新型混合器在磷酸萃取過程中的應用

陳武龍

（云南磷化集團有限公司，云南 晉寧 650600）

0 引言

云南磷化集團有限公司磷化工事業部磷酸裝置的萃取混合三通自2014年7月投用以來，存在嚴重結垢、堵塞、易損壞、清理難度大、檢修費用高，以及反應槽泡沫多、槽頂受損嚴重等問題，甚至出現酸混合不均勻、礦漿反應不完全、磷回收率低等現象。新型混合器具有減少堵塞、降低勞動強度、改善混酸效果、提高磷回收率等潛力，但其在磷酸萃取過程中的應用還有待進一步研究。筆者對云南磷化集團有限公司30 萬t/a飼料級磷酸裝置萃取工藝流程及存在的問題進行分析，介紹傳統混合三通的結構特點及缺陷，最后闡明新型混合器相較于傳統混合三通的結構優勢，并進行了經濟評估。

1 云南磷化集團有限公司30 萬t/a 飼料級磷酸裝置萃取工藝及設備、設施的配置

云南磷化集團有限公司30 萬t/a 飼料級磷酸裝置萃取槽的反應槽由中國五環工程有限公司設計提供。裝置以磷礦和硫酸為原料，采用二水法生產工藝技術［1］。反應采用普萊昂六槽六方格反應槽，并配有三格消化槽。來自礦漿貯槽的礦漿經計量后打入反應槽1#室，與循環料漿發生反應；硫酸打至反應槽2＃室、3＃室和消化槽2＃室，硫酸首先與經過流量計的返酸在混合三通出口進行混合稀釋，再與反應槽內的料漿混合，進入反應槽的硫酸流量結合礦漿流量進行調節；進入反應槽2＃室、3＃室的硫酸和返酸混合酸量可根據磷礦活性調節。反應料漿在反應槽中的流向為1＃室→2＃室→3＃室→4＃室→5＃室→6＃室，再由低位閃冷循環泵打到低位閃冷器閃蒸冷卻后流到反應槽1＃室，少部分料漿從6#室溢流到消化槽。進入消化槽1＃室（調整格）的料漿，流到消化槽2＃室（養晶格），若液相SO3含量偏低，可補入少量硫酸調整，再溢流到消化槽3＃室（過濾給料格），完成整個萃取流程。

在萃取過程中，硫酸與磷酸混合會產生較多的熱能，物料溫度瞬間能從0 ℃升高到60 ℃［2］，導致料漿溫度升高，若料漿不能完全吸收反應釋放出來的熱量，就存在汽化現象。因此萃取過程中熱量、廢氣產物存在兩方面的形態：一方面，反應的料漿本體熱量、內部有害氣體、內部一部分水從低位閃冷器以含氟蒸汽形式經低位閃冷真空泵的抽吸作用進入預冷凝器，由預洗滌器泵送來的洗滌液洗滌。洗滌升溫的含氟液體回流至熱水槽經熱水泵送入過濾機作濾餅洗滌水；洗滌后的氣體分別進入預洗滌器和冷凝器冷卻，再經冷凝除霧器進行氣液分離后，不凝性氣體經低位閃冷真空泵抽吸后進入真空泵氣液分離器，液體排入真空泵排水收集槽，氣體放空。另一方面，反應槽汽化的物質經氣相通道與反應生成的含氟氣體在反應槽尾氣風機抽吸下，從消化槽2#室煙氣通道和反應槽2#室、3#室煙氣通道進入尾洗工序。由此可見，在萃取過程中，物料混合的先后順序及混合形式對物料反應的徹底性、局部物料的流暢性以及對周圍環境的污染程度有直接影響。

2016年磷酸反應槽滿負荷生產時產生大量的泡沫，反應槽周圍環境污染嚴重，每年必須停車1次處理槽頂襯膠。為保證正常生產，避免泡沫溢出和減少煙氣排放對環境造成的污染，可采用添加消泡劑的處理辦法，但會造成磷酸生產成本過高。為了降低生產成本，磷酸廠又提出了低位閃冷系統加硫酸技改方案，在萃取低位閃冷循環泵出口管增加2個濃硫酸加入點，即從反應槽1#室、3#室混合三通進口硫酸管配置一根管道到閃冷循環泵出口管道上，停用反應槽硫酸加入點，將濃硫酸全部加至低位閃冷軸流泵出口管道上，讓硫酸稀釋熱大部分在低位閃冷器內釋放，從而降低對反應槽頂襯膠的影響及減小料漿表面氣泡多的問題。該技術具有一定的改善作用，但最終效果不明顯，混合三通堵塞依然嚴重，反應槽冒煙問題依然存在。

2 傳統混合三通的結構、特點及運行效果

傳統的混合三通結構為內部流通-外部混合型，即硫酸走混合三通內部管程，磷酸返酸走混合三通的殼程，當硫酸與磷酸流出混合三通后發生混合。硫酸為硫酸大庫儲存的低溫硫酸，磷酸為反應高溫料漿經過濾機過濾的高溫返酸，當雜質較多的磷酸返酸通過空間較窄的混合三通時，遇到低溫硫酸管壁，磷酸返酸內部的硫酸鈉、硫酸鉀等易沉積、易結晶的化合物就形成結垢物黏結于管壁上，加快混合三通堵塞。另外，當硫酸、磷酸在混合三通出口充分混合時，在料漿表面容易產生大量泡沫，并釋放出大量熱，導致料漿中部分HF、SiF4和硫酸逸出來，進一步導致反應槽頂部污染嚴重。

3 新型混合器的結構原理及優點

新型混合器是將傳統混合三通進行簡單改動后變成混酸器。磷酸返酸、硫酸混合過程集中在混合三通內，把原混合三通進口處相應擴大，作為磷酸返酸和硫酸混合室，硫酸從混酸器中間頂部進入，磷酸返酸從側面切線高旋轉進入，讓硫酸與磷酸返酸充分混合，再通過較大的輸入管進入料漿液面下。磷酸返酸、硫酸產生大的反應熱和稀釋熱能提高物料的流動性，產生的部分氣體也成為物料輸送的動力源，同時稀釋的硫酸也起到清洗混合三通的作用，其余的熱量和尾氣進入料漿液面后，被料漿吸收，同時減小了在液面沖擊的氣泡。

自2021年4月將過濾B系列反應槽混合三通更換成新型混合器以來，混合器未出現嚴重結垢、堵塞現象。傳統混合三通幾乎是每月拆清2次，每次清理需要4個維修人員；而新型混合器每年僅需拆檢1次。相較于傳統混合三通，使用新型混合器每年可以節約維修成本近12.6萬元，具體如表1所示。

表1 傳統混合三通與新型混合器成本對比

4 結論

自2021 年4 月25 日過濾B 系列反應槽采用新型混合器技改后，設備連續正常運行長達半年，期間有效避免了混合器結垢、堵塞的問題，生產效率得到大幅度提升；同時降低了頻繁拆卸、清理、回裝等工作造成的成本投入；減少了煙氣排放對環境造成的污染。新型混合器具有較大的經濟和社會效益，應用前景廣泛。