 云峰分公司，云南 宣威 655413）

云南云天化股份有限公司云峰分公司磷酸廠有磨機4 臺，采用閉路磨礦工藝，由3 臺行車、3 臺棒磨機、1臺球磨機、分級濃密系統及相關輔助設備構成濕法閉路磨礦系統。棒磨機為一段初磨，球磨機為二段細磨［1］，磨礦設計能力為干基磷礦150 t/h。使用磷礦比較復雜，以云南磷化集團有限公司供應的尖山礦、晉寧礦、昆陽礦為主。

近年隨著磷礦的不斷開采，不僅開采難度增大，而且磷礦品位也明顯降低［2］。w（P2O5）大于30%的高品位磷礦開采量逐漸降低，且價格持續上漲，其中w（P2O5）大于28%的磷礦不含稅成本價格達到280 元/t。而w（P2O5）在18%～22%的低品位磷礦開采量逐漸增加，不含稅成本價格穩定在100元/t。鑒于高品位磷礦價格上漲，以及低品位磷礦資源與價格的優勢，二水濕法磷酸生產中優化配比使用低品位磷礦勢在必行。

同時，磷復肥生產企業都面臨著產品同質化競爭激烈，基礎肥、傳統肥料需求降低，利潤縮減的生存發展壓力。2019 年云峰分公司（以下簡稱公司）為破局解困，實現“調結構、推改革、求生存、謀發展”的目標，進一步調整了產品結構，全力打造以生產NPK 復合肥為主的制造型企業，產品結構由“以生產基礎肥為主”向“以生產NPK復合肥為主”轉型，提升了公司NPK 復合肥產品的市場競爭力。

產品結構調整從基礎肥向NPK 復合肥轉變后，對磷酸以及磷礦品質要求相對降低，公司結合宣威周邊低品位磷礦資源情況，在滿足NPK 復合肥產品結構需求前提下，優化組合利用高、低品位磷礦，力圖降本增效。2019 年為配合公司產品轉型升級，按比例補充使用部分w（P2O5）18%～22%低品位磷礦。

公司將w（P2O5）18% ～22%低品位磷礦與w（P2O5）28%磷礦按優化配比1∶4 用于二水濕法磷酸生產。以下介紹使用該混合磷礦生產時，生產指標的調整，以及對磷酸生產成本的影響，并總結了濕法磷酸裝置的生產運行情況。

1 磷礦指標

2019 年公司二水濕法磷酸生產所用云南磷化集團有限公司磷礦和w（P2O5）18%～22%低品位磷礦指標見表1。

表1 2019年公司二水濕法磷酸生產所用磷礦指標%

按照w（P2O5）＞30%為富礦［2］，云南磷化集團有限公司提供的磷礦均未能滿足富礦要求，磷礦品位持續下降。w（P2O5）18%～22%的低品位磷礦為低鎂高倍半氧化物磷礦。

2 低品位磷礦使用量

2019 年公司二水濕法磷酸生產全年使用w（P2O5）18%～22%低品位磷礦共計115 193 t，月消耗磷礦量如表2所示。

表2 2019年公司二水濕法磷酸生產用磷礦指標及消耗量

3 補充低品位磷礦后生產中設備技改、工藝指標調整

3.1 設備技改

為降低過濾系統結垢速率，對設備進行技改。對二水濕法磷酸過濾機易結垢部位錯氣盤、產品磷酸和返磷酸下液管進行蒸汽保溫技術改造，降低結垢速率。

3.2 工藝指標調整

為滿足NPK 復合肥、磷酸一銨（MAP）生產用磷酸酸質要求，對二水濕法磷酸生產過程中工藝指標進行調整。其中磷礦漿指標調整見表3，萃取指標調整見表4，濃縮過程控制參數指標調整見表5，濃磷酸指標調整見表6。

表3 磷礦漿指標

表4 萃取指標調整

表5 濃縮過程控制參數指標調整 m3/h

表6 濃磷酸指標調整 %

3.3 NPK復合肥產品指標調整

二水濕法磷酸酸質下降，對于NPK 復合肥系列產品指標進行優化調整。NPK復合肥產品總養分w（N＋P2O5+K2O）均＜40%。

NPK復合肥產品對磷酸品質需求：在條件允許的情況下，磷酸的濃度越高，所得中和料漿的水含量越低，系統生產能力越大，能耗越低。但這受到磷酸濃縮系統的制約，考慮到系統運行狀況，NPK復合肥產品生產時磷酸w（P2O5）應≥42%，w（固）以10%為宜。

