Abstract：
In order to reduce the content of SO42- and increase the content of P2O5 in wet-process phosphoric acid, an industrial test is carried out of adding an appropriate amount of phosphate rock slurry and concentrated sulfuric acid to wet-process phosphoric acid. The test results show that by adding an appropriate amount of phosphate rock slurry and concentrated sulfuric acid to wet-process phosphoric acid, w (SO42-) can be reduced from 3.41% to 1.08% through one step reaction, and w (P2O5) can be increased from 20.66% to 24.13%; for a production unit with a P2O5 output of 90 kt/a, the annual economic benefit can be increased by 13.351 million yuan.
贵州西洋实业有限公司(以下简称贵州西洋公司)的磷酸生产线主要为复合肥生产提供原料，所生产的磷酸中SO42-质量分数在3.50%左右、P2O5质量分数在20.50%左右。磷酸中SO42-含量偏高将导致复合肥生产过程中氨消耗量增加，而P2O5含量偏低将导致料浆浓度降低，进而造成煤或天然气消耗量增加。
为了降低复合肥生产成本、提高企业经济效益，贵州西洋公司结合现有磷酸生产装置的工艺技术特点，充分考虑工业化试验的技术可行性、改造投入等问题，采用向湿法磷酸中加入适量矿浆(含水质量分数30%)和浓硫酸，通过一步反应以降低湿法磷酸中SO42-的含量，同时提高湿法磷酸中P2O5的含量。
贵州西洋公司在湿法磷酸脱硫及提浓工业化试验之前进行了实验室小试。试验用湿法磷酸含P2O5和SO42-质量分数分别为20.92%和2.97%，在1 000 g磷酸中分别加入P2O5质量分数为31.87%的磷矿粉225、235和245 g，加入质量分数98%的浓硫酸125 g，在搅拌条件下反应2 h，结果磷酸中的SO42-质量分数可以降至1.00%以下、P2O5质量分数可以提高至26.00%以上，脱硫及提浓效果均达到预期目标。
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分析项目及方法
湿法磷酸脱硫及提浓工业化试验主要分析项目包括矿浆浓度和P2O5含量、出三级沉降槽的磷酸中P2O5和SO42-含量、磷石膏中水溶磷和非水溶磷含量、出老线4槽的滤渣中水溶磷和非水溶磷含量、出新增沉降槽的产品磷酸中P2O5和SO42-含量。
磷酸中P2O5含量的分析方法主要有磷钼酸喹啉重量法、磷钼酸喹啉滴定法、磷钼酸黄分光光度法、磷钼酸铵滴定法、流动注射-分光光度法等，本次试验采用磷钼酸喹啉重量法[1]。磷酸中SO42-含量的分析方法主要有硫酸钡重量法、热滴定法、硫酸钡比浊法、分光光度法等，本次试验采用硫酸钡重量法[1]。
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改造前磷酸装置工艺流程
如图 1所示，来自球磨机的矿浆含水质量分数为27%~32%、细度(≤150 μm)≥85%(质量分数)，首先进入配置搅拌装置的矿浆槽内，然后经矿浆泵加压后进入萃取槽V-201A;来自萃取槽V-201C的返浆经返浆泵加压后进入闪蒸室，冷却后进入V-201A;来自一级沉降槽的返酸和来自转盘过滤机的洗水进入V-201A。上述物料在V-201A中进行预反应。
图 1
V-201A中的反应物溢流至萃取槽V-201B，浓硫酸从底部进入V-201B，硫酸与矿浆在此充分反应。V-201B中的反应物溢流至萃取槽V-201C中进行进一步的反应，然后反应物溢流至消化槽V-202以消除部分过饱和度。
V-202中的反应物加入絮凝剂后送至转盘过滤机，滤液经磷酸泵加压后依次送至一级沉降槽、二级沉降槽进一步沉降其中的磷石膏。一级沉降后的磷酸一部分作为返酸送至V-201A，一部分经二级沉降并经磷酸成品泵加压后送至磷酸罐区储存。磷石膏洗涤合格后送至磷石膏堆场或者外售，反应产生的尾气经洗涤合格后送至尾气烟囱排放。
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改造后磷酸装置工艺流程
为了降低磷酸中SO42-含量并提高P2O5含量，贵州西洋公司在实验室小试的基础上，结合现有磷酸装置的工艺技术特点，充分考虑工业化试验的技术可行性，通过优化工艺流程、充分利用闲置设备，以减少投资并降低操作难度。
3.1
工艺流程
改造后磷酸装置工艺流程如图 2所示。
图 2
来自球磨机的矿浆含水质量分数为27%~32%、细度(≤150 μm)≥85%(质量分数)，首先进入配置搅拌装置的矿浆槽内，然后经矿浆泵加压后进入萃取槽V-201A;来自萃取槽V-201C的返浆经返浆泵加压后进入闪蒸室，冷却后进入V-201A;来自沉降槽的底流和转盘过滤机的洗水进入V-201A。上述物料在V-201A中进行预反应。
