濕法磷酸裝置濃酸澄清槽增設4 m取酸口

彭 濤，劉明高，陳勇翔，鄧光政，付海軍

(宜都興發化工有限公司，湖北 宜都 443300)

磷酸是磷化工產品的母體原料，現我國主要的磷酸生產工藝為濕法磷酸工藝，濕法磷酸工藝中，用硫酸和礦漿反應之后，生成液態的磷酸和硫酸鈣結晶，相對于其他的方法來說，這種方法的磷酸分離只是簡單的固液分離[1]，避免了在磷酸分離過程中產生高額的分離費用，這也是硫酸法濕法磷酸工藝優于其他工藝路線的最大特點。

1 工藝流程簡介

興發集團宜都興發化工有限公司2012年10月建成1套30萬t/a濕法磷酸裝置，該裝置分為萃取、渣場、濃縮及罐區三個工段組成，該工藝也是采用上述硫酸法得到磷酸，總反應方程式為：

Ca5F(PO4)3+5H2SO4+2H2O=3H3PO4+5CaSO4·2H2O↓+HF↑

在反應槽經過上述反應之后，反應料漿進入過濾機進行磷酸和磷石膏的固液分離，分離之后的磷酸進入罐區稀酸陳化槽內，然后轉入稀酸澄清槽進行沉淀，因為稀酸沉淀時間較短的原因，稀酸澄清槽內的稀酸中的雜質只能沉淀出一部分，剩余的雜質隨稀酸一起進入到磷酸濃縮工段，然后進入濃酸澄清槽進一步沉淀，直到符合下游車間的使用要求之后才能送酸。在這一整條工序中不難看出，濃酸的澄清速度起著非常重要的作用，直接影響到供酸的穩定性，也直接影響到下游生產的連續性。

2 濃磷酸沉降問題剖析

在上述的濕法磷酸裝置中，罐區的濃磷酸澄清槽原本的設計為直徑18 m，高12 m的圓柱形儲罐，磷酸的儲存量較大，同時下游車間的需求量也很大，這就存在一個對下游車間供酸穩定性的問題。

因磷礦中本身含有Fe、Mg、Al、Na、K等雜質，一般Al2O3含量在0.2%～3.0%，一定含量的Al2O3有利于碳酸鈣結晶的形成，可提高過濾能力，與氟離子形成氟鹽，減輕腐蝕作用；過高時與磷酸鹽形成絡合物，增加磷酸粘度，不利于過濾。磷礦中70%～90%的Al2O3溶解在過濾酸中，并生成沉淀物。磷礦中一般Fe2O3含量在0.1%～2.0%，與磷酸鹽形成絡合物，提高磷酸粘度，并生成淤渣。60%～90%的Fe2O3溶于磷酸中。磷礦中含0.2%～0.6%的MgO，我國的磷礦多半超過此范圍，它生成磷酸鹽和氟硅酸鹽絡臺物，不利于硫酸鈣結晶和過濾，并相應增加了磷酸粘度[2]，使濃磷酸沉降速率受到很大影響， 偶有出現濃磷酸無法澄清導致下游車間待酸停車的情況。由于我公司濕法磷酸裝置旨在使用中低品位磷礦，在礦源這一角度出發解決問題與我們的初衷不符，因此我們開始在實驗室對濃酸沉降進行模擬實驗，具體實驗情況如下：

1)取蒸發器樣品至化驗室，搖勻后倒入1000 mL量筒中，開始計時。

2)每隔一個小時記錄上清液的沉降刻度。

3)記錄結果如表1。

表1 結果記錄

4)期間部分截圖如圖1。

圖1 濃酸沉降模擬實驗期間部分截圖

5)濃酸沉降速率分析如圖2。

圖2 濃酸沉降速率

假設每個濃酸槽的液位為10 m對應實驗中的1000 mL，因為隨著沉降時間的推移，沉降至3 m左右的時候，濃磷酸的沉降速率明顯減慢，并且在試驗中由于量筒中的酸量較少，酸溫下降較快，有利于酸中的雜質沉淀，但在實際生產中，酸槽中的酸量多，溫度下降緩慢，所以酸的沉降速率也會隨之減慢。通過最后的沉降速率曲線圖我們可以清晰地看出，在4 m以上的濃酸沉降速率遠遠快于4 m以下的沉降速率。

我公司的濃酸澄清槽只設計了2 m和6 m的濃酸取酸口，通過這兩個取酸口來判斷濃酸澄清度，但這兩個取酸口的跨度太大，在實際應用中發現該設計有一定的弊端，如果濃酸澄清槽轉完酸后(液位10 m)，6 m取酸口取出濃酸樣為清液后開始往下游送酸，直至槽位6 m，我們假象現在2 m取酸口處濃磷酸還處于渾濁狀態，但2～6 m之間肯定還存在磷酸清液，根據上述實驗，我們大膽猜想4 m以上濃酸處于澄清狀態。

3 濃酸沉降處理方案

針對這一問題，公司對濃酸澄清槽進行改造，在濃酸澄清槽4 m處增設取酸口，對比試驗中的數據，濃酸澄清槽2 m處(即實驗中的200 mL處)澄清所花費的沉降時間太長，但是6 m至4 m(即實驗中的400 mL處)時，所需的沉降時間較短，并且根據實際生產情況來看，濃酸向下游車間送酸按70 m3/h計(包括排淤量)，在6 m的酸澄清之后，10 m至6 m的酸共計約1000 m3，可供下游車間使用14.3 h，在這14.3 h時間內，6 m至4 m也可以澄清，達到下游車間的使用要求，能夠繼續向下游車間輸送2 m清酸(約500 m3)，可供7.1 h左右，為4 m至2 m的清酸沉降爭取了時間，讓其充分沉降達到下游車間的使用要求，有利于下游車間的連續性生產，不會因為上游供酸不足而導致降低生產負荷或者停車等情況。

4 實際生產驗證

在增加濃酸澄清槽4 m取酸口之前，由于2～4 m左右的酸澄清時間較長，無法向下游車間送酸，偶有出現下游車間因濃酸不達標供應不足而導致的待酸停車4～5 h。

通過增加濃酸槽4 m取酸口之后，車間能夠更好的掌握濃酸的澄清情況，并根據實際情況來向下游車間送酸，大大提升了供酸的穩定性。同時，濃酸澄清槽6～4 m的清液可供下游車間使用時間約為7.1 h左右，在此期間濃酸澄清槽內2 m處磷酸也已經澄清，能夠穩定向下游車間供酸。