湿法磷酸的生产工艺及其运用

1、 云南广播电视大学云南国防工业职业技术学院毕业设计说明书作 者:伏国精学 号：20101119139学 院:化学工程学院专 业:精细化学品生产技术题 目:湿法磷酸的生产工艺及应用指导者： 张永明 (高级讲师) 评阅者: 张永明 (高级讲师) 2012年12月29毕业设计说明书 摘要 磷化学工业史以磷矿石位原料，经过物理化学加工制得各种含磷制品的工业。主要包括磷酸、磷肥、含磷农药、元素磷、磷化物、磷酸盐、有机磷化物及医药工业等。本论文依据本人实际情况和学识水平，主要对湿法磷酸生产工艺及应用进行粗略阐述。论文主要对湿法磷酸生产工艺中的过滤工段的反应原理和操作规程进行论述，而对于反应、湿磨和浓缩工段

2、，因本人所在实习岗位原因，则只是简单带过。本论文本着精练、简洁的原则，力求联系实习企业的生产实际。但因本人实习时间过短、所学粗浅、水平有限、时间仓促等原因，论文中有许多疏漏和不妥之处，还望各位指导老师和评阅老师多多包涵并及时指正。关键词：湿法磷酸；生产工艺；过滤；操作规程目录1引言.52总论.62.1 湿法磷酸生产的发展历程.62.2 磷酸性质及磷矿要求.7 2.2.1磷酸的物理性质.8 2.2.2磷酸的化学性质.9 2.2.3湿法磷酸对磷矿的要求.102.3 主要生产工艺路线简介.12 2.3.1工艺路线介绍.12 2.3.2工艺要求.13 2.3.3主要系统介绍.132.4湿法磷酸生产的基

3、本原理.15 2.4.1湿法磷酸生产的主要化学反应.152.5湿法磷酸生产过程中的相平衡.16 2.5.1硫酸钙在CaSO4-H3PO-H2O三元体系相平衡.163反应、湿磨和浓缩简介.183.1 反应工段简介.183.2 湿磨工段简介.183.3 浓缩工段简介.184过滤工段工艺操作规程.194.1岗位任务.194.2岗位范围.194.3生产原理及工艺流程.19 4.3.1生产原理.19 4.3.2工艺流程概述.194.4工艺操作指标.204.5操作规程.20 4.5.1开车前的准备工作.20 4.5.2正常开车程序（含原始开车）.21 a.准备工作及操作程序.21 b.正常停车.22 4.

4、5.3过滤工段的清洗.22 a.准备工作及操作程序.22 4.5.4紧急停车.23 4.5.5长期停车.234.6常见故障分析及处理措施.235湿法磷酸的应用.25 5.1用于化学肥料的生产.25 5.2用于工业级磷酸盐的生产.26 5.3用于饲料级磷酸盐的生产.26 5.4用于食品级磷酸盐的生产.26结论.27致谢.28参考文献. .291 引言 磷化学工业是以磷矿石位原料，经过物理化学加工制得各种含磷制品的工业。主要包括磷肥、含磷农药、元素磷、磷酸、磷化物、磷酸盐、有机磷化物及医药工业等。磷化学工业简称磷化工。磷化工是化学工业的一个重要组成部分，磷在现代化学工业中占有相当重要的地位和作用。

5、 1669年德国Hennig Brang发现了磷，1888年英国J.B.首先用电炉制出黄磷，标志着磷化工的开始。随着时代的发展和科学技术的进步，促进了磷和磷制品向更多产业部门的渗透，除了在农业上大量用作肥料、含磷农药、家禽和牲畜的饲料以外，磷化工产品在洗涤剂、冶金、机械、选矿、钻井、电镀、颜料、涂料、纺织、印染、制革、医药、食品、玻璃、陶瓷、水处理、耐火材料、建筑材料、日用化工、造纸、弹药、阻燃及灭火等方面已被广泛使用。 随着科技的发展，高纯度及特种功能磷化工产品在尖端科学、国防工业等方面被进一步推广应用，并出现了大量新产品，如：电子电气材料、传感元件材料、离子交换剂、催化剂、人工生物材料、太

6、阳能电池材料、光学材料等等。 由于磷化工产品不断向更多的产业部门渗透，特别是在尖端科学和新兴产业部门中的应用，使磷化工成为国民经济中的一个重要的产业，发挥着越来越重要的作用。 2总论2.1湿法磷酸生产的发展历程湿法磷酸成批生产用于肥料及其它工业迄今已有一百多年的历史了1870-1872年间德国首次开始成批生产磷酸，反应槽和过滤机都是用木材制成的，用间歇方式分批生产，每批约l-2吨磷酸，直到十九世纪末期这种生产方式仍没有太大的改变生产的磷酸浓度只有8.0P2O5，1890年-1915年间已开始采用间歇式的压滤机来分离磷石膏固化同时，为了解决碳酸强烈的腐蚀性，磷酸浓缩也开始用岩石或铅作设备材料，加

