湿法净化磷酸（共7篇）
湿法净化磷酸 篇1
1 磷酸净化工艺现有技术状况
磷酸生产的方法分为两种:热法生产和湿法生产。比较两种方法来看, 生产同等多磷酸的前提下, 热法生产会消耗更多的能源, 同时也会造成较大的污染;而湿法生产的成本较低, 但生产的磷酸含有大量的杂质, 使得产品无法直接使用, 需要通过净化的工序。
从当前我国的实际情况来看, 相关技术较为欠缺, 所以湿法磷酸的净化是相关企业所面临的一大难题。从国际情况来看, 国外湿法磷酸净化技术较为成熟, 但这些净化的技术一直处于保密状态, 很难通过正常渠道获得。因此, 如何实现湿法磷酸的净化, 是需要我国技术人员攻破的重点问题。
2 工艺改造的技术方案
为了使湿法磷酸的净化工艺走出实验室, 走向大规模工业生产, 并且做到高效率、低成本、高质量, 相关的工作人员需要对传统的湿法磷酸净化工艺进行优化改造。大体来说, 适当保留传统净化工艺的一些关键设备, 而对净化的具体步骤进行改变。
2.1 加大脱硫脱氟及除铁的力度
加强脱硫、脱氟, 需要在磷酸预处理之时加上缓冲槽, 以延缓磷酸的流动时间, 使得加入磷酸之中的净化剂充分地发挥作用。这一步处理可以大大减少磷酸之中杂质的存留, 提升其纯度。
此外, 除了磷酸脱硫、脱氟, 还要进行除铁的处理。这时要在磷酸之中萃入有机相, 实现铁离子沉淀的目的。
2.2 将萃取槽、洗涤槽改为萃取塔、洗涤塔
传统的磷酸萃取、洗涤工序要使用专门的萃取槽和洗涤槽, 但受到制造材质的影响, 磷酸在这两种槽中流动时往往会发生泄露事故。并且, 磷酸萃取和洗涤时的温度很高, 这时萃取槽和洗涤槽会因为温度升高而产生变形。最关键的是, 这两种槽都是开口设计, 磷酸会出现蒸发现象, 蒸发后的磷酸一旦被人吸入, 将会对人体造成破坏, 工作人员如果长时间处于这种工作环境下, 其健康将会遭到伤害。
对此, 为了改变磷酸萃取、洗涤时的环境, 使得磷酸净化的工作环境更为安全, 我们可以将萃取槽和洗涤槽升级为萃取塔和洗涤塔。
2.3 增设降乳化槽
一般来说, 磷酸在经过萃取和洗涤之后, 难免会出现乳化的情况, 这时就需要增设专门的降乳化槽, 以对磷酸乳化进行控制, 这样可以大大提升磷酸萃取剂的使用效率, 降低生产的成本。
3 改造后的生产工艺
进行磷酸净化工作时, 首先要将浓磷酸以定量导入脱硫槽和脱色槽, 这时要在磷酸中加入净化试剂, 以完成磷酸脱硫和褪色的工作。然后, 磷酸会再进入缓冲槽, 便于净化剂的充分反应。之后, 磷酸会进入过滤机, 进行杂质的过滤。经过过滤的磷酸会进入萃取塔, 添加适量的萃取试剂后, 磷酸会形成有机相, 沉淀出多余的杂质, 然后磷酸被萃取塔排出, 进入洗涤塔、降乳化槽、反萃塔, 最终被制成纯度较高的磷酸。
4 改造后生产工艺的效果和优点
4.1 效果
经过改造后, 湿法磷酸净化时的乳化情况大大减少, 使得磷酸的纯度进一步提高。同时, 改造后的净化技术使得净化所需的原材料大幅减少, 如把萃取槽改成萃取塔, 减少了磷酸的蒸发, 从而避免磷酸产生损耗, 这在根本上降低了生产的成本。最为重要的是, 新的净化工艺已经可以生产出纯度较高的磷酸, 这些磷酸可以直接为工业生产使用。
4.2 优点
经过改造的磷酸净化工艺有着许多的优点:首先, 其减少了传统的净化流程, 从而提升了磷酸净化的工作效率;其次, 由于生产流程减少, 所以用以净化磷酸的设备也随之简化, 这大大降低了企业净化磷酸需要的设备建设成本。最后, 新的净化工艺完全符合现代大工业化的生产标准, 并且生产的工艺相对简单, 利于大规模地推广。
5 结语
在上文, 我们对湿法磷酸净化工艺的改造及其效果进行了分析和考察。可以发现, 经过改造升级后的磷酸净化工艺更能够满足工业生产的要求, 并且其生产成本更低、产品质量更高、生产流程也更为安全。总之, 改造后的磷酸净化工艺基本满足了当前经济发展的需求。我们相信, 随着科学技术的不断进步, 我国的湿法磷酸净化工艺必定会更为成熟。
摘要：湿法生产磷酸是当前制造磷酸的主要途径, 但通过湿法方式生产出来的磷酸纯度较低, 无法直接用于工业生产, 故需要进行净化处理。而当前我国的净化工艺存在着不少的问题, 导致生产出的磷酸质量不合格, 并且生产流程浪费严重, 工作人员的生命安全得不到保证。基于此, 本文结合当前的科学技术, 对湿法净化磷酸的精益化生产进行了探讨, 希望能够为相关部门提供参考。
关键词：湿法净化,磷酸,精益化生产
参考文献
[1]蒋丽红, 赵声兰, 杨波等.结晶法净化湿法磷酸生产磷酸二氢钾研究[J].化工矿物与加工, 2002 (04) .
