脫除原料濕法磷酸中硫提高磷銨養分

保興國，朱玉梅

（內蒙古大地云天化工有限公司，內蒙古 赤峰 024076）

0 引言

在二水法濕法磷酸生產過程中，使用磷礦粉與硫酸反應制取磷酸時，產生的稀磷酸中會有質量分數2%～5%的硫酸根離子［1-2］。磷酸中存在硫酸根離子會影響后續產品養分含量的提高，特別是隨著磷礦品質下降，w（總養分）64%的磷酸二銨（DAP）產品生產難度越來越大。出于成本及操作簡便考慮，筆者使用生產過程中磷精礦漿槽中磷精礦漿與過濾機取酸泵中稀磷酸按不同比例反應不同時間，經過靜置得到稀磷酸，再通入氨水制備磷銨產品，對得到的產品養分含量與未脫除硫酸根磷酸制備所得磷銨產品養分含量進行對比分析，為實際生產提供參考。

1 實驗部分

1.1 原料

實驗主要以內蒙古大地云天化工有限公司磷酸廠的磷精礦漿及稀磷酸為原料。磷精礦漿、稀磷酸具體分析結果見表1。

表1 磷精礦漿、稀磷酸分析數據 %

1.2 實驗原理

磷精礦漿主要成分為氟磷酸鈣，可與硫酸根離子反應生成難溶的硫酸鈣：

1.3 實驗方法

根據稀磷酸中SO42-與磷精礦漿中Ca2+反應生成CaSO4計算出不同反應比例時每500 mL稀磷酸所需磷精礦漿的質量，然后在一定條件下進行反應，并觀察反應現象。反應后靜置不同時間，然后取上清液通氨制備磷銨產品，并分析磷銨養分含量。

2 實驗結果與討論

2.1 磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為1反應

取500 mL 稀磷酸于1 000 mL 燒杯中，于電熱板上加熱至60 ℃，按n（CaO）/n（SO42-）為1 計算可得所需磷精礦漿為31.63 g（18.66 mL）。在不斷攪拌下，緩慢將磷精礦漿加入稀磷酸中，反應時間為15 min和30 min。將反應后的溶液倒入500 mL量筒中，進行靜置沉降實驗。重復實驗，確定不同反應時間、靜置時間下，反應前后溶液各組分的變化，具體分析結果見表2。

表2 磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為1反應后溶液分析數據

根據表2分析結果，磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為1反應效果良好，脫硫率最高達到91.76%，稀磷酸w（P2O5）較CK提高1.58～2.41個百分點。

取上述實驗的對照樣CK、1#、2#、3#、4#、5#、6#中的稀磷酸通入氨水制備磷銨成品，磷銨成品的養分分析結果見表3。

表3 磷銨成品養分分析數據

由表3 可知磷酸中SO42-離子與磷精礦漿中CaO按物質的量之比為1反應效果良好，磷銨產品w（總養分）可以提高0.16 ～2.59個百分點。

2.2 磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為0.8反應

取500 mL 稀磷酸于1 000 mL 燒杯中，于電熱板上加熱至60 ℃，在不斷攪拌下，緩慢將磷精礦漿加入稀磷酸中，反應時間為30 min。將反應后的溶液倒入500 mL 量筒中，進行靜置沉降實驗。重復實驗，確定不同靜置時間下，反應前后溶液各組分的變化（見表4）。

表4 磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為0.8反應后溶液分析數據

取上述實驗的對照樣CK、1#、2#中的稀磷酸通入氨水制備磷銨成品，磷銨成品的養分分析結果如表5所示。

表5 磷銨成品養分分析數據

由表4、表5可知磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為0.8 反應，脫硫率為55.69% ～63.53%，磷銨產品w（總養分）可以提高1個百分點左右，效果不好。

2.3 實驗小結

綜上所述，采用磷精礦漿脫除稀磷酸中的硫酸根是可行的。磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為1反應時，SO42-脫除率最高達到91.76%，效果較好。脫除SO42-后，稀磷酸w（P2O5）上升1.58～2.41個百分點，磷銨產品w（總養分）提高0.16～2.59個百分點。考慮到靜置時間長時成本高，選擇反應時間30 min、靜置時間15 min為最佳，此時磷銨產品總養分質量分數提高約2.3個百分點。

3 原料濕法磷酸脫硫產生的效應

3.1 稀磷酸濃度提高節約蒸汽費用

采用磷精礦漿脫除稀磷酸中的硫酸根，得到的稀磷酸w（P2O5）較對照提高1.58～2.41 個百分點。按稀磷酸w（P2O5）提高1.58個百分點計，內蒙古大地云天化工有限公司生產每噸P2O5節約蒸汽約158 kg（按w（P2O5）由25%濃縮到46%，每噸P2O5需消耗蒸汽2.1 t計），蒸汽成本每噸按100元計，生產每噸P2O5因節約蒸汽成本下降約16元。

3.2 生產國內64%磷酸二銨回收硫酸節約費用

每噸w（P2O5）25%的稀磷酸回收硫酸量按23 kg計（脫硫前w（SO42-）為2.55%，脫硫后w（SO42-）為0.21%），按國內每年銷售64%磷酸二銨30萬t計，每年消耗P2O514.1 萬t（每噸產品按消耗P2O5470 kg計），折w（P2O5）25%稀磷酸每年節約的硫酸量12 972 t。

3.3 多產優等品磷酸二銨、磷酸一銨

采用現有磷精礦漿脫除稀磷酸中硫酸根離子后其總養分含量提高，可增加國內64%磷酸二銨或60%磷酸一銨優等品量，減少一等品或合格品磷酸一銨、磷酸二銨的量。