7、热器也是用铅管制成的。用连续方式生产湿法磷酸是相在1915年采用道尔流程(Dorrr Process)以后，当时己开始用几只连续的稠厚器。用逆流程浸取的方式连续进行磷石膏的分离， 磷酸的浓度可达22-23%P2O5 .1920年后该流程采用连续鼓式过滤机以取代最后一只稠厚器。 使磷酸浓度提高到25%P2O5.1932年道尔公司在特里尔(Trai)建成磷酸工厂， 在生产技术上作了两项重大的改革，不仅强化了湿法磷酸的生产而且还可以制得浓度为32P2O5的磷酸。这个生产流程当时称为“道尔浓酸流程”，在生产技术上是具有划时代的进步意义的，并为以后半个多世纪中二水物流程的发展奠定了良好的基础。 与此同时

8、道尔公司还在研究能直接制取浓磷酸的生产方法。 他们开发了一个新的流程，并以拉森名义获得了一系列专利。 该流程是将磷矿用硫酸分解，首先形成半水硫酸钙，料浆经过滤后再将滤渣进行水化，使半水物转化为二水物，得到的磷酸浓度为35% P2O5。实际人这是六十年代末期到七十年代初期开发的半水二水再结晶流程的雏型。但在当时的技术条件下要实现这样的工业生产显然是很困难的。 三十年代以后。 已有不少的专家注意到直接生产浓磷酸工艺的研究，除拉森流程以外，1930年诺登格伦及共同事也获得了无水物流程及半水物沉程的专利。 四十年代特别是第二改世界大战以后,世界湿法磷酸的生产技术获得了明显的进展,它的特征表现在： (1

9、)新的生产流程不断涌现,逐步取代了三十年代的道尔流程。虽然在生产上绝大部分依旧采用二水物流程，但是这些新流程在技术上、设备上都有自己的特色。(2)产设备上不断地更新，提高了生产强度。在此时期提出了不少新型的反应单槽，结构紧凑节省动力，完全取代了沿用的阶梯式多槽，对过滤机进行的改进尤为显著，先后出现了道尔沃里弗(DWvoliver)盘带式过滤机、普朵昂倾覆盘式过滤机以及水平转台式过滤机等，它们的操作性能及生产强度都较转鼓式过滤机及带式过滤机为优。(3)加强了理论研究。对湿法磷酸的反应过程及硫酸钙的结晶机理进行了大量研究为有效地推动湿法磷酸的快速发展起了积极的作用。 六十年代期间,湿法磷酸生产技术

10、发展的标志是扩大单系统生产的规模，以及工艺流程的选一步改革。随着湿法磷酸需要量的大幅度增加，磷酸生产中单系统的规模日益增大,其目的除增加产量以外，力求降低生产中的间接成本, 在此期间已经出现了日产1000吨P2O5。的单系统生产装置同时也完善了生产操作的自控水平,这一切使湿法磷酸工业步入了现代化的大型生产。 工艺流程改革具体表现是再结晶工艺流程大量出现，提高了磷的得率和磷石膏的质量。首先提出的是被称为“日本式流程”的一步法半水二水再结晶流程，而后则是普莱昂公司的二半水再结晶流程。 这些流程虽然不能提高磷酸的浓度，但是它们的出现证明工业上实现硫酸钙的“再结晶”过程是可能的,而且是优越的。六十年代

11、末及七十年初期，磷酸工业中又出现了一大批能生产40-50P2O5的浓磷酸的二步法半水二水再结晶流程，这些流程可同时实现磷酸浓度高*得率高及石膏质量纯的目的，这些都是湿法磷酸生产中长期以来未能实现的愿望。到目前为止，二步法流程虽然还存在某些困难，建成的工厂还为数不多，但它是湿法磷酸生产技术发展的必然结果，前景是很有希望的。我国湿法磷酸工业是从1953年开始的，迄今只有二十余年历史,很多的研究工作是向上海化工研究院进行的，不少省、市的科研单位以及有关院校也做了大量工作上海化工研究院采用国产磷矿研究了二水物流程的工艺过程， 1963年完成中间试验以后， 在南京建成年产2万吨磷酸的试验性工厂。1957

12、年以后开始了半水物流程的研究，持续多次中间试验后于1968年结束试验阶段接着于1971年开始进行二步法半水二水再结晶流程的开发。到目前止，全国建成十多个中、小型的湿法磷酸工厂，用以生产磷酸铵及工业磷酸盐。现在随着磷肥生产的需要我国湿法磷酸正在积极发展中。2.2磷酸性质及磷矿要求2.2.1磷酸的物理性质 磷酸，又名正磷酸、一缩原磷酸、缩原磷酸.分子式H3PO4 ，分子量98. 纯磷酸在常温下为透明单斜结晶，在空气中易潮解，密度1.88 gcm-3 ，熔点42.4磷酸与水能以任意比互溶且易溶于乙醇；88%的磷酸长时间放在冷处，易生成结晶(熔点29.32，半水磷酸) ；当温度升到150时变为无水物，

13、约在284时脱水并转变为焦磷酸。高于300时变为偏磷；纯磷酸含P2O5 72.4%；磷酸与水的相图中还存在半水物H3PO40.5H2O结晶区，熔点21.3，含P2O5 91.6%.H3PO4H2O体系的相图示于下：图2.2.1.1H3PO4H2O体系的相图半水物磷酸与冰的低共熔点为-85，该点的磷酸含量为62.5% H3PO4.磷酸作为商品运输时的含量一般为75% H3PO4或85% H3PO4，溶液的冰点分别为-20及-21，底于此温度时会有半水物结晶析出.含量超过100% H3PO4时进入无结晶区，包括一组链长不同的缩合磷酸，以焦磷酸H4P2O7为起点，接着是三聚磷酸H5P3O10、四聚磷

