磷礦及磷酸分質加工利用產業化技術開發與應用

王文毓

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠 661699）

0 引言

云南云天化紅磷化工有限公司（以下簡稱公司）磷銨產品由于質量優、綠色環保在東南亞市場享有“綠寶石”的美譽，并成為東南亞市場第一品牌，是積極響應和推進“一帶一路”倡議，打造國際經濟合作走廊的排頭兵。然而公司自脫鎂裝置建成投產以來，由于原礦來源點多、種類多、礦石理化性質復雜多樣，品質參差不齊，入選原礦w（P2O5）由原來的28.5%下降至26.0%以下，MER值（w（倍半氧化物）/w（P2O5））上升到0.20，導致出現了一系列不利因素，突出表現在以下幾方面：（1）終端化肥產品對磷酸品質要求與磷礦石供給品質方面的矛盾突出。原濕法磷酸生產裝置、工藝在磷礦石品質下降的情況下，磷礦漿MER值普遍在0.130左右，磷酸中MER 值達到0.110 左右，很難生產出w（總養分）64%、w（N）≥17.5%的磷酸二銨（DAP）產品。（2）磷復肥產品與客戶需求差異化矛盾凸顯，“一帶一路”沿線國家貿易額下滑。受磷礦品質影響，出口東南亞市場的磷酸二銨產品（w（總養分）≥64%、w（N）≥17.8%）占比由原來的≥50%下降到≤40%，經濟效益下降。（3）原7萬t/a半水-二水法磷酸裝置停產。高品位優質磷礦石短缺，礦粉指標無法滿足w（P2O5）≥29.5%、w（MgO）≤0.8%、w（H2O）≤2.0%，生產成本高。配套干磨裝置因占地大、揚塵大、能耗高也被迫停產閑置。（4）礦酸肥生產模式單一，缺乏靈活性和可調配性。

針對磷礦資源品質下降，許多中低品位磷礦無法使用或最大化利用，公司研究了磷礦漿、磷酸和終端化肥產品整個生產鏈，打破以往生產供給一種磷礦漿、生產一種磷酸的傳統模式，開展“磷礦及磷酸分質加工利用產業化技術開發與應用”技術攻關與創新改進，在磷礦品質下降、好礦有限、不全部使用高品質磷礦情況下，仍可以生產出優質磷酸、優質磷復肥產品，保障了產品質量，實現綠色、節能、減排生產。

1 技術路線

通過研究脫鎂礦漿生產、制磷酸、終端化肥產品全產業鏈，發現在磷礦品質下降的情況下，生產不出優質磷酸以及高氮優質磷酸二銨產品的關鍵在于傳統的礦漿生產供給模式、制酸制肥模式無法獲得優質磷礦漿來制取優質酸、優質肥，無法實現分類分級、差異化生產。本著磷礦漿綜合品質雖然下降，但也可以分出部分品質好的礦漿，用于生產優質磷酸和高氮優質肥的理念，擬定總體技術路線為：從礦漿出發，將其分為好、較好、差3類礦漿，分別供給3套制酸裝置生產出優質、較好、普通3類磷酸，分別供給化肥廠生產不同品質的磷復肥產品，實現礦酸肥高效利用，其技術路線見圖1。

圖1 磷礦漿分級利用技術路線

1.1 選礦磷精礦漿分級分類

1.1.1 磷礦石配礦技術開發

通過對磷礦浮選脫鎂生產磷精礦質量指標的深入分析，系統總結膠磷礦在浮選提質前后P、Mg、R2O3變化關系，創建數學模型，用倒推法計算入選原礦需要的P2O5、MgO、R2O3指標，確定合適的原礦配比，科學配礦，保證浮選脫鎂生產的磷精礦達到要求的質量指標。