[2]杨建中, 李志祥.湿法磷酸生产用磷矿化学法净化技术研究[J].磷肥与复肥, 2003 (01) .
[3]马凯, 马培华, 贲艳英.湿法磷酸净化生产工业磷酸一铵研究[J].无机盐工业, 2009 (10) .
湿法磷酸净化技术及应用研究 篇2
一、湿法磷酸净化技术概述
1. 湿法磷酸净化原理
设备管道中出现的腐蚀与磨蚀、生产过程中添加的药剂、原料磷矿和硫酸等都是湿法磷酸中杂质的来源。其杂质通常可以分为非溶解性杂质和溶解性杂质, 非溶解性杂质又分为交替型杂质和晶体型杂质;溶解性杂质又分为阴离子型杂质与阳离子型杂质。
由于湿法磷酸中的杂质种类较多, 采用单一的方法是不能完全处理掉所有的杂质的。通过对杂质类别、特点的分析, 现代湿法磷酸净化的方法主要包括化学净化方法与物理净化方法两种。[1]
2. 湿法磷酸净化方法
(1) 化学净化方法
(1) 氧化脱色法。采用溶剂萃取法、吸附法等物理方法是无法将低分子有机物完全去除的, 由此造成磷酸溶液在浓缩过程中由于高温加热的影响而表现出暗褐色。所以通过使用氯及氯系氧化剂、重铬酸钾、高锰酸钾等在适当条件下对其进行氧化分解即可完成脱色。
(2) 化学沉淀法。将特定的化学物质添加到湿法磷酸中, 让其与部分杂质离子发生化学反应形成难溶于磷酸的沉淀或生成容易挥发的气体, 由此将磷酸中的杂质去除。如将碱性溶液溶液加入到湿法磷酸中, 通过酸碱中和反应, 使得溶液的酸性程度不断降低, 而在原料磷酸中存在的铝、铁、镁等金属离子会随着酸性状态的变化而转换为不同的存在形式, 由此将金属盐去除。
(2) 物理净化方法
(1) 有机溶剂萃取法
溶剂萃取法就是指将多种或一种溶剂混合后加入到湿法磷酸中, 通过湿法磷酸中不同组分在溶剂中所具有的不同溶解度来使其进行分离。其主要特点为:以达到最终的相平衡作为处理过程的极限;溶液中相互接触的两相都属于液相;磷酸液中的不同组分在溶剂中的的溶解度各不相同。目前常用的有机溶剂有异丁醇、甲基-异丁基-甲酮、甲醇、二异丙醚、正丁醇等。
(2) 物理吸附法
物理吸附法主要用于将湿法磷酸中的有机杂质进行去除。通常使用活性炭作为主要吸附剂, 其他常用的吸附剂还有活性白土、膨润土、活性硅等。其主要原理是:由于吸附剂表面质点均表现为不平衡的力场状态, 其自身的表面能能够自行对降低其表面能的物质进行吸附, 由此将吸附的有机杂质经过液固分离过程便能够有效净化湿法磷酸。
(3) 溶剂沉淀法
溶剂沉淀法的工作原理是:磷酸能够在乙醇等水溶性溶剂中充分溶解, 而大部分的杂质盐类却不能在此种溶剂中溶解;当在湿法磷酸中添入适量的水溶性有机溶剂后, 会降低磷酸中杂质盐类的溶解度, 使其生成固体析出。如果能够辅助添加沉淀剂, 则杂质的去除效果会更好。[2]
二、湿法磷酸净化技术的应用
1. 有机溶剂萃取工艺技术流程
由瓮福公司开发应用的有机溶剂萃取工艺流程为:将原料磷酸经过脱重金属、脱氟、脱硫等工序处理完成后, 会将溶液中的大量重金属、As、F-、SO4等去除, 再经过浓缩处理后得到的预处理酸输送至萃取器, 由于磷酸在有机溶剂作用下会成为负载溶剂, 而大量的杂质会残留在萃余酸中, 这样便可以将萃余酸作为MAP与DAP的原料酸;然后将负载溶剂送至精脱槽、净化塔、反萃乳化器等装置, 经过脱硫、净化后形成空载溶剂与反萃酸;再将空载溶剂进行反复萃取, 反萃酸则经过深度脱氟、浓缩、漂白等工序生成净化磷酸。此种处理流程结合了奥普拉威尔森流程与罗纳-普朗克流程的共同优势, 具有操作简单、萃取方便等优点。其流程图如图1所示:
