降低濕法磷酸脫氟劑消耗的改進措施

楊雄俊

（云南磷化集團有限公司 磷化工事業(yè)部，云南 晉寧 650600）

云南磷化集團有限公司磷化工事業(yè)部（簡稱公司）濕法磷酸脫氟裝置由中國五環(huán)工程有限公司總承包設計、施工，原設計產(chǎn)能22 萬t/a，2019 年3月完成濕法磷酸脫氟裝置技改項目（增加了2個脫氟塔），設計產(chǎn)能增至30萬t/a。雖然通過技改，脫氟磷酸產(chǎn)量有所提升（日產(chǎn)約690 t），但仍然不能滿足飼料級磷酸氫鈣生產(chǎn)用酸量，特別是在飼料級磷酸氫鈣10 萬t/a 裝置技改完成投入生產(chǎn)后，脫氟磷酸供應不足的矛盾尤為突出。

針對濕法磷酸脫氟裝置產(chǎn)能偏低問題，2019年11月對生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，中間磷酸脫重金屬后進入濃縮系統(tǒng)，添加脫氟劑進行提濃及預脫氟［1-2］后，進入脫氟系統(tǒng)進行深度脫氟生產(chǎn)工藝［3］，脫氟磷酸日產(chǎn)量達800 t 以上，基本滿足飼料級磷酸氫鈣生產(chǎn)需求，同時將濃縮裝置用于脫氟生產(chǎn)時對過濾裝置產(chǎn)能的影響降到最低。由于脫重工序濃磷酸w（F）升高（約1.50%），導致脫氟劑消耗上升，目前每生產(chǎn)1 t 脫氟磷酸，脫氟劑消耗量平均為18.318 kg。隨著磷礦資源的貧乏，磷礦石品質總體呈下降趨勢，濕法磷酸裝置脫氟生產(chǎn)成本升高，降低濕法磷酸脫氟生產(chǎn)成本已成為目前必須解決的問題。

1 濕法磷酸中氟的存在形態(tài)和脫氟原理

濕法磷酸中的氟主要以可揮發(fā)性的HF、H2SiF6及與金屬離子形成的不可揮發(fā)性的含氟化合物形式存在［4］。可揮發(fā)性的氟化物可以通過向濃磷酸中加入活性二氧化硅并加熱，反應生成SiF4，通過空氣帶走［5-6］。其化學反應方程式如下：

不可揮發(fā)性的含氟化合物多以絡合態(tài)存在，目前尚無有效去除方法。公司正在針對此問題進行技改研究。

2 濕法磷酸脫氟生產(chǎn)工藝

中間磷酸沉降后，加入硫化鈉溶液脫除重金屬［7］，脫除重金屬后的濃磷酸送入預處理澄清槽進行澄清。澄清后的磷酸和脫氟劑料漿一同送入濃縮裝置提濃，采用強制循環(huán)真空蒸發(fā)預脫氟［1-2］；經(jīng)過濃縮預脫氟后的磷酸（w（P2O5）≥49%、w（F）≤0.4%）至深度汽提脫氟裝置進行深度脫氟，所得脫氟磷酸至成品酸槽。含氟氣體經(jīng)3次洗滌后達標排放［8-9］。

濕法磷酸脫氟工藝流程見圖1。

圖1 濕法磷酸脫氟工藝流程

3 降低脫氟劑消耗的措施及實施后的效果

針對濕法磷酸脫氟劑單耗偏高的問題，筆者主要從礦漿MER 值（w（MgO+Fe2O3+Al2O3）/w（P2O5））、脫氟劑的選擇、脫氟劑的添加方式、生產(chǎn)工藝優(yōu)化和工藝控制方面通過工業(yè)生產(chǎn)試驗論證，尋找更經(jīng)濟合理的脫氟劑消耗及生產(chǎn)工藝技術，最終達到降本增效的目的。

3.1 礦漿MER值對脫氟劑消耗的影響

礦漿的品質對脫氟劑單耗的影響見表1。

表1 不同品質的礦漿所生產(chǎn)的濕法磷酸脫氟劑單耗

從表1中得出，在同樣的生產(chǎn)工藝技術和控制條件下，礦漿的MER 值不僅影響脫氟劑的消耗，還影響到脫氟磷酸的產(chǎn)能。礦漿的MER 值從0.069上升至0.087 時，脫氟劑的單耗也隨之上升了19.80%，脫氟磷酸的日產(chǎn)量下降了25.93%。綜合考慮脫氟磷酸產(chǎn)能、脫氟劑單耗及生產(chǎn)成本，礦漿的MER值控制在0.080以內(nèi)最為適宜。