14、酸H6P4O13等饱和区域。当正磷酸溶液加热蒸发时，可以得到一组各种链长不同的缩合磷酸混合物，通常称为过磷酸.提高加热温度或延长加热时间，磷酸的脱水作用将达到更高的程度，亦即正磷酸不断减少，缩合磷酸（如三聚磷酸、四聚磷酸、偏磷酸等）不断增加。这时，磷酸的含量已经大于100%H3PO4，所以在工业生产中，常常用P2O5含量来表示磷酸的含量，而不是用H3PO4的含量来表示.将磷酸继续浓缩可以得到一组恒沸点混合物，它的组成为91.1%92.1% P2O5，溶液的蒸汽压将从13.87kpa增至100.39kpa，相应的沸点从694提高到869.其水溶液的蒸汽压p与溶液组成% P2O5及沸点T的关系可表

15、示如下： kpa式中P2O5在60%95%之间.接近1000时，磷酸蒸汽将离解成H2O与P4O10焦磷酸H4P2O7的熔点为61，熔融后很难重结晶，在室温下，熔融后的焦磷酸的固化时间很长，要几周或几个月。这主要是由于焦磷酸已被离解成正磷酸与多磷酸的混合物。10 偏磷酸HPO3n为一无定形磷酸的混合物，也是一个恒沸点混合物.在72%80% P2O5时，偏磷酸为一油状液体；在80%89% P2O5时，呈焦油状或脂肪状；高于90% P2O5时呈透明玻璃状.任何组成的聚合磷酸溶解于水均水解成正磷酸，水解速度决定于水解温度：25时形成正磷酸，温度提高到100时，几分钟就完成了.因此，可以在室温下研究聚磷

16、酸在水溶液中的性质.磷酸的稀释热随着稀释倍数的增大，例如：1mol H3PO4在1mol水中的溶解热为7.285J/mol，而在100mol水中则增大为22.046J/mol.磷酸溶液的密度与黏度在一定温度下，均随磷酸中P2O5含量的增加而增加.在75下，当从19.6%增加到70.5%时，磷酸水溶液的黏度相应从1.976*10-3Pas增加到59.24*10-2Pas，而密度则从1.15 gcm-3 增加到1.49gcm-3.磷酸水溶液（44% P2O5）在20100范围内的比热容可按下式计算：cp=1.0109-0.00514x 式中 x为磷酸中P2O5含量，P2O5%.2.2.2磷酸的化学

17、性质 磷酸为三元中强酸，具有酸的所通性，在室温下有较活泼的化学性质，在高温下还可以和金属及其氧化物发生化学反应。当磷酸加热至浆状的时候还能腐蚀石英。浓溶液能刺激皮肤、黏膜。磷酸的氧化性很弱即使在350400下和氢、碳等强还原剂作用也不能发生明显的化学反应。磷酸在水溶液中的电离分三步进行，并且电离度越来越弱： H+ + K1=0.9310-2 H+ + K2=0.9910-8 H+ + K3=1.810-12 磷酸溶液的PH值对磷酸和磷酸盐溶液的离子存在形式有决定性作用。当PH=2时，溶液中约有一半以一代磷酸离子存在；当PH=4.5时，才是稳定的；而则必须在强碱性溶液(PH=12.52)中才能稳

18、定存在。因为磷酸难挥发，没强氧化性，可跟盐反应生成有还原性的易挥发酸H3PO4+NaBr=NaH2PO4+HBr（制易挥发、还原性强的酸）H3PO4+NaI=NaH2PO4+HI （制易挥发、还原性强的酸）某些不溶性磷酸正盐可跟磷酸反应，生成可溶性酸式磷酸二氢盐，如：Ca3(PO4)2+4H3PO4=3Ca(H2PO4)2磷酸跟碱性物质作用时，磷酸和碱性物质的比例不同反应也不一样，可生成正盐、一氢盐、二氢盐，后两种是酸式盐.如：正盐 H3PO4+3NaOH=Na3PO4+3H2O H3PO4+3NH3=(NH4)3PO4一氢盐 H3PO4+2NaOH=Na2HPO4+2H2O二氢盐 H3PO4

19、+NaOH=NaH2PO4+H2O H3PO4+NH3=NH4H2PO4 H3PO4+2NH3=(NH4)2HPO42.2.3湿法磷酸对磷矿的要求 在湿法磷酸、磷铵的生产中，为了稳定操作、提高技术经济指标、增加工厂的经济效益，通常都希望采用品位高、杂质少、质量稳定的磷矿做原料.工厂的生产规模越大、使用精料的必要性也越大，因为规模越大、单位时间内磷矿需要量越多，对磷矿质量稳定性的要求也越严格，否则正常而稳定的运行就难以维持。磷酸、磷铵生产中，要对原料磷矿的品位及有害杂质的限量提出一个具体要求很不容易.因为既要考虑生产上的需要，有应考虑矿山开采的实际可能.生产客观需要与磷酸、磷铵的生产流程、规模以

