脫除原料濕法磷酸中硫提高磷銨養(yǎng)分

保興國(guó)，朱玉梅

（內(nèi)蒙古大地云天化工有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024076）

0 引言

在二水法濕法磷酸生產(chǎn)過程中，使用磷礦粉與硫酸反應(yīng)制取磷酸時(shí)，產(chǎn)生的稀磷酸中會(huì)有質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%～5%的硫酸根離子［1-2］。磷酸中存在硫酸根離子會(huì)影響后續(xù)產(chǎn)品養(yǎng)分含量的提高，特別是隨著磷礦品質(zhì)下降，w（總養(yǎng)分）64%的磷酸二銨（DAP）產(chǎn)品生產(chǎn)難度越來越大。出于成本及操作簡(jiǎn)便考慮，筆者使用生產(chǎn)過程中磷精礦漿槽中磷精礦漿與過濾機(jī)取酸泵中稀磷酸按不同比例反應(yīng)不同時(shí)間，經(jīng)過靜置得到稀磷酸，再通入氨水制備磷銨產(chǎn)品，對(duì)得到的產(chǎn)品養(yǎng)分含量與未脫除硫酸根磷酸制備所得磷銨產(chǎn)品養(yǎng)分含量進(jìn)行對(duì)比分析，為實(shí)際生產(chǎn)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

實(shí)驗(yàn)主要以內(nèi)蒙古大地云天化工有限公司磷酸廠的磷精礦漿及稀磷酸為原料。磷精礦漿、稀磷酸具體分析結(jié)果見表1。

表1 磷精礦漿、稀磷酸分析數(shù)據(jù) %

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

磷精礦漿主要成分為氟磷酸鈣，可與硫酸根離子反應(yīng)生成難溶的硫酸鈣：

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)稀磷酸中SO42-與磷精礦漿中Ca2+反應(yīng)生成CaSO4計(jì)算出不同反應(yīng)比例時(shí)每500 mL稀磷酸所需磷精礦漿的質(zhì)量，然后在一定條件下進(jìn)行反應(yīng)，并觀察反應(yīng)現(xiàn)象。反應(yīng)后靜置不同時(shí)間，然后取上清液通氨制備磷銨產(chǎn)品，并分析磷銨養(yǎng)分含量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為1反應(yīng)

取500 mL 稀磷酸于1 000 mL 燒杯中，于電熱板上加熱至60 ℃，按n（CaO）/n（SO42-）為1 計(jì)算可得所需磷精礦漿為31.63 g（18.66 mL）。在不斷攪拌下，緩慢將磷精礦漿加入稀磷酸中，反應(yīng)時(shí)間為15 min和30 min。將反應(yīng)后的溶液倒入500 mL量筒中，進(jìn)行靜置沉降實(shí)驗(yàn)。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定不同反應(yīng)時(shí)間、靜置時(shí)間下，反應(yīng)前后溶液各組分的變化，具體分析結(jié)果見表2。

表2 磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為1反應(yīng)后溶液分析數(shù)據(jù)

根據(jù)表2分析結(jié)果，磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為1反應(yīng)效果良好，脫硫率最高達(dá)到91.76%，稀磷酸w（P2O5）較CK提高1.58～2.41個(gè)百分點(diǎn)。

取上述實(shí)驗(yàn)的對(duì)照樣CK、1#、2#、3#、4#、5#、6#中的稀磷酸通入氨水制備磷銨成品，磷銨成品的養(yǎng)分分析結(jié)果見表3。

表3 磷銨成品養(yǎng)分分析數(shù)據(jù)

由表3 可知磷酸中SO42-離子與磷精礦漿中CaO按物質(zhì)的量之比為1反應(yīng)效果良好，磷銨產(chǎn)品w（總養(yǎng)分）可以提高0.16 ～2.59個(gè)百分點(diǎn)。

2.2 磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為0.8反應(yīng)

取500 mL 稀磷酸于1 000 mL 燒杯中，于電熱板上加熱至60 ℃，在不斷攪拌下，緩慢將磷精礦漿加入稀磷酸中，反應(yīng)時(shí)間為30 min。將反應(yīng)后的溶液倒入500 mL 量筒中，進(jìn)行靜置沉降實(shí)驗(yàn)。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定不同靜置時(shí)間下，反應(yīng)前后溶液各組分的變化（見表4）。

表4 磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為0.8反應(yīng)后溶液分析數(shù)據(jù)

取上述實(shí)驗(yàn)的對(duì)照樣CK、1#、2#中的稀磷酸通入氨水制備磷銨成品，磷銨成品的養(yǎng)分分析結(jié)果如表5所示。

表5 磷銨成品養(yǎng)分分析數(shù)據(jù)

由表4、表5可知磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為0.8 反應(yīng)，脫硫率為55.69% ～63.53%，磷銨產(chǎn)品w（總養(yǎng)分）可以提高1個(gè)百分點(diǎn)左右，效果不好。

2.3 實(shí)驗(yàn)小結(jié)

綜上所述，采用磷精礦漿脫除稀磷酸中的硫酸根是可行的。磷精礦漿與稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）為1反應(yīng)時(shí)，SO42-脫除率最高達(dá)到91.76%，效果較好。脫除SO42-后，稀磷酸w（P2O5）上升1.58～2.41個(gè)百分點(diǎn)，磷銨產(chǎn)品w（總養(yǎng)分）提高0.16～2.59個(gè)百分點(diǎn)?？紤]到靜置時(shí)間長(zhǎng)時(shí)成本高，選擇反應(yīng)時(shí)間30 min、靜置時(shí)間15 min為最佳，此時(shí)磷銨產(chǎn)品總養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高約2.3個(gè)百分點(diǎn)。

3 原料濕法磷酸脫硫產(chǎn)生的效應(yīng)

3.1 稀磷酸濃度提高節(jié)約蒸汽費(fèi)用

采用磷精礦漿脫除稀磷酸中的硫酸根，得到的稀磷酸w（P2O5）較對(duì)照提高1.58～2.41 個(gè)百分點(diǎn)。按稀磷酸w（P2O5）提高1.58個(gè)百分點(diǎn)計(jì)，內(nèi)蒙古大地云天化工有限公司生產(chǎn)每噸P2O5節(jié)約蒸汽約158 kg（按w（P2O5）由25%濃縮到46%，每噸P2O5需消耗蒸汽2.1 t計(jì)），蒸汽成本每噸按100元計(jì)，生產(chǎn)每噸P2O5因節(jié)約蒸汽成本下降約16元。

3.2 生產(chǎn)國(guó)內(nèi)64%磷酸二銨回收硫酸節(jié)約費(fèi)用

每噸w（P2O5）25%的稀磷酸回收硫酸量按23 kg計(jì)（脫硫前w（SO42-）為2.55%，脫硫后w（SO42-）為0.21%），按國(guó)內(nèi)每年銷售64%磷酸二銨30萬t計(jì)，每年消耗P2O514.1 萬t（每噸產(chǎn)品按消耗P2O5470 kg計(jì)），折w（P2O5）25%稀磷酸每年節(jié)約的硫酸量12 972 t。

3.3 多產(chǎn)優(yōu)等品磷酸二銨、磷酸一銨

采用現(xiàn)有磷精礦漿脫除稀磷酸中硫酸根離子后其總養(yǎng)分含量提高，可增加國(guó)內(nèi)64%磷酸二銨或60%磷酸一銨優(yōu)等品量，減少一等品或合格品磷酸一銨、磷酸二銨的量。