2. 有机溶剂萃取的能耗指标
能耗指标是工艺技术能否广泛应用的重要标准之一。我国的黄磷极为丰富, 然而由于生产过程会造成高污染、高能耗, 因此黄磷产业发展较为缓慢。而采用有机溶剂萃取技术对湿法磷酸进行净化, 其综合能耗与电耗相比热法磷酸具有更高的优势。据有关部门通过以热法磷酸与湿法磷酸额建设规模为基础, 采用磷矿石为原料, 对热法磷酸与有机溶剂萃取的电耗和能耗进行分析对比发现, 热法磷酸的电耗是有机溶剂萃取技术电耗的10.2倍、能耗是有机溶剂萃取技术能耗的2.1倍, 由此可以看出采用有机溶剂萃取对磷酸进行净化能够获得更好地经济效益。
结束语
湿法磷酸的净化质量将直接关系到磷酸的使用质量和范围, 因此, 相关技术与研究人员应当加强湿法磷酸净化方法的研究, 不断引进先进净化处理技术与工艺, 以逐步提高湿法磷酸净化效率与质量。
摘要：作为湿法磷酸生产的关键环节, 湿法磷酸净化对于提高磷酸的使用质量具有重要的作用。本文首先对湿法磷酸净化技术进行简介, 然后以瓮福有机溶剂萃取技术为例对湿法磷酸净化技术的应用进行概述, 以期为相关技术和研究人员提供参考。
关键词：湿法磷酸净化,技术,应用
参考文献
[1]李军, 郭孝东, 吴德桥.湿法磷酸净化技术研究现状及发展方向[J].无机盐工业.2011, 13 (14) :74-75.
湿法净化磷酸 篇3
另外,传统的“三酸”抛光工艺中存在硝酸,在抛光过程中会产生大量的氮氧化合物,严重危害人体健康,并污染环境。国内外自20世纪80年代开始,对无黄烟的抛光技术进行了研究,且取得一定的成果[3,4]。目前,国内已有部分企业开始进行生产探索,多采用“磷酸 + 硫酸 + 添加剂”的方法, 但其成本高昂,抛光质量不够稳定,抛光亮度( 反射率) 不能达到传统三酸抛光的水平。因此,无烟抛光工艺在应用上受到了很大的限制。
本文所研究的铝合金两酸无烟抛光工艺是采用“PPA + 硫酸 + 两酸抛光 添加剂 ( WFJK 409) ”的抛光液,对6063系列的铝型材进行抛光,抛光效果不仅可以达到三酸抛光的水平,而且具备一定的成本优势。
1实验部分
1.1主要仪器及试剂
HH - S恒温油浴锅,科仕佳MG6 - SM金属光泽度计,FA1004分析天平,温度计,秒表;
PPA、硫酸 ( 98% ) 、WFJK - 409两酸无烟抛光添加剂、除油剂;
工件: 选用6063系列铝制工件,经统一除油、 除蜡、清洗、干燥后备用。
1.2评价指标
以抛光铝工件表面光泽度值作为抛光质量的评价指标。采用金属光泽度仪测量抛光工件表面10个不同部位的光泽度值读数,取其平均值,数值越高,说明抛光效果越好。
1.3实验方法
考察各影响因素对铝合金工件抛光质量的影响,主要包括抛光液中PPA与硫酸质量比、添加剂的用量( 与抛光液质量的比值,下同) 、抛光温度、抛光时间等因素对抛光质量的影响。
2结果与讨论
2.1PPA与硫酸质量比对抛光质量的影响
PPA与硫酸是无烟氧化抛光液的主体基液,其质量比对抛光液抛光性能的影响至关重要。在抛光过程中的温度为100℃、抛光时间为3min、 WFJK - 409添加剂用量为5% 时,考察磷酸、硫酸质量比对抛光液抛光性能的影响,以抛光后产品的光泽度值为考察指标。结果见图1所示。