20、及磷酸再加工的品种等有关.一般地说，采用二水物流程的工厂，对磷矿质量的要求可以低一些；采用半水物流程制取浓磷酸或生产规模较大的二水物磷酸厂，对磷矿质量的要求就要高一些；当采用半水-二水流程、二水-半水流程等再结晶流程时，还要考虑难溶性杂质的积累。故对有害杂质的限量要求就更高一些.磷酸加工制成磷肥的品种对磷矿品位及质量的要求也有很大差异.生产重过磷酸钙对磷矿质量要求严格，尤其是有害杂质的含量要少.但用于生产磷铵（磷酸一铵或磷酸二铵）对磷矿质量要求可以低一些.如果选用“料浆浓缩法” 磷铵生产工艺，则对磷矿质量的要求还可以更低一些。磷矿中有害杂志的允许含量常与品位有关.P2O5品位高的磷矿允许有较多

21、的杂质存在.为此，规定杂质含量的绝对值意义不大.正确的方法是规定某一杂质对P2O5含量的比值（质量比），例如CaO/ P2O5、MgO/ P2O5等。（1） 国外对商品磷矿（主要用于酸法加工）的一般要求列于下表中：表2.2.3.1国外对商品磷矿的要求 项目 要求BPL%(P2O5%)CaO/ P2O5(Fe2O3+Al2O3) / P2O5MgO/ P2O5基本要求68%70%（31%33%）1.41.453%0.5%最低要求68%（31%）1.4510%2%（2）中国酸法磷肥用矿要求主要指过磷酸钙、湿法磷酸、磷酸铵、重过磷酸钙、硝酸磷肥和沉淀磷肥等的用矿要求.1995年中国制定出酸法磷肥用矿

22、化工行业标准列于下表：表2.2.3.2中国酸法磷肥用矿化工行业标准项目优等品一等品合格品五氧化二磷（P2O5）含量/% 34.032.030.028.024.0氧化镁（MgO）/五氧化二磷（P2O5）/% 2.53.55.010.0三氧化二物（R2O3）/五氧化二磷（P2O5）/% 8.510.012.015.0二氧化碳（CO2）含量/% 3.04.05.07.0注：1.水分以交货地点计、含量应8.0%.2.除水分外各组分含量均以干基计.3.当指标中仅MgO/ P2O5或R2O3/ P2O5一项超标，而另一项较低时，允许MgO/ P2O5的指标增加（或减少）0.4%，但此时R2O3/ P2O5

23、指标应减少（或增加）0.6%.4。磷矿石合格品的P2O5含量应26.0%.5.合格品中杂质要求按合同执行。“料浆浓缩法”磷铵对磷矿质量的要求比传统法的低，但不是什么矿都可以用.在建设“料浆法” 磷铵厂前，如所选用的磷矿尚未在生产中使用过，仍必须对所选定的磷矿进行全面（系统）或部分主要工艺参数的评价试验，确定该矿是否可用.特别要指出的是“料浆法”工艺也绝不是只用质量较差的矿.许多评价试验表明，料浆法制磷铵使用高质量磷矿为原料时，各项工艺技术指标和产品质量与传统法很接近。2.3主要生产工艺路线简介2.3.1工艺路线介绍 从湿法磷酸进行工业生产以来，二水物流程一直占主导地位。目前，已有各种各样的流程

24、。萃取槽和过滤机的选型，以流程配置均各具特色。我们采用我国使用较多的单槽多桨鼓风机冷却流程。它采用浓度为93-98%的硫酸和磷矿浆反应。二水物湿法磷酸的生产主要分两个步骤，包括磷矿的分解和磷酸与磷石膏的分离。其工艺流程见下图。从原料工段送来的矿浆经计量后进入酸解槽，硫酸经计量槽用泵送入酸解槽，通过自控调节确保硫酸和矿浆按比例加入。酸解得到的磷酸个磷石膏的混合物送到盘试过滤机进行过滤。为了降低酸解反应槽中的反应温度，用鼓风机鼓入空气进行冷却。酸解槽放出的气体用文丘里吸收塔水循环吸收，吸收液用泵送到文丘里吸收塔进行循环吸收。净化的尾气经排风机和排气筒排。过滤所得到的石膏滤饼经洗涤后卸入螺旋输送机并

25、经传送带送到渣场内堆积起来用于其他用途。滤饼采用三次洗涤流程，冲洗过滤机的滤盘及地坪的污水封闭循环系统。一次洗涤内，经气液分离后，滤洗液也相应的进入到滤洗液中间槽的洗涤液格内，经气液分离以后，滤洗液也相应的进入到滤洗液的中间格槽的滤洗液格内。滤液磷酸经过泵，一部分磷酸中间槽进行贮存起来，用于生产磷酸用，另一部分返回一洗格内。一洗液由一洗液泵全部送到酸解槽。二洗液和三洗液分别经二洗液泵返回过滤机逆流洗涤滤饼。吸干液经气液分离器进滤洗液中间槽三洗液格内。水泵的压出气则送到过滤机进行反吹石膏渣卸料用。 过滤工序所需要的真空水环式真空泵产生。抽出的气体经过冷凝器用水冷却。真空泵冷却水集中在冷却池，通过

