(磷酸)磷酸萃取生产.pptx

,磷酸萃取生产工艺控制,一、概述,磷酸生产主要分为热法磷酸、湿法磷酸。 由于二水法生产工艺简单成熟，对设备材质要求不高，目前应用最为广泛。 湿法磷酸就是磷矿石与强酸在一定指标环境下发生萃取反应，由强酸制得弱酸的过程。目前以使用硫酸为主。 总反应方程式： ca5f(po4)3+ h2so4+ nh2o caso4.nh2o+ h3po4 + hf,受生产流程的影响，实际反应是分两步进行的。 第一步：磷矿和返酸（稀磷酸）预分解防止磷矿与浓硫酸直接反应，避免包裹现象的发生。从控制化学反应的条件出发，减少化学反应本身对目标产物的污染。磷酸与磷矿的主要反应方程式如下： ca5f(po4)3+7h3po4=5ca(h2po4)2+hf 第二步：磷酸一钙与稍过量的硫酸反应。提供适宜的结晶条件，使副产磷石膏中的杂质含量，尤其是磷含量显著降低，提高磷回收率，使磷石膏满足建筑材料生产的要求，从源头上解决磷石膏污染的难题。硫酸的离子化反应可瞬时完成： ca(h2po4)2+h2so4+nh2o=caso4.nh2o+2h3po4,二水湿法磷酸的生产特点及经济指标,生产工艺稳定 对矿石品位适应性强 对设备材质要求不高,转化率：磷矿石中磷的萃取率 洗涤率：石膏表面带走了多少磷 生产负荷：不同结晶程度下生产负荷对应的生产成本不同,二、操作与控制,磷酸反应主方程式 ca5f(po4)3+5h2so4+5nh2o= 5caso4.nh2o+3h3po4+hf ca5f(po4)3+ 7h3po4 = 5ca(h2 po4)2 +hf 5ca(h2po4)2+5h2so4+10h2o =5caso4.nh2o+10h3po4,磷酸反应副方程式 caf2 + h2so4 = caso4 + 2hf 6hf + sio2 = h2sif6 + 2h2o 3si f4 + 2h2o = 2h2sif6 + sio2 caco3 + h2so4 = caso4 + co2 + h2o r2o3+ 2 h3po4 = 2rpo4+ 3h2o h2sif6 sif4 + 2hf r2o + h2sif6 = r2 sif6 + h2o,副反应表示矿中杂质对磷萃取过程的影响，具体作用如下：,钙磷比：决定生产成本的主要因素 氧化镁：影响结晶 r203：影响结晶，对后续处理不利 sio2 和酸不溶物（a.i）：分散性泥质，无效负荷 f：有利于结晶，但对系统不利，腐蚀性较大 r2o：生成结垢的主要因素 so3：可降低硫酸消耗 ci：生成hci，加剧系统、设备腐蚀,在配矿前应对磷矿质量做全面分析，主要评价原矿的化学组成、反应活性、抗钝化膜生产特性以及发泡性等。 磷矿中杂质的含量及其对反应过程的影响将决定生产过程的合理有效性和经济效益。,与湿法磷酸生产过程有关的晶型有三种： 【二水物】 【-半水物】 【无水物】,温度,二水-半水物平衡曲线,二水-无水物平衡曲线,caso4nh2o对应的p2o5-t平衡曲线,在本区域内，二水物是唯一的稳定晶形。要求温度很低，对磷矿分解和结晶不利，而且还要移去大量的反应热，工业上很难办到。,很快 很慢 半水 二水 无水,酸解过程工艺条件的选择 磷矿的酸解过程必须严格控制，以期达到最大的p2o5转化率及尽可能浓的磷酸；同时还要求反应生成的硫酸钙晶体粗大、整齐和易过滤。