由图1知,光泽度值随抛光液中磷酸、硫酸质量比的增加而增大,但是,增加到一定程度后,光泽度值反而呈略降趋势。这是由于磷酸与硫酸在抛光过程中分别起到溶解氧化膜、形成氧化膜的作用[5],磷酸用量增加,可以加速此过程的建立, 从而达到增加抛光工件表面光亮度的效果; 而磷酸、硫酸质量比比进一步加大过后,磷酸占抛光液基液的主体,硫酸用量相对减少,其在抛光过程中的氧化 - 钝化作用减弱,造成铝材工件的局部腐蚀[6],从而使得光亮度值略有降低。由图1可知, 当抛光液中磷酸与硫酸的质量比为1. 5∶ 1时,抛光工件的光泽度值达到最佳。
2.2温度对抛光质量的影响
铝材抛光对温度要求较为严格,因此,严格控制抛光温度有利于提高抛光质量。在抛光液中PPA与硫酸的质量比为1. 5 ∶ 1,抛光时间控制为3min,WFJK - 409添加剂用量为5% 时,考察温度对抛光质量的影响。结果见图2所示。
由图2可知,温度升高有利于加快抛光反应的进行,使得抛光工件表面快速达到光整表面的效果,但是,温度过高也会导致抛光反应产生过腐蚀现象。过腐蚀严重时,不仅使得抛光工件表面光泽度降低,还会导致工件表面出现大量麻点,使得工件变为不合格产品。因此抛光温度的控制在抛光过程起着至关重要的作用, 合适的抛光温度不仅可以得到具有光亮表面的合格产品,还能够加快抛光过程的进行,提高企业效率和产能。从满足工业生产的实际需求和结合本试验结果出发,将抛光温度控制在100℃ 最为适宜。
2.3时间对抛光质量的影响
抛光时间是铝合金抛光过程中的一个重要影响因素。在抛光液中PPA与硫酸的质量比为1. 5∶ 1,抛光温度控制为100℃ ,WFJK - 409添加剂用量为5% 时,考察抛光时间对抛光工件质量的影响,以抛光后产品的光泽度值作为参考指标。 结果见图3所示。
由图3可知,随着抛光时间的延长,抛光铝件表面的光泽度值会上升,但到了一定的时间后,光泽度值则会出现下降趋势。铝合金化学抛光过程实际上是一个氧化成膜 - 溶膜的化学反应过程, 若抛光时间过短,则反应进行不彻底,从而使得抛光工件产品光泽度不够高; 但是,若抛光时间过长,也容易因 过腐蚀而 导致铝件 表面出现 麻点[7],降低光泽度值。从图3可知,抛光时间控制在2. 5min比较合适。
2.4添加剂用量对抛光质量的影响
WFJK - 409添加剂是基于湿法净化磷酸为原料制备的铝合金两酸无烟氧化抛光液添加剂, 是影响铝合金两酸抛光质量的关键影响因素。在抛光液中PPA与硫酸的质量比为1. 5∶ 1,抛光温度控制为100℃,抛光时间为2. 5min时,考察抛光液添加剂用量对抛光工件产品质量的影响,以抛光后产品的光泽度值作为参考指标。结果见图4所示。
由图4可知,随着WFJK - 409用量增大,抛光铝件的光泽度值也不断增大。当WFJK - 409添加剂用量达到4% 时,抛光铝件的光泽度值达到600,能够符合大部分铝型材加工企业的质量标准。结合成本因素,WFJK - 409添加剂的最佳用量为≥4% 。
3结论
基于湿法净化磷酸的WFJK - 409两酸无烟抛光工艺的最佳工艺条件为: PPA与硫酸的质量比为1. 5 ∶ 1、抛光温度 为100℃、抛光时间 为2. 5min、两酸抛光添加剂WFJK - 409的用量 ≥ 4% 。该工艺不仅采用了低能耗、低成本的湿法净化磷酸替代原有的高能耗、高污染的热法磷酸,体现了一定的成本优势,而且解决了传统三酸抛光工艺的黄烟污染问题,其抛光效果也可以与三酸抛光相媲美。