26、泵送到冷凝器作冷却水用。从冷凝器中排出的污水经液封槽排入冷凝水池后，由泵送到文丘里洗涤塔和磷铵工段进行混合冷凝器。2.3.2工艺要求 1.能有效的控制料浆中的硫酸根和钙离子浓度以及硫酸钙的成核速率，以利于结晶的长大并在生产的过程中不会发生晶形的改变。2. 有良好的搅拌和回浆，避免出现局部的过饱和度增高的情况。3.酸解要有足够大的容积，可以保证有足够的停留时间。4.具有冷却料浆的有效手段，并能有效的控制好料浆的温度与消除泡沫。2.3.3主要系统介绍 60年代以来，湿法磷酸生产发展的一个重大发展趋势是建设大规模的自动话程度高的化工厂，然而这样的大型化工装置是由单一的反应槽和单一的过滤机组成，已经建

27、成的日生产能力达到1000吨 ，甚至更大一些的。大型的装置是有利的，其规模越大，工厂的建设投资就越省，相对的生产成本就越低。但不管怎样生产都主要是以下反应系统组成（1） 反应系统 湿法磷酸是用硫酸分解磨细的磷矿制得的，硫酸的用量大致等于和磷矿中CaO化合所需的化学计量。大约有97%的硫酸根以硫酸钙的形态沉淀出来，有23呈溶解态的硫酸盐留在磷酸中。为了有效地操作，溶解态硫酸盐的含量必须严格控制。成品酸中P2O5的浓度以及反应器内料浆中固体物的浓度这两者都借助于从过滤机返回的循环磷酸的浓度和数量来控制。磷酸的分解，可以认为是分成几步进行的。首先，磷矿中的磷酸三钙被磷酸分解生成磷酸一钙，然后磷酸一钙

28、与硫酸作用生成磷酸以及石膏。此外，有一些磷矿被硫酸分解生成硫酸钙和磷酸，但是，这个反应由于形成一层不溶性的硫酸钙包围住各个矿粒而会自行抑制。（2）冷凝系统 冷却虽然以生成半水物或无水物为基础的那些特殊方法也许需要在反应器的一处或数处加热，但更为习用的二水物法则需要移去大量的热。否则，反应器内的温度将升到远高于生成易过滤的石膏所希望的温度范围（7585）。依据所进行的设计、用户的要求、或者环境条件，例如有冷却水可利用等等。热量的移走在大多数场合下或是靠吹入空气，或是于真空下闪蒸而冷却。热量的产生，是由于加入的硫酸被稀释、由于各种化学反应、由于结晶放热以及由于供给搅拌机的机械能转化成热能。移去的总

29、热量是操作温度、浓度和矿的组成的函数，不过在扣除了各种热损失之后，并以供给93%硫酸为基准时，分解每吨矿通常大约是550，000kJ的热量，使用冷却水管进行冷却是不切实用的，因为很快结疤并腐蚀。某些较早期的工厂应用各种结构的浸没在液层下的空气鼓泡器获得了成功，但是更大的装置需要更有效的方法导致发展了适用的橡胶的真空冷却器，热的料浆从最后一个反应器用泵打入这种冷却器里进行闪蒸，然后又返回反应系统的前端。虽然在这种冷却器里也会结疤，但设计得当的结构能使这种装置长期运行而不会发生大问题。为产生真空所需要的中压蒸汽通常可以从邻近的硫酸厂获得，不过若这类蒸汽没有的话，可以使用真空泵。近时大的单槽反应器的

30、普及，给空气冷却的方法提供了新的鼓励，很大的液体表面能进行显著的蒸发冷却作用，特别是当从适当的歧管或管线吹空气经过热料浆表面以协助冷却。这种方法简单，因而引人注意，不过需要一个适当大小的洗涤器以处理排出的空气。如果适合，还可以辅以真空冷却。这种方法对于任何形状的反应器(圆的，椭圆形的等等)都是一样可用的，整个槽内的液体的温度差不多是一样大小。 （3）消化系统消化阶段主要是让冷凝好的反应物进一步的充分反应，让其反应颗粒加大加粗有利于下一步的过滤。反应器就是消化槽。消化槽的制造简单，造型可以根据工厂的实际情况自己确定。消化槽的大小也可以根据生产 能力的大小设计。磷酸的生产中对消化槽没有太多的要求。

31、 （4）过滤系统现在倾向于使用水平放置的翻盘式过滤机，因为它们适于大尺寸的，并且容易维修和易于保持不堵塞和不结垢。另一种专门设计用于石膏过滤的过滤机是平台式的水平真空过滤机，这种过滤机将平台式过滤机的结构简单与翻盘式过滤机的某些优点结合起来。毫无疑问，我们将看到石膏过滤技术有更新的发展。（5）生产流程图 图2.3.3.1生产流程图 2.4湿法磷酸生产的基本原理 湿法磷酸的生产起方法是在一定的条件下，用酸分解磷矿制磷酸，分解的过程中生成磷酸溶液和难溶性硫酸钙结晶。2.4.1湿法磷酸生产的主要化学反应 湿法磷酸生产化学反应，总的化学方程式如下 5H2SO4+Ca5F(PO4)3+5nH2O =5C