3.2 脫氟劑品質對脫氟劑消耗的影響

3.2.1 原料品質

采用不同脫氟劑進行工業(yè)試驗，原料磷酸品質見表2。

表2 脫氟劑及原料磷酸品質

3.2.2 脫氟劑單耗和脫氟磷酸產(chǎn)量

不同脫氟劑進行脫氟試驗時脫氟磷酸產(chǎn)量及脫氟劑單耗見表3。

表3 脫氟劑單耗及脫氟磷酸產(chǎn)量

在同樣的生產(chǎn)工藝和操作控制條件下，脫氟劑添加量均按原料磷酸中氟含量理論計算量的1.2 倍加入。由表3 可以看出，編號1912009 和2002001的脫氟劑消耗偏高，脫氟磷酸的小時產(chǎn)量明顯降低，增加了動能消耗，從而增加濕法磷酸脫氟的生產(chǎn)成本。編號2004010 的脫氟劑的單耗較其余3 種脫氟劑降低了3.88～8.01 kg/t，脫氟磷酸的產(chǎn)量提高了5.56～12.45 t/h。因此，編號2004010 的脫氟劑既降低了脫氟磷酸的生產(chǎn)成本又提高了整個裝置的生產(chǎn)負荷，同時也可解決目前磷酸產(chǎn)能不匹配的問題，可滿足目前的生產(chǎn)需求。

3.3 不同脫氟工藝對脫氟劑消耗的影響

采取4種脫氟工藝進行工業(yè)試驗。工藝一，深度脫氟，采用4 個脫氟塔（A1、A2、B2、B1）串級生產(chǎn)（脫氟A1+A2+B2+B1），脫氟劑添加在A1系列中。工藝二，采用脫重中濃磷酸濃縮預脫氟與深度脫氟（兩個脫氟塔串級耦合脫氟）生產(chǎn)工藝（濃縮+脫氟A1+A2/（B2+B1）），在濃縮預脫氟過程中添加脫氟劑。工藝三，脫重中濃磷酸先進行濃縮提濃后再與深度脫氟4個脫氟塔進行串級脫氟（濃縮+脫氟A1+A2+B2+B1），在脫氟A1系列中添加脫氟劑。工藝四，脫重中濃磷酸濃縮預脫氟后與深度脫氟4 個脫氟塔進行串級脫氟（濃縮預脫氟+脫氟A1+A2+B2+B1），在濃縮預脫氟中添加脫氟劑。

不同脫氟工藝對脫氟劑消耗的影響見表4。

表4 不同脫氟工藝對脫氟劑消耗的影響

由表4可知，工藝一雖然脫氟劑消耗最低，但磷酸產(chǎn)量也最低，產(chǎn)量無法滿足飼料級磷酸氫鈣用酸的生產(chǎn)需求；工藝二脫氟磷酸產(chǎn)量較工藝一略有增加，但脫氟劑消耗是4 種生產(chǎn)工藝技術中最高的；工藝三脫氟劑的消耗和磷酸產(chǎn)量雖然在4種生產(chǎn)工藝技術中略有優(yōu)勢，但產(chǎn)能仍不能滿足飼料級磷酸氫鈣廠用酸需求；工藝四脫氟劑消耗在4種生產(chǎn)工藝技術中稍高，但磷酸產(chǎn)量達到最高，既可滿足飼料級磷酸氫鈣廠的用酸需求，生產(chǎn)成本也是4種工藝技術中最低的。

3.4 工藝管控措施

（1）在膜過濾清酸量滿足脫氟用磷酸的前提下，禁止向清酸槽內(nèi)直接注入預處理澄清磷酸，保證膜過濾清磷酸w（固）＜0.35%。

（2）生產(chǎn)過程中，根據(jù)清酸槽中脫氟原料磷酸中的氟含量和脫氟磷酸產(chǎn)品中氟含量及時調(diào)整脫氟劑（脫氟劑料漿w（固）7.5%～10.0%）加入量，脫氟劑加入量按照理論計算的1.0～1.2倍加入。

（3）濃縮預脫氟出口酸溫度為83～86 ℃，保證預脫氟磷酸w（P2O5）≥49%、w（F）≤0.40%，以確保生產(chǎn)平穩(wěn)運行。

（4）脫氟裝置正常運行時，生產(chǎn)負荷調(diào)整不得超過2 m3，脫氟磷酸產(chǎn)品密度1.680～1.70 g/mL，控制w（F）0.12%～0.13%，確保成品脫氟磷酸的m（P2O5）/m（F）≥370。

（5）調(diào)節(jié)脫氟塔A1/B1/A2/B2 直接加熱蒸汽，在確保換熱器出口溫度100～103 ℃前提下，脫氟塔風門開度處于100%，確保深度氣提脫氟過程中的氣液比，從而提高氟逸出率。

5 小結

綜上所述，降低濕法磷酸脫氟劑消耗可采用中濃磷酸濃縮預脫氟耦合深度汽提脫氟串級生產(chǎn)工藝技術，通過控制礦漿的MER 值，選擇合適的脫氟劑、脫氟劑的添加方式，以及采取適當工藝管控等措施來實現(xiàn)。磷酸廠結合自身實際，以降低脫氟劑消耗為目的，采取了有效的措施，效果較為明顯，有效降低了濕法磷酸濃縮預脫氟耦合深度氣提串級脫氟新生產(chǎn)工藝技術過程中的脫氟劑消耗（由18.318 kg/t降至17.937 kg/t），最終達到降本增效的目的。