摘要：为了消除传统“三酸”抛光工艺中氮氧化合物的污染,开发了基于湿法净化磷酸(PPA)的铝合金两酸无烟抛光工艺,并考察了各因素对6063系列铝合金工件抛光质量的影响。结果表明,在PPA与硫酸的质量比为1.5∶1,抛光温度为100℃,抛光时间为2.5min,两酸无烟抛光添加剂WFJK-409的用量≥4%时,抛光效果能达到“三酸”抛光时的水平。
湿法净化磷酸 篇4
关键词：锥形沉降槽,湿法磷酸,净化技术
重庆华强化肥有限公司年产10 wt/a磷酸一铵(MAP),配套70万吨的磷酸装置,采用湿法磷酸、料浆法磷铵。随着国内磷矿资源的匮乏,中低品位磷矿不可避免的进入生产系统,这给磷酸一铵生产带来了严重的挑战。由于中低品位磷矿P2O5含量偏低(28%左右),杂质含量相对较高,生产出的磷酸品质下滑,造成磷酸一铵产品质量难以控制,可调节性变差,总养分不足55%,质量下降,严重影响产品市场竞争力,给公司造成巨大的经济损失。为了适应中低品位磷矿的生产,保证磷酸一铵的质量,及时避免公司巨大的经济损失,对生产工艺的改造刻不容缓。针对这一现状,公司利用物理沉降的方法净化中间产品磷酸,提高磷酸品质,达到提高产品养分的目的。
1 生产工艺特点
磷矿经磨机磨成矿浆后加入萃取槽,与硫酸发生化学反应,产生的萃取料浆送至过滤机过滤,实现固液分离,石膏送至渣场,滤液(磷酸)送至磷酸贮槽备用。磷酸贮槽的磷酸经磷酸泵送至中和槽与气氨发生中和反应,生产的中和料浆经浓缩后送去加压喷雾,呈雾状进入干燥塔进行干燥,雾滴被干燥后即为粉状磷酸一铵产品。磷酸一铵生产工艺流程简图如图1所示。
2 对磷酸预处理的必要性
2.1 磷酸中固形物对产品质量的影响
磷酸中的固形物主要成分是磷石膏,在萃取料浆进行过滤的时候,细小磷石膏晶体穿过滤布进入磷酸中。若不对磷酸进行净化预处理,则磷酸中的固形物将随着生产的进行而成为磷酸一铵产品的组成成分。它的存在必然会侵占有效养分的含量,降低产品的总养分。用高品位磷矿生产时,由于产品总养分偏高,磷酸中固形物的存在有助于人为降低总养分,对降低成本起着积极的作用,然而随着中低品位磷矿进入生产系统,由于有害杂质含量增高,造成磷铵产品总养分下滑,此时磷酸中的固形物将会制约生产的进行,使产品质量降的更低。为了保证产品的质量,必须净化磷酸,除去其中的固形物。
2.2 磷酸中的固体物含量分析
磷酸中固体物含量测定采用密度法[1]。密度法主要是基于磷酸中的主要固体物磷石膏的密度是一定值,由此通过式(1)计算出固体物体积含量。
式中: R——含固体物磷酸的密度,g/mL
r——磷酸的密度,g/mL
2.32——磷石膏的密度,g/mL
取未净化的磷酸样品做实验,经密度法分析后,得出过滤下的磷酸平均含固量在3.5%。
2.3 磷酸净化量
10万吨磷酸一铵,配套70万吨的磷酸装置,磷酸比重1.250 g/mL,磷酸中P2O5的含量为20%,生产磷铵15 t/h,平均含P2O5 45%,每小时需要的磷酸产量为:
由(2)计算结果可知,锥形沉降槽需要净化的磷酸量为30 m3。
3 磷酸净化工艺的实施
3.1 净化磷酸工艺的改造