32、aSO4nH2O+3H3PO4+HF实际上反应分两步进行。第一步是磷矿和循环料浆进行预分解反应，磷矿首先溶解在过量的酸中生成磷酸一钙 Ca5F(PO4)3+7 H3PO4=5Ca(H2PO4)2+HF第二步为上述的磷酸一钙料浆与过量的硫酸反应生成硫酸结晶和磷酸溶液 5Ca(H2PO4)2+ 5H2SO4+5nH2O=10H3PO4+5CaSO4nH2O硫酸钙以三种不同的结晶形式从磷酸中沉淀出来，他们的生成条件主要取决于磷酸溶液中的磷酸浓度、温度以及游离硫酸浓度。根据生产条件的不同，可以将二水硫酸钙（CaSO4.2H2O）、半水硫酸钙（CaSO4.H2O）和无水硫酸钙CaSO4三种。相应的就有三

33、种不同的生产方法即二水物法、半水物法和无水物法。反应中生成的HF与磷矿中带入的SiO2生成H2SiF6 。 6HF+SiH2SiF6+H2OH2SiF又与SiO2反应生成SiF4气体。2 H2SiF6+ SiO23 SiF4+2 H2O以上可以知道氟主要是以SiF4形式存在，用水吸收后生成氟硅酸水溶液并析出硅胶沉淀。3 SiF4 +（ n+2 ）H2O 2 H2SiF6 + SiO2 nH2O磷矿中铁、铝、钠、钾等杂质将发生以下的反应： Fe2O3 + 2H3PO4 2FePO4+3 H2O Al2O3 + 2H3PO4 2AlPO4+3 H2O Na 2O + H2SiF6 NaSiF6 +

34、 H2OK2O + H2SiF6 KSiF6 + H2O其中的镁主要存在于碳酸盐之中，磷矿中的碳酸盐，白云石、方解石等首先被分解并放出CO2。 CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + H2O + CO2 CaCO3.MgCO3 + H2SO4 CaSO4 +MgSO4 + 2H2O+2 CO2生成的镁盐全部进入磷酸溶液中对磷酸的质量和以后的加工过程都不会带来影响 2.5湿法磷酸生产过程中的相平衡2.5.1硫酸钙在CaSO4-H3PO-H2O三元体系相平衡 硫酸钙在湿法磷酸生产中可能生成的三种结晶有不同的溶解度等温线。研究其溶解度曲线，可以了解不同晶体的磷酸钙在磷酸中的稳定情况，如果结晶的溶

35、解度越小，则其稳定性越大，而这种稳定性是湿法磷酸生产过程中工艺的重要依据。以下讨论的半水物系指的是a-半水物，无水物系指无水物二。80时，硫酸钙三种水合结晶在磷酸中无水硫酸钙结晶在所有的磷酸浓度的溶液中溶解度最小，成为唯一的稳定固相，二水物和半水物都是介稳固最终将转化为无水物。二水物和半水物结晶的稳定性取决于温度及磷酸的浓度。80时相应的磷酸浓度为33%P2O5.所以在该温度下当溶液的磷酸浓度低于33%P2O5时,二水物的溶解度比半水物小,相对的比半水物更稳定;反之高于33%P2O5时,半水物比二水物更为稳定, 33%P2O5二水物比半水物稳定的转化平衡点，对不同的生产要求有可以按三元体平衡的

36、转化规律来进行不同的选择。为了便于研究现将硫酸钙的三元体系平衡图绘制于下：下图的三个区域中,硫酸钙的结晶的转化顺序为: 区域一 ：半水物无水物二水物 区域二： 半水物二水物无水物 区域三： 二水物半水物无水物 图2.5.1.1 CaSO4-H3PO-H2O三元体系相平衡图3反应、湿磨和浓缩简介3.1 反应工段简介3.1.1反应工段生产原理 控制二水物湿法磷酸工艺条件，用硫酸分解磷矿是利用硫酸和磷酸的化学能，将磷矿中难溶的P2O5 转化为水溶性P2O5，使P2O5 尽可能转移到液相中来。最终反应生成磷酸和二水硫酸钙结晶共存的料浆。其化学反应方程式如下：5H2SO4+Ca5F(PO4)3+5nH2

37、O =5CaSO4nH2O+3H3PO4+HF3.1.2不利于反应工段进行反应、结晶的各种因素 （1）氧化钙；（2）倍半氧化物：三氧化二铁和三氧化二铝；（3）氧化镁含量；（4）氟含量；（5）硅含量；（6）硫化物含量；（7）分散性泥质含量；（8）有机物含量；（9）稀土化合物；（10）氯含量。3.2湿磨工段简介3.2.1工艺流程描述 装载机磷矿贮斗皮带输送机磨头仓电子称重皮带球磨机滚动筛矿浆地下槽矿浆地槽泵水力旋流器浓密机矿浆泵矿浆储槽。3.2.2工艺指标 矿浆含固量： 6268% 矿浆粒度 ： 85%过100目3.3浓缩工段简介3.3.1生产原理 利用强制循环真空蒸发原理，使稀酸与蒸汽进行逆流间

