濕法磷酸生產系統(tǒng)結垢原因及阻垢方法

彭亮

【摘 要】在濕法磷酸生產中，系統(tǒng)結垢、堵塞一直制約著裝置連續(xù)、平穩(wěn)的運行，經分析結垢物主要由氟硅酸鈉、氟硅酸鉀組成。本文旨在分析形成結垢的原因，針對形成原因提出幾種阻垢方法。

【關鍵詞】結垢；氟硅酸鈉；氟硅酸鉀；溫差

一、濕法磷酸生產系統(tǒng)結垢物的產生

濕法磷酸裝置工藝管道的結垢主要發(fā)生在過濾盤下、料漿管、返酸管和成品稀磷酸管上，其次是過濾系統(tǒng)一級、二級洗液管及濃縮裝置成品酸管上。影響磷酸裝置運行周期的兩大因素是過濾機設備本身的結垢堵塞和工藝管道的結垢堵塞。大多數(shù)企業(yè)對工藝管道的結垢堵塞并未采取有效的防結垢措施，通常采取的辦法是待管道堵塞不能滿足生產后停車清理。也有同行采取了在系統(tǒng)中添加阻垢劑的方法，但效果不是很理想，一方面很難找到適宜的阻垢劑，另一方面由于阻垢劑價格較高，增加了生產成本。經對湖北鄂中生態(tài)工程股份有限公司濕法磷酸系統(tǒng)結垢物進行分析。分析結果見表1。

分析結果表明結垢物的組分是氟硅酸鈉和氟硅酸鉀，其中（K2SiF6）60.05%、W（Na2SiF6）23.68%；另外還有部分磷石膏和鐵、鋁、鎂的磷酸鹽。

二、結垢過程的分析

在濕法磷酸生產過程中， 磷礦中氟化物被硫酸分解生成氫氟酸，然后再與SiO2及其他離子反應生成氟硅酸鹽和其它氟化物，這些氟化物的溶解度很小，在磷酸溶液中的溶解度隨著溫度和磷酸濃度的變化而變化（如：圖1為氟硅酸鈉和氟硅酸鉀在磷酸溶液中的溶解度）。

在磷酸料漿過濾和磷酸輸送系統(tǒng)中，磷酸液相的溫度下降可分為三個階段。第一階段發(fā)生在磷酸料漿從消化槽至過濾機，由于管道向大氣傳熱而導致的溫度降約為3～5℃ （冬天可達7℃ ）；第二階段發(fā)生在磷酸料漿過濾時，當磷酸流入濾盤、氣液分離器，由于真空作用使水分急劇氣化，溫度急驟下降可達25～30℃；第三階段發(fā)生在磷酸輸送時，在磷酸輸送過程中因熱損失而導致溫度降低。溫度降低以后，磷酸中處于過飽和的雜質化合物就會沉淀附著在管壁上形成垢物。

錯氣盤的結垢主要在下錯氣盤過濾扇形區(qū)的后半部分和一洗扇形區(qū)的前半部分，這主要是溫度效應和濃度效應造成的。在過濾扇形區(qū)內，剛開始過濾時由于洗滌、沖盤、吸干等過程滯留于過濾機濾盤，錯氣盤等處的低濃度酸液以及過濾酸流動在時間上的滯后，導致過濾酸的濃度降低。在這種情況下，雖然溫度降低，但沒有沉淀析出，所以過濾扇形區(qū)剛開始近1/3孤段幾乎沒有結垢，而隨著過濾機的轉動，磷酸濃度沒有降低而溫度驟降，因此沉淀的垢物越來越厚，有時達10毫米以上。而一洗扇形區(qū)則呈相反的趨勢，隨著轉動方向，結垢越來越薄，至70%弧段以后幾乎沒有結垢。二洗區(qū)由于濃度很低一般不結垢。在磷酸輸送過程中由于熱損失的原因，磷酸管道的結垢隨溫度下降的梯度明顯增長，不銹鋼閥門、管件結垢最為厲害，四氟閥門的結垢要比橡膠管的結垢輕。

三、阻垢方法

系統(tǒng)結垢是濕法磷酸生產過程中的常見問題之一。目前國內外還沒有好的辦法解決，一般都是對其進行定期清理和定期清洗使系統(tǒng)恢復正常。針對結垢產生的原因，如溫度變化、過飽和等原因，可以從減小溫差、消除過飽和度方向建立阻垢方法，建議采用下列辦法來減輕結垢的形成。

（1）設計管道等過流部件應主要從結垢問題的角度考慮，把流體力學問題放在其次。

（2）減少各工藝過程溫差，如設備保溫、采用料漿冷卻方工適當降低真空過濾時的溫差、控制洗滌水溫度至65℃以上等。

（3）不同的材質，由于分子表面活性不同，它的吸附性能各異， 因此對結垢也會有很大的影響。從結垢的規(guī)律來看，結垢發(fā)生由強到弱的材質依次為不銹鋼、橡膠、聚氯乙烯塑料、聚四氟乙烯塑料?？梢詫﹀e氣盤，閥門等金屬表面內襯聚四氟乙烯塑料，可收到良好的防垢效果。

（4）控制磷礦中Na2O+K20含量不超過0.6%，酸不溶物在8～13%，并防止工藝水被鈉，鉀污染，在條件充許的情況下可將磷礦、工藝水中的Na2O+K20組分列入經常性項目分析。

（5）隨著SiO2/F升高，系統(tǒng)結垢會加劇，對SiO2/F特別高的磷礦最好采用配礦的辦法降低SiO2/F比，以控制結垢。

（6）加入可溶性鋁鹽，形成AlF3-x，可以減緩結垢，但后續(xù)會影響水溶性磷收率。

（7）加入尾氣氟吸收的氟硅酸溶液使氟硅酸鈉、氟硅酸鉀提前析出，減緩結垢。

（8）料漿進行磁場處理消除過飽度，可起到減緩結垢和提高過濾速度的作用。

四、結語

磷礦是一種含有多種雜質的礦物質，其化學成分比較復雜，含有鐵、鋁、鈣、鎂、氟以及堿金屬等化學物質，這些雜質常以溶解或懸浮的形式存在于磷酸中。這些溶解或懸浮的雜質雖然含量很少，但極不穩(wěn)定，當酸液溫度下降時就會沉積下來，在系統(tǒng)管道和設備上結垢，從而影響生產的平穩(wěn)連續(xù)運行。

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