改造前,公司没有对磷酸进行净化处理,过滤下来的磷酸直接进入磷酸贮槽备用,但随着生产条件的改变,未净化的磷酸由于固形物含量较高难以保证产品的质量,因此必须对磷酸进行净化处理,尽量减少其固形物的含量。经改造后的磷酸净化工艺主流程见图2所示。萃取料浆经过滤机过滤下来进入滤液收集槽,然后由滤液泵送至脱硫槽,再由脱硫槽溢流口进入锥形沉降槽顶部中心筒,经槽内反射板缓冲后均匀分布,在滤液中固体物自身重力的作用下达到固液分离的目的;沉降下来的淤酸汇集到沉降槽底部,由锥底放出阀放入淤酸溜槽,流入萃取槽循环;净化后的澄清磷酸由沉降槽液相表面溢流进入清酸1#、2#。
3.2 沉降槽物理净化技术简介
3.2.1 锥形沉降槽的规格
结合生产的实际需要,公司最终将净化磷酸的锥形沉降槽的规格为 6000 mm×4000 mm(其中直筒段1500 mm,锥体段 2500 mm),有效容积65 m3,锥体的锥度为60°,钢筋混凝土结构,内设进料中心筒和流体反射板,顶部有环形溢流堰,未设置耙桨,槽壁上下接管均为不锈钢钢短节。
3.2.2 沉降槽物理净化磷酸的可行性分析与评价
锥形沉降槽是净化磷酸的核心设备,对其规格的确认直接影响是否能够达到所需的净化能力,关系到设计技术方案的成败,是技术改造的关键环节。
磷酸净化设计方案根据水中悬浮颗粒的重力分离和沉降理论,一般沉淀可分为分散颗粒沉淀、絮凝颗粒沉淀、受阻沉淀和压缩沉淀4种类型。磷酸中固形物的分离形式属于分散颗粒沉淀,因为磷酸中的固体物颗粒与颗粒之间不絮凝性和不连续性。对于水中分散颗粒沉淀,沉降槽的处理能力与槽子的高度、容积无直接关系[2],与其截面积和颗粒沉降速度成正比例关系。即设计流量Qv等于沉降槽截面积S与其颗粒沉降临界速度u之积:Qv=Su。在实验室测试时,稀磷酸中固形物沉降的速度为 0.82 mm/s[2](相当于2.952 m/h),即可定为在沉降槽设计过程中的磷酸沉降临界速度u。
根据10万吨磷酸一铵,配套70万吨磷酸装置的生产能力,可得到沉降槽每小时净化磷酸的能力需要达到30 m3。在不考虑磷酸黏度的前提下可得到沉降槽的最小横截面积:
由最小横横截面积可算出横截面直径为3.6 m。而我厂沉降槽横截面直径为6000 mm,由此可知,该锥形沉降槽沉降稀磷酸的能力远大于其实际生产能力,故使用该锥形沉降槽净化磷酸可满足生产系统的生产需求。
用该锥形沉降槽对磷酸净化后,磷酸明显变澄清,经实验分析知道净化后的磷酸含固量降低至0.2%左右,提高了磷酸的品质,满足中低品位磷矿生产磷铵所要求的固形物含量指标。
3.3 沉降槽的维护
(1)做到定期清理槽壁和反射板,防止结垢。
(2)在清理过程中严禁猛烈敲击槽壁,防止变形。
(3)在清理时使用的铁器工具要避免碰撞到槽底球阀球心上,损坏球阀。
(4)在放槽时要缓慢开启阀门,防止淤泥溅出或者料浆流出。
4 评 价
磷酸净化系统操作方便,运行稳定,若在沉降过程中适量加入絮凝剂,则会收到更好的澄清效果。自从净化磷酸的锥形沉降槽投入运行后,磷铵生产所用的磷酸明显变澄清,磷酸固形物含量由未技改前的3.5%左右下降至0.2%左右,磷酸品质明显提高达到了预期效果。用净化后的磷酸生产出的粉状磷酸一铵,色泽变白,总养分在原来的基础上提高1%左右,保证了产品的质量,提高了磷铵产品在市场的竞争力。
参考文献
[1]赵庆良,任南琪.水污染控制工程[M].北京:化学工业出版社,2005:36-65.
湿法磷酸装置清洗液合理利用途径 篇5
分公司现有湿法磷酸装置生产能力达到440 kt / a。为了促进装置平稳运行,定期使用稀硫酸清洗部分管道和设备,清洗结束仍有一定量的硫酸遗留在清洗液中。随着企业清洁生产理念的不断加强,分公司积极开展清洗液的合理利用工作, 提高清洗液的利用率,摸索总结出一套合理利用清洗液的方法。
1磷酸装置清洗现状
分公司现有3套湿法磷酸萃取装置和5套磷酸浓缩装置。
萃取装置分别为70 kt/a半水 - 二水装置、 130 kt / a二水装置和200 kt / a二水装置。受工艺条件约束,半水 - 二水装置未使用稀硫酸清洗; 两套二水装置10 ~ 15 d清洗一次,清洗时稀硫酸质量分数控制在5% ~ 7% ,清洗结束遗留下的清洗液约80 m3,含有少量磷石膏、磷酸和硫酸,其中w( H2SO4) ≈4% ,w( P2O5) ≈1% 。
磷酸浓缩装置分别为一套60 kt/a装置,2套85 kt / a装置,2套100 kt / a装置,均采用强制真空蒸发工艺,15 ~ 20 d清洗一次,清洗时硫酸质量分数为7% ~ 9% 。清洗时采用闪蒸室封顶清洗, 即往闪蒸室补水直至液面与气相管口平齐。根据装置设备尺寸差别,清洗结束后遗留下的清洗液约180 ~ 240 m3,其中含有少量磷石膏、磷酸、氟硅酸和硫酸,w( H2SO4) ≈5% 、w( P2O5) ≈2% 。
2清洗液利用途径
2.1作为磷酸料浆过滤洗涤液
以130 kt/a磷酸装置为例,正常情况下,用于料浆滤饼洗涤的水量为60 ~ 70m3/ h,主要为磷石膏堆场回水,第一级滤饼洗涤液中w( P2O5) ≈ 8% 。将装置遗留的清洗液替代部分回水,作为第一级滤饼洗涤液,这样,不仅可以回收其中的磷酸、硫酸,也不会对料浆过滤产生影响。
根据生产情况,萃取装置单台过滤机可回收清洗液10 ~ 20 m3/ h,萃取装置清洗产生的清洗液可在恢复生产后的4 ~ 6h全部回收。浓缩装置清洗液量大,回收相对缓慢,一般需要18 ~ 24 h。
2.2重复使用清洗液
分公司2套二水装置每月均需清洗3 ~ 4次, 清洗一次需8 ~ 12 h; 5套磷酸浓缩装置每月均需清洗1 ~ 2次,清洗一次需48 ~ 56 h。以此为依据,在装置按计划依次停车检修的情况下,每月有18 ~ 22天存在装置清洗。
装置清洗间隔时间较短,为清洗液在装置间的重复利用提供了有利条件。具体方式为: 一套装置清洗结束后,将清洗液收入洗涤水槽,少量清洗液作为洗涤液送往过滤系统消耗; 大量清洗液遗留下来,待下一套装置清洗时使用。通过这种方式,不仅可以降低装置清洗时的工艺水消耗,还可以回收遗留清洗液中的少量硫酸,降低硫酸消耗。此种方式在浓缩装置中尤为适用,可使工艺水和硫酸 消耗量下 降约30% ,大幅降低 清洗成本。
2.3清洗稀磷酸泥浆管道
湿法磷酸过滤酸进入陈化、沉降槽后,温度降低( 从72℃ 降至60℃) ,酸中的硫酸钙及大部分氟硅酸盐因溶解度降低而析出,并沉积在沉降槽底部形成泥浆,w( 固) ≈15% 。泥浆的主要消耗途径有两种: 一是送往萃取系统消化槽,一是送往稀磷酸预处理槽。由于泥浆黏稠,管道结垢堵塞快,2 ~ 3月需彻底清理一次。
通过生产实践,将洗涤水槽泵出口管道与泥浆管道对接,利用洗涤水槽中的清洗液实现清洗, 清洗后清洗液就近排入地槽,最终返回洗涤水槽。
该方式可根据生产情况,随时进行清洗,投入生产以后,完全取代了人工清理,使清理更加高效。
2.4清洗备用输送管道