生產不同規格的NPK 復合肥產品，因磷含量不同，對磷酸品質要求亦不同，生產普通型15-15-15、16-16-16產品，磷酸w（固）需要在9%～12%。w（P2O5）18%～22%低品位磷礦與w（P2O5）28%磷礦按照1∶4 質量配比使用時生產指標及所得磷酸品質如下：礦漿w（固）61.5%～62.5%，萃取濾液密度1.250 ～1.275 g/mL，稀磷酸w（P2O5）21.0%～22.5%，濃磷酸w（P2O5）43%～45%，濃磷酸經沉降后w（固）6%～9%。

4 磷礦優化使用后消耗分析

1） 硫酸消耗對比

w（P2O5）18% ～22%的低品位磷礦的鈣磷質量比為1.378［3］，與云南磷化集團有限公司磷礦鈣磷質量比（1.38）基本一致，故磷礦混配后硫酸消耗成本基本持平。

2） 蒸汽消耗對比

磷礦混配后w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，生產所得稀磷酸w（P2O5）由23.50%下降至22.56%，降低0.94個百分點。濃縮蒸汽利用率相同情況下，濃縮1 t 稀磷酸（以P2O5計），將w（P2O5）由23.5%提升到46.0%需蒸發水量2.08 t，將w（P2O5）由22.56%提高到46.0%需蒸發水量2.26 t。按照濃縮低壓蒸汽蒸發1 t水需要消耗蒸汽1.1 t計算，多耗蒸汽0.198 t，蒸汽價格以78元/t計，蒸汽成本上升15.44元/t。

3） 動力電消耗對比

從蒸發室蒸發強度計算，磷礦w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，同等運行率情況下，濃縮產量由28.04 t/h 下降至25.81 t/h，噸電耗由195 kW·h上升到212 kW·h，噸電耗升高17 kW·h，電價以0.49元/（kW·h）計，對應成本上升8.33元/t。

4） 一次新鮮水耗對比

按產量由28.04 t/h 下降至25.81 t/h，水耗由0.608 t/t 升高到0.660 t/t，水價以2.15 元/t 計，噸磷酸水耗成本上升0.12元/t。

5） 磷礦消耗對比分析

磷礦中w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，噸P2O5磷酸耗實物磷礦由3.959 t 上升到4.157 t，噸P2O5磷酸耗實物磷礦增加0.198 t，磷酸消耗磷礦成本下降：（3.959×280-4.157×4×280/5-4.157×100/5）元/t=94.21元/t。

6） 噸磷酸生產成本對比

使用低品位磷礦噸磷酸蒸汽、硫酸、水、電成本上升，磷礦消耗成本下降。

綜合降低生產成本：（94.21-15.44-8.33-0.12）元/t=70.32元/t。

7） 萃取負荷率對比

磷礦中w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，同等運行率情況下，每小時稀磷酸產量由28.08 t/h下降至26.74 t/h，下降1.34 t/h，裝置萃取負荷率由101.09%下降至96.27%。

8） 濃縮負荷率對比

磷礦中w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，同等運行率情況下，每小時濃縮產量由28.04 t/h下降至25.81 t/h，下降2.23 t/h，裝置濃縮負荷率由100.94%下降至92.92%。

5 存在的問題

優化配比使用w（P2O5）18%～22%的低品位磷礦制取的磷酸，雜質較多，黏度大，液固靜置沉降困難；磷酸中w（R2O3）可達3%～5%，MER值在0.115 ～0.130；磷酸在酸槽中攪拌不均勻，分散性較差，后續MAP、NPK 復合肥生產料漿經噴頭加壓后霧化效果不佳，潮綿性物料落于流化床層后不易被熱風吹出塔外，床層物料堆積，疤塊失水后無序脫落。

6 效果評估

w（P2O5）18%～22%的低品位磷礦資源優化組合利用，使磷酸生產成本降低70.32元/t，不僅提高了企業的經濟效益，增加利潤，而且為企業下游磷復肥生產提供廉價原料，使下游磷復肥產品生產成本降低，市場競爭力提升。

NPK復合肥產品生產時磷酸w（P2O5）應不小于42%，w（固）以9%～12%為宜。將w（P2O5）18%～22%的低品位磷礦與w（P2O5）28%的磷礦按照質量比1 ∶4生產的濕法磷酸，能滿足NPK復合肥、MAP生產用磷酸需求。w（P2O5）18%～22%的低品位磷礦在二水濕法磷酸生產中的應用，既能適應磷礦日益貧化的現狀，同時也能取得很好的成本效益，值得在同行業中推廣使用。