1.1.2 半水-二水法磷酸裝置原料路線改造與優化

因高品位優質富礦量急劇減少，價格大幅度上漲，無法采購到適價優質的磷礦石進行半水-二水法磷酸生產，導致公司7 萬t/a 半水-二水法磷酸裝置處于停產閑置狀態。通過對脫鎂磷礦漿理化性質、粒度特性的考察研究，針對浮選后磷精礦漿倍半氧化物有一定升高，不能滿足半水-二水法磷酸工藝原料指標需求的問題，對磷精礦漿進行分級，將磷精礦漿分級后好礦漿送至加壓過濾機進行過濾，過濾后w（H2O）15%以下的粉狀含濕磷礦輸送至半水-二水法磷酸裝置的反應系統，形成濕式原料供給方式，解決了半水-二水法磷酸裝置使用干磷礦易黏、易堵、計量不準、給料不連續均衡等問題。

1.1.3 制酸礦漿匹配擴能技術

公司建成投產的120萬t/a脫鎂裝置，年生產磷精礦漿120 多萬噸，僅能滿足13 萬t/a 二水法磷酸裝置和20 萬t/a 二水法磷酸裝置90%的用礦量，再加上對7 萬t/a 半水-二水法磷酸裝置原料路線改造后，需要磷精礦漿近30萬t，存在磷精礦生產量與磷酸裝置用礦量不匹配的問題。通過對磨礦脫鎂裝置進行擴能改造，匹配礦酸產能。增加1 臺浮選柱、3 臺浮選機等浮選脫鎂系列，新增1 臺尾礦加壓過濾機處理尾礦，提高礦漿生產供應能力，解決了尾礦脫水過濾能力不足和礦酸不匹配的問題，磷精礦漿年產量從120 萬t 提升至180 萬t，滿足3 套磷酸裝置用礦需求。

1.1.4 磷礦漿分類分級利用

公司脫鎂裝置設計采用單一反浮選脫鎂選礦流程，一次浮選柱粗選獲得合格磷精礦，浮選柱粗選尾礦進入浮選機掃選獲得掃選磷精礦，浮選柱粗選磷精礦與浮選機掃選磷精礦合并為脫鎂總磷精礦。根據普通磷銨及優質磷銨生產對磷酸的要求不同，將浮選柱粗選磷精礦與浮選機掃選磷精礦分開，取小部分浮選柱粗選磷精礦通過礦漿收集槽用泵打到旋流器組進行分級，分離出倍半氧化物高的細粒級溢流和高質量磷精礦沉砂，底流磷精礦沉砂通過收集槽用泵打到濃密機濃密后，得到最好礦漿供給半水-二水法磷酸裝置使用，指標為w（P2O5）≥28.5%，MER 值≤0.105；分離出的細粒級溢流與大部分浮選柱粗選磷精礦合并進入濃密機濃密得到較好礦漿供給20 萬t/a 二水法磷酸裝置使用，指標為w（P2O5）≥28%，MER值≤0.115；浮選柱泡沫尾礦經浮選機掃選后，掃選磷精礦經濃密機濃密后所得差礦漿，供13 萬t/a 二水法磷酸裝置使用，指標為w（P2O5）≥26.5%，MER值≤0.160。

1.2 制酸、制肥分類分級加工

1.2.1磷酸串級濃縮工藝技術

原磷酸濃縮工序采用傳統的單級運行工藝，渣多、效率低，運轉率和負荷率均不高，淤酸固相部分w（不溶磷+枸溶磷）達到20.0%左右，成品濃磷酸w（固）為6.5%～8.0%，淤酸量較高，清酸比例低。2018 年對磷酸濃縮進行串級改造，采用2+1（即一級濃縮產能為二級濃縮的2 倍左右）模式運行，濃縮裝置產能提升15%，一級濃縮酸固相部分w（不溶磷+枸溶磷）降到0.5%左右，一級濃縮淤酸返回萃取槽，二級濃縮酸w（固）降到2.0%～3.5%，淤酸量減少，清酸比例提高了10%以上［1］。

1.2.2磷酸品質提升技術改造與分類儲存

根據前段礦、酸分類分級加工，將好礦漿制出的優質磷酸、較好礦漿制出的較好磷酸、差礦漿制出的普通磷酸進行分類濃縮和貯存。原有磷酸儲槽無法滿足分類貯存、分級使用要求，通過新增2個3 000 m3磷酸沉降槽和優化磷酸貯槽運作方式，磷酸沉降時間由45～55 h延長至80～90 h，為供酸品質改善提供了硬件保障，實現了不同品質磷酸串級濃縮生產、分類貯存、分級使用的生產模式，通過控制停留時間，減少了磷酸中雜質含量，MER 值下降了10%以上，提高了磷酸品質。