为此必须精心选择工艺条件并在操作中严格控制。,（1）停留时间 即料浆在反应槽内的平均反应停留时间，足够长的停留时间可以使石膏结晶充分长大，同时降低过饱和度，提高过滤能力。 影响停留时间的主要因素是反应槽容积和生产负荷。反应槽容积通常已经固定，因此，为保障足够的反应时间需合理控制生产负荷以保证磷矿石可以全部反应，同时留有足够的时间用于结晶的形成、长大。,（2）矿份细度 磷矿的分解速度与矿表面积成正比，提高矿粉细度，可以加快反应速度；但矿粉过细会增加动力消耗，局部硫酸钙浓度瞬间增高，造成硫酸钙局部过饱和影响结晶。 （3）搅拌强度 一定的搅拌强度可使物料充分接触，保证传质传热均匀，使局部环境稳定，但过强的搅拌会使已有的结晶相互碰撞导致破碎。 （4）回浆量 保证一定的回浆量可以使磷矿充分预分解，同时稳定反应温度，为磷矿反应提高大量的晶种。,（5）so3含量（25-35 g/l) 液相so3含量的多少对矿石的分解，结晶的形成，结晶的大小及形状都有重要的影响。 so42-+ca2+caso4 从方程式可以看出当左侧含量增高时，有利于硫酸钙的形成。 硫酸钙结晶的形成条件：达到过饱和度。 液相so3含量过低不利于反应的充分进行，同时硫酸钙的形成速度也会降低； so3含量过高时，硫酸钙形成速度过快，浓度过高会导致析出大量细小结晶。因此，在调节过程中，应注意控制硫酸的加入量以及加入速度，过浓过快斗不利于结晶的形成、长大。 保证液相中一定量的so3浓度可以降低磷酸根的取代作用；一定的so3浓度还影响磷酸的生产成本。,so3,so3对反应的影响： 1、影响石膏的结晶。 2、影响磷酸原料的消耗。 3、影响磷的收率。,结晶颗粒大小,（6）反应温度（73-81.5 ） 温度影响反应速度和传质速度，提高分子热运动。 温度过低不利于反应的顺利进行；温度过高，反应速度会加快，但盐的溶解度会随之升高，过饱和度也升高，析出的结晶量会减少，同时，高温环境对设备的损害亦会增强。 今年来，随者磷矿品位的降低，反应温度控制上限也提高了5-10。,反应温度对装置的影响： 1、影响石膏的结晶。 2、过高的温度加快装置设备的腐蚀。 3、过高的温度加快过滤机滤布破损。,温度,结晶颗粒大小,（7）p2o5浓度(液相p2o5浓度浓度控制即为稀磷酸浓度的控制） 由相平衡图可以看出，在一定的反应环境下， p2o5浓度影响结晶种类和形式。 当矿中mgo及r2o3含量增加时，滤液密度应降低以防止磷酸盐的大量形成。,液相 p2o5对装置的影响： 1、影响石膏的结晶。 2、过高的浓度加快装置设备的腐蚀。 3、过高的浓度加快过滤机滤布破损。,操作时注意：在实际操作中，反应槽液相p2o5浓度一般在1.28-1.32 g/ml，但当矿中mgo和r2o3含量增加时，滤液密度的控制要相应的降低。,p2o5%,结晶颗粒大小,（ 8）料将含固量（28-34 ） 保证料浆固含量可以提高搅拌效果，同时合理控制生产负荷。 固含量过低导致生产负荷降低，装置能力无法提高；含量过高时，搅拌过程中离子间碰撞加剧，剪切力增大，容易使结晶变小，不利于输送和过滤。 当原矿中mg、r2o3含量高时，过高的固含量会加大结晶取代作用，导致磷损失。,含固量对装置的影响： 1、影响料浆搅拌。 2、影响料浆输送。 3、能够延长反应时间。 