38、接换热，蒸汽走壳程，循环磷酸走管程，把稀磷酸的温度升高，在闪蒸室中磷酸的部分水分蒸发，直至磷酸浓度达规定指标范围，并把含氟气体用循环水进行循环洗涤回收，同时将浓度达标的磷酸送至浓磷酸澄清槽。3.3.2工艺指标 产品浓磷酸浓度： 47%48% 产品浓磷酸含固量： 2%4过滤工段工艺操作规程4.1岗位任务（1）利用过滤设备将反应料浆进行液固分离；（2）采用三次逆流洗涤工艺，控制好洗水流量及分布，保证滤饼（石膏）的洗涤效率，达到最佳的磷回收效率；（3）将成品稀酸送往稀酸储槽备用；（4）过滤洗涤后的石膏湿法排进石膏再浆槽，由管线输送至渣场。4.2岗位范围 负责从过滤机给料泵到成品稀酸输送到稀磷酸澄清槽

39、之间（包括真空洗涤系统）所属设备、电气、仪表、管线、阀门、工器具及构筑物。4.3生产原理及工艺流程4.3.1生产原理 在水环式真空泵的抽吸作用下，使反应料浆得到液固分离，采用三次逆流洗涤工艺，充分回收哦磷石膏中的可溶性P2O5 ，真空系统的尾气通过洗涤分离后达标排放。4.3.2工艺流程概述 在转台式过滤机逆时针旋转过程中，反应工段的料浆由过滤机给料泵经管线输送到料浆分布盒同时加入已配制好的絮凝剂，分布后在过滤机上形成一层厚度约3-5cm的滤饼，滤液经错气盘分配进入气液分离器滤液区，经下液管由滤液泵送往稀磷酸澄清槽澄清，滤盘上的滤饼经过三次逆流洗涤充分回收滤饼中夹带的可 溶性P2O5后，由过滤机

40、卸料螺旋将石膏卸至石膏下料斗由磷石膏运输皮带运往磷石膏堆场，滤布再生区盘上水及盘下水区洗水槽，用渣浆泵送至过滤机做滤饼洗水，除洗水外多余部分送至罐区工段澄降槽澄清，澄清后清水部分返回冲盘水槽，稠浆部分到达过滤机做滤饼洗水。经过过滤机卸料螺旋后未卸完的石膏和滤布中夹带石膏在滤布上岁高压冲洗清除石膏完成滤布冲洗和再生，最后回到料浆区再次布料，如此循环往复。 来自过滤机滤洗液出气总管的尾气在水环式真空泵的抽吸作用下，首先进入除沫器分离气体中夹带的磷酸液滴，分离的液体部份进入液封槽，溢流到地沟回收使用，气体进入过滤机冷凝器用循环水进行冷却及洗涤，洗涤水经液封槽溢流返回循环水工段，不凝性再进入除沫器进行

41、气液分离，分离后的液体去过滤机冷凝器液封槽返回循环水，气体最后经水环式真空泵送入过滤水滴分离器分离后排入大气。4.4工艺操作指标序号工艺指标单位指标数值1滤液含固量%22过滤真空泵进口绝压KPa25-333洗水温度65-704滤液P2O5浓度%24-265清洗液SO3浓度%8-104.5操作规程4.5.1开车前的准备 （1）过滤系统的主要设备必须经公司组织人员对其进行联合检查，确认无误； （2）过滤系统的设备、电气、仪表等经检查确认都应处于完好可用状态； （3）过滤系统的所有设备进行加油，经过单机试车后再联动试车，确认处于完好可用状态； （4）过滤系统及真空洗涤系统必须经水联动试车及气密性试验

42、，并处于完好状态； （5）各调节阀、流量计等由仪表人员准确检查，并提供误差值； （6）对本系统的所有槽、塔、罐及管道进行检查，确认无任何杂物，密封完好，并进过试漏处于完好可用状态； （7）对所有液封槽内加工艺水，补充到正常液位； （8）检查确认絮凝剂槽内无杂物，并配置好絮凝剂待用； （9）检查确认所有阀门处于正常位置； （10）检查冲盘水喷头无杂物堵塞现象，且角度符合要求，过滤机滤布是否正确安装，完好可用状态； （11）熟悉本岗位操作规程及试车方案； （12）现场照明、通讯设施、安全防护用具齐全完好； （13）交接班日志准备就绪。当具备以上条件后，待命开车，并检查以下原材料及公用工程情况：、

43、开车前反应系统必须正常开车，要求消化槽液位50%70%；、 检查循环水工段是否能正常供应，工艺水是否到系统，压力达正常范围；、 检查硫酸或锅炉车间蒸汽是否能正常供应；、 通知调度室，请电气车间向系统送电，并确认；、 通知调度室，请仪表车间供应仪表空气并检查各调节仪器、仪表能正常工作。4.5.2正常开停车程序（含原始开车）a.原始开车，当以上准备工作完成后方可进入以下程序：、打开过滤机冷凝器的循环水进水阀，自流到冷凝器液封槽溢流回循环水工段；、向冲盘水槽内加入循环水或工艺水，当液位达70%时，启动冲盘水泵，待冲盘水到达转台式过滤机上时，启动过滤水环式正空泵，启动过滤机卸料螺旋，再低速启动转台式过