1.2.3優酸優用、配酸分類制肥

對歷年生產不同化肥產品所需磷酸指標進行統計分析，得出不同化肥產品對應的磷酸指標，建立配酸模型及產品養分調整模型。例如：磷酸二氫鉀生產所需磷酸必須為半水酸，MER 值小于0.087；w（N）18%的64%DAP、66%粉狀MAP、66%DAP產品所需磷酸MER 值小于0.087；其余低養分產品根據產品養分情況進行分類配酸、供酸使用。

1.2.4磷復肥分類生產

經分類生產、分類濃縮、分類存儲沉降，w（P2O5）48.5%、w（MgO）1.47%、w（R2O3）2.54%、MER 值為0.083的優質磷酸用于生產磷酸二氫鉀產品、高水溶64%DAP 產品（w（N）≥18.0%）、66%DAP 產 品 和66% MAP 出 口 產 品；w（P2O5）47.51%、w（MgO）1.61%、w（R2O3）2.73%、MER值為0.091 的較好磷酸用于生產64%DAP 出口產品；w（P2O5）44.64%、w（MgO）1.79%、w（R2O3）3.37%、MER 值為0.116 的普通磷酸用于生產w（總養分）為54%～60%的DAP和MAP等一系列產品。

2 運行情況及效果

（1）通過項目實施，公司磷精礦漿產能從120萬t/a 提升至180萬t/a，半水-二水法磷酸裝置原料由干礦粉轉為含濕礦粉，并滿足兩套二水法磷酸裝置的用礦需求。

（2）在確保產品品質的前提下，通過科學合理配入中低品位磷礦，使磷礦浮選入選品位w（P2O5）從27.5%下降至26.0%左右，w（R2O3）從2.4%提高至2.8%左右，大幅度降低了原料使用成本，擴大了磷資源使用范圍，大大提升了磷礦資源利用率。

（3）半水-二水法磷酸原料路線改造完成后，磷礦漿分類分級供給，2019年半水-二水法磷酸裝置累計磷酸產量6.28 萬t，2020 年累計磷酸產量8.03 萬t，2021 年累計磷酸產量7.8 萬t，共生產磷酸22.11 萬t。不僅盤活了7 萬t/a 半水-二水法磷酸裝置，而且通過原料路線的優化改造和半水-二水法磷酸裝置的局部優化改進，使用優質含濕磷礦粉后半水-二水法磷酸裝置產能由7 萬t/a 提升到了8萬t/a，取得了非常好的效果。

（4）磷礦漿分類分級技術研發成功后，將脫鎂磷礦漿分為好、較好、差3種礦漿，分別供給7萬t/a半水-二水法磷酸裝置、20 萬t/a 二水法磷酸裝置、13萬t/a二水法磷酸裝置使用，起到了磷礦分類分級利用、高效綜合利用的效果，節約了磷礦資源，降低了產品生產成本，支撐企業持續穩定發展。

（5）磷酸串級濃縮項目實施前采用單級濃縮生產，成品濃磷酸w（固）為6.5%～8.0%，改造后二級濃縮的成品磷酸w（固）為2.0%～3.5%，二級濃縮產品磷酸沉降后產生的淤酸明顯減少。公司消化不完剩余的淤酸只能返回磷酸裝置萃取槽，改造前淤酸中固相部分w（不溶磷+枸溶磷）達到20.0%左右。改造后一級濃縮產品磷酸沉降后產生的淤酸中固相部分w（不溶磷+枸溶磷）僅有0.5%，淤酸對過濾影響較小，降低了磷損失。

3 結論

通過實施“磷礦及磷酸分質加工利用產業化技術開發與應用”項目，科學配礦配酸，實現了磷礦及磷酸優礦優用、優酸優用，成功實現了在優質富礦大量消減的形勢下，不全部使用優質高品位磷礦，仍可以生產出優質磷酸、優質磷復肥產品，實現有限資源高效利用，并取得了顯著的經濟效益、社會效益和生態效益。