V-201A中的反应物溢流至萃取槽V-201B，浓硫酸从底部进入V-201B，硫酸与矿浆在此充分反应。V-201B中的反应物溢流至萃取槽V-201C中进行进一步反应，然后反应物溢流至消化槽V-202以消除部分过饱和度。
V-202中的反应物加入絮凝剂后送至转盘过滤机，滤液送至老线3槽，在此按比例加入矿浆和浓硫酸进行反应，反应物溢流至老线4槽中进行进一步反应。磷石膏洗涤合格后送至磷石膏堆场或者外售。
老线4槽中的反应物加入絮凝剂后送至新增沉降槽，上清液即为脱硫及提浓后的产品磷酸，送至磷酸罐区储存，底流送至V-201A进一步分解其中的残磷。反应产生的尾气经洗涤合格之后送至尾气烟囱排放。
3.2
新增设施
为了减少投入，湿法磷酸脱硫及提浓工业化试验尽量利用原有设施，其中老线3槽、老线4槽为80 kt/a湿法磷酸装置的闲置萃取槽，带有搅拌装置。除了新增3台沉降槽和必要的管线、切断阀及流量计外，没有新增其他设施。
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试验方案
4.1
试验应具备的条件
(1) 湿法磷酸脱硫及提浓工业化试验工艺流程改造到位，操作人员熟悉试验流程及其操作步骤。
(2) 老线3槽搅拌器、老线4槽搅拌器、老线4槽底部料浆泵试车合格，具备运行条件。
(3) 现有湿法磷酸装置运行正常，具备工业化试验条件。
(4) 取样分析矿浆浓度及P2O5含量、出转盘过滤机的磷酸中P2O5和SO42-含量。
4.2
试验操作步骤
新增沉降槽单台体积为92 m3，以反应料浆在沉降槽中的停留时间为2 h来计算，则来自老线4槽的反应料浆量为46 m3/h。考虑到老线3槽在加矿浆的过程中会带入一部分水，则实际进入老线3槽的磷酸量为35 m3/h，故试验期间磷酸装置半负荷运行，以保证反应料浆在新增沉降槽中的停留时间。
(1) 打开转盘过滤机去老线3槽的阀门，当桨叶全部淹没后，启动搅拌器。
(2) 根据进老线3槽的磷酸量、磷酸中SO42-和P2O5的含量，按1 t磷酸加0.25 t矿浆和0.12 t硫酸进行反应。
(3) 老线3槽的反应料浆溢流至老线4槽，当老线4槽的液位达80%左右时，启动老线4槽底部的料浆泵，同时打开絮凝剂加入阀，将絮凝剂和反应料浆一起输送至新增沉降槽，密切观察新增沉降槽中料浆的沉降效果。新增沉降槽的上清液通过磷酸成品泵送至磷酸罐区，底流通过底流泵送至V-201A。
(4) 试验流程打通后，密切关注各反应槽的反应情况。当系统稳定后，每间隔4 h分析矿浆浓度和P2O5含量，磷石膏中水溶磷和非水溶磷的含量以及洗涤率、萃取率，老线4槽滤渣中水溶磷和非水溶磷的含量以及萃取率; 每间隔2 h分析出转盘过滤机的磷酸中SO42-和P2O5含量、出沉降槽的产品磷酸中SO42-和P2O5含量。
(5) 根据出新增沉降槽的产品磷酸中P2O5和SO42-含量，调整矿浆加入量，直至产品磷酸中含P2O5和SO42-质量分数分别为≥24.00%和≤1.20%。
(6) 密切关注V-201C中反应物的液固比、转盘过滤机的过滤情况以及新增沉降槽的沉降效果。
(7) 优化各项工艺参数，系统稳定运行72 h。
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试验结果
试验期间矿浆平均含水质量分数为29.24%，平均含P2O5质量分数为29.85%;出转盘过滤机的磷酸平均含SO42-质量分数为3.41%，平均含P2O5质量分数为20.66%;出沉降槽的产品磷酸平均含SO42-质量分数为1.08%，平均含P2O5质量分数为24.13%;老线4槽滤渣平均含水溶磷质量分数为8.46%，平均含非水溶磷质量分数为1.30%，萃取率为95.46%;出转盘过滤机的磷石膏平均含水溶磷质量分数为0.14%，平均含非水溶磷质量分数为0.69%，萃取率为96.94%，洗涤率为99.38%。
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经济效益分析
贵州西洋公司P2O5实际产量为90 kt/a左右，按日产量400 t、年运行225 d、新增用电负荷205 kW、电价0.55元/(kW·h)计，则年新增电费约为60.9万元。
提浓前磷酸平均含P2O5质量分数为20.66%，提浓后磷酸平均含P2O5质量分数为24.13%。磷酸浓度提高后，复合肥料浆的浓度相应提高，复合肥生产过程中少蒸发的水分约为62 644.7 t。按水温20 ℃、造粒窑排汽温度86 ℃、水的比热容4.2 kJ/(kg·K)、水在86 ℃的蒸发潜热为2 293.1 kJ/kg、1 kg标准煤的热值为29 260 kJ、标准煤价格1 000元/t计，则少蒸发的水分折合节省标准煤量为5 502.9 t，年节约燃料成本约为550.3万元。
蒸发水量减少意味着向污水站排水量减少，按1 t水含总养分质量分数3%、质量分数1%养分45元计，则年减少损失约为845.7万元。
综上所述，采用矿浆提浓的年总经济效益约为1 335.1万元。
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结语
贵州西洋公司湿法磷酸脱硫及提浓工业化试验达到了预期效果，磷酸中SO42-质量分数下降2.33%、P2O5质量分数提高3.47%，年新增利润1 335.1万元，经济效益显著。
沪公网安备 31010702007066号