44、滤机，任是润湿滤布。（操作过程中应注意观察冲盘水槽液位变化情况，严禁空槽。）、待冲盘水进入石膏再浆槽并淹没第一层桨叶时，启动石膏再浆槽搅拌器，当液位达50%时，启动渣浆泵输送至过滤机做滤饼洗水，除洗水外多余部分输送至罐区工段沉降槽。、启动洗涤液输送泵、滤饼洗水泵输送洗水到过滤机三洗区，待三洗区下液管或泵进口排污阀有水排出时，关闭排污阀，启动三洗液泵送水至转台式过滤机二洗区，待二洗区下液管或泵进口排污阀有水排出时，关闭排污阀，启动二洗液泵送水至转台式过滤机一洗区，待一洗区下液管或泵进口排污阀有水排出时，关闭排污阀，启动回磷酸泵送水进入反应槽，此时可根据反应工段指标情况通知DCS岗位向向反应槽投料

45、；、当洗涤系统全部启动后，启动过滤机给料泵输送料浆到转台式过滤机，待滤液区下液管温度上升且检查有酸液排出时，启动滤液泵将稀酸输送到稀磷酸储槽；、 根据过滤机给料量调整过滤机转速及各区料浆和洗水的分布情况，将滤饼厚度控制在3-5cm，并根据DCS岗位指令调整洗水加入量，平稳后可通知DCS岗位进入正常生产调节指标。b、正常停车停车时间超过2小时：、 接DCS停车指令后，关闭消化槽出口阀门，停过滤机给料泵，关闭冲盘水槽及洗水槽蒸汽阀门（通知DCS岗位注意蒸汽压力变化情况），安排人员对过滤机滤布冲洗情况进行监视，并将回磷酸管线阀门倒至过滤机给料泵进口置换料浆管线，待置换干净并且滤布冲洗干净后，依次停滤

46、饼洗水泵、洗涤液输送泵、三洗液泵、二洗液泵、回磷酸泵、滤液泵及过滤机给料泵，并打开排污阀将管线内液体排空，排放液去过滤地槽；、 停水环式真空泵后，缓慢降低过滤机转速后停转台式过滤机，停过滤机卸料螺旋；、 关闭冲盘水补水阀门，停冲盘水泵，根据石膏再浆槽液位适时停止石膏渣浆输送泵；、 关闭过滤机冷凝器循环水阀门。停车时间在2小时以内：、 接DCS停车指令后，关闭消化槽出口阀门，停过滤机给料泵，关闭冲盘水槽及洗水槽蒸汽阀门（通知DCS岗位注意蒸汽压力变化情况），安排人员对过滤机滤布冲洗情况进行监视，并将回磷酸管线阀门倒至过滤机给料泵进口置换料浆管线，待置换干净并且滤布冲洗干净后，依次停滤饼洗水泵、洗

47、涤液输送泵、三洗液泵、二洗液泵、回磷酸泵、滤液泵及过滤机给料泵，并打开排污阀将管线内液体排空，排放液用地下槽泵送至污水储槽储存备用；、 停水环式真空泵后，缓慢降低过滤机转速冲洗滤布等待DCS指令后恢复正常开车。4.5.3过滤工段的清洗a.准备工作及操作程序：、 、接DCS岗位系统清洗指令后，将正常开车管线流程倒为清洗流程后，按正常开车程序启动各设备；、 向冲盘水槽和洗水槽补水至正常液位，开启蒸汽阀门，控制洗水温度在65-70；、 通知DCS岗位开始记录硫酸加入时间后，开启洗水槽硫酸阀门（应正确佩戴防护面罩），调节硫酸加入量不超过3m3/h；并每半小时对洗水取样分析一次，控制洗水SO3在8-10

48、%，根据分析结果适时调节硫酸加入量；b.清洗停车顺序：接DCS岗位停止清洗的指令后，按正常停车程序停止各设备。4.5.4紧急停车、接DCS岗位指令紧急停车后，按顺序紧急停止各设备（搅拌桨除外），并排空管线内介质；、待故障排除并接DCS岗位开车指令后，按正常开车程序开车。4.5.5长期停车、接DCS岗位长期停车指令后，按正常停车程序停车；、定时对各泵类设备进行盘车。4.6常见故障分析及处理措施序号故障现象 故障原因处理措施1过滤能力下降a. 石膏结晶变差b. 滤布结垢c. 料浆含固量低d. 系统真空度低e. 磷矿杂质含量超标f. 滤布冲洗和再生效果差g. 洗水或料浆温度低h. 滤饼分布不均匀a.

49、 联系DCS岗位调节工艺指标b. 人工或化学清洗滤布c. 联系DCS岗位调整料浆含固量d. 检查排除故障e. 联系调整磷矿配比f. 检查清理冲盘水喷头g. 调整洗水温度h. 清理料浆分布器2过滤系统真空度低a. 石膏结晶差，滤饼开裂b. 料浆或洗水量小c. 真空系统管线堵塞或泄漏d. 滤布磨损通洞多e. 过滤机冷凝器洗涤水量小a. 联系DCS岗位调节工艺指标b. 适当调整过滤负荷及洗水量c. 检查清理或堵漏d. 停车修补滤布e. 调整冷凝器洗水量3滤饼洗涤率低a. 石膏结晶差b. 滤洗液比例失调，洗水含磷超标c. 洗水温度低d. 过滤机转速过高或过低e. 滤布结垢或通洞f. 系统真空度差a. 联系DCS岗位调整工艺指标b. 调节各区洗水量，增加工艺水辅助三洗c. 调整洗水温度d. 调整过滤机转速e. 更换或修补滤布f. 检查真空