4、提高生产能力,提高磷矿反应的转化率 k 转=（p2o5溶液/p2o5总）100 (1) 控制反应的加矿负荷 = 1-(p总- p水) p/p2o5100% 在磷酸生产中, 生产负荷的提高, 将直接影响到转化率。 (2) 控制h 2so 4 的加入 生产中, 当瞬间向系统加入大量硫酸时, 会造成局部硫酸过浓现象, 当浓度达一定极限时, 易于在矿粒的表面形成一层钝化膜, 阻止矿粉的进一步反应。矿粉转化率基本控制在96% 以上。 (3) 严格控制反应工艺指标 湿法磷酸生产中, 要提高矿粉的转化率, 最为关键的就是要严格控制酸解反应工艺指标。影响系统反应转化率的主要参数有反应料浆中液相so 4余量、反应度、 反应料浆含固量和过滤稀酸密度。我公司是根据矿的品位及粒度等因素选定最佳参数。在生产中, 使用不同矿源时, 通过在显微镜下观察晶体的形状及现场过滤效果, 寻找最佳的反应参数, 特别是料浆中so 4。 (4) 控制磷矿粉的细度 降低磷矿的颗粒直径, 有利于增大矿粒的有效表面积, 提高分解速率。我公司对粗矿进行碾磨, 根据钢球受损的状况, 适时更换磨机钢球, 并依据磨机进矿的粒度、 硬度, 采用不同的钢球比。 (5) 控制矿粉的杂质含量 湿法磷酸生产中, 磷矿粉杂质含量在一定程度上影响晶体的成长及过滤效果。,三、磷酸生产流程,过滤系统 过滤系统的主要工艺控制点是洗涤率和返酸平衡。,把悬浮液（料浆）用多孔物质（过滤介质）进行液固分离的过程，其本质上是流体流过固体颗粒床层的流动。,保证洗水温度 保证洗水分布 保证洗水质量,洗涤率,控制返酸量 控制返酸浓度 防止滤布结垢,返酸平衡,过滤系统的控制依据三个基本点 1、返酸流量和浓度的控制 控制返酸流量和浓度是控制反应过滤系统的磷平衡 2、石膏中p2o5损失的控制 降低原料的消耗，提高磷的收率 3、洗水的分布 提高对石膏的洗涤率,装置内影响过滤操作的影响因素 1、结构因素 过滤设备和管线（如系统管线泄漏破真空） 过滤介质（如滤布的材质、结构、渗透率 2、物系因素 料浆的物性（含固量、粘度等） 滤液的物性（含固量、粘度等） 料浆和洗水的温度 3、操作因素 反应结晶 过滤机转速,过滤的两个概念,过滤系统的工艺选择及强化途径 1、适当提高过滤真空度。一般在18kpa （1）加快过滤速率，提高产能；（2）降低石膏中游离水。 2、选择适宜的滤饼厚度。调整过滤负荷和过滤机转速来实现。 3、防止边壁效应 4、提高洗水温度。（60） 5、利用添加剂。 6、调节洗水分布器位置和选择合适的滤布。,提高过滤洗涤率(k 洗) (1) 定期对过滤系统进行清洗 (2) 添加絮凝剂（絮凝剂是一种可将细晶、 碎晶及一些细小杂质物凝聚在一起的高分子化合物）一是可以增加过滤强度，二是可以减少磷石膏等不溶性细小杂质进入下一个工序，三是可以降低磷石膏中五氧化二磷的残留量和含水率。 (3) 控制真空度, 及时更换破损、 老化滤布 当真空度不足时, 则滤饼难以吸干, 出的磷石膏含湿量大; 同时由于滤饼吸不干, 滤液区的滤液被带入一洗、 二洗区, 造成进反应槽的回磷酸密度升高, 反应料浆滤液稀酸密度也随之升高。而滤布损老化是造成过滤系统真空度不足的原因之一, 所以应及时对局部破损的滤布进行垫补, 对老化的滤布进行更换。 (4) 确保洗涤水质量, 强化洗涤效果,k洗涤= （100- )