湿法磷酸中,成品稀酸、回磷酸等管道大多设有备用管道,以方便在用管道结垢严重时进行调换。换下的管道一般垢层较厚,清理费时费力。 然而,换下的管道一般会有一段闲置时间,在此期间使用洗涤水槽回收的清洗液,再利用过滤系统清洗管道实现循环清洗。清洗过程不影响装置生产,可连续或间断进行,经过一段时间( 约48h) 清洗,管道结垢可完全清除。
此外,稀、浓酸储槽间的长距离输送管道,成品浓磷酸供酸系统中的清酸、淤酸管道等,通过添置部分清洗管道,均可以实现清洗除垢。
3效果评价
1) 清洗液作为磷酸过滤第一级滤饼洗涤液, 不会对过滤洗涤产生影响,磷石膏中水溶性P2O5含量低于0. 2% 。
2) 清洗液在装置间重复使用后,每年可以节约工艺水约5000 t,硫酸300 t,节约成本约20万元。
湿法净化磷酸 篇6
自然沉降法[1]仅限于粗大的固体颗粒, 由于自然沉降的动力是颗粒自身重力, 因此沉降的速度比较慢, 所需时间比较长, 沉降需要很大的储槽。
无机絮凝剂有很多种类, 常见的有明矾、三氯化铝、硫酸铝, 在使用过程中也存在用量大、絮凝沉降速度慢、停留时间较长、受酸碱度影响大、处理效率低、有残留多余的杂质离子等缺点[2]。
目前研究较多的是加入有机高分子絮凝剂去除湿法磷酸中杂质, 具有用量少, 絮凝能力强等优点。曾有报道, 为了提高萃取率和过滤强度, 向磷酸料浆中加入有机絮凝剂[3]。云南富瑞化工有限公司曾使用过有机絮凝剂加快了浓磷酸中固体杂质的沉降速率, 提高了装置生产负荷[4]。
但是市场化的有机絮凝剂只有聚丙烯酰胺和羟甲基纤维素等几个品种, 鉴于聚丙烯酰胺对多金属尾矿和超细轻质碳酸钙等具有良好的沉降作用[5,6], 此实验采用向浓缩湿法磷酸中加入聚丙烯酰胺来加速固体杂质的沉降, 国内还没有这方面报道。
实验采用聚丙烯酰胺作为絮凝剂, 对比了自然沉降与絮凝沉降的沉降速率, 以及考察了浓度、温度、用量对絮凝沉降速率的影响。
1实验部分
1.1实验试剂和仪器
甲醇 (国药集团化学试剂有限公司, 分析纯) ;硫酸 (上海凌峰化学试剂有限公司, 分析纯) ;磷矿粉 (贵州宏福公司提供, 200目, 元素组成见表1) ;聚丙烯酰胺 (淄博静波净水材料有限公司, 分子量1000万) 。
旋转蒸发器 (上海亚荣生化仪器厂, RE-52AA型) ;电热恒温鼓风干燥箱 (上海一恒科学仪器有限公司) ;超级水浴恒温锅 (上海精宏实验设备有限公司, DKB-501A型) ;循环水式多用真空泵 (上海豫康科教仪器设备有限公司, SHB-ⅢA型) 。
1.2湿法磷酸的制备
实验采用二水物法制备湿法磷酸, 即用硫酸与回磷酸分解磷矿, 反应温度控制在80～90℃, 反应时间为6 h, 液固比为1 ∶2.5, 经抽滤、洗涤后得到w (P2O5) 26%左右的磷酸, 然后旋转蒸发得到w (P2O5) 50%左右的浓磷酸。
1.3絮凝剂溶液的配置[7]
由于PAM的相对分子量很高, 不易溶解, 先配制成浓度为0.1%的水溶液, 在使用前再稀释到0.05%。
取0.1 g (精确至0.0001 g) PAM, 加入100 g去离子水, 加热使之溶解, 但温度不要超过60℃, 以免其分解。尽量现用现配, 防止陈化, 黏度降低的越快, 絮凝性能就越差。
1.4实验方法
取四个100 mL的量筒, 加入100 g湿法磷酸, 然后分别加入0、4、8、12 g/t的聚丙烯酰胺 (PAM占浓磷酸的质量比) 摇匀, 置于60℃恒温水浴中, 每间隔一定时间, 记录其沉降面高度, 然后绘制沉降速率曲线。最后将每个量筒中的淤渣用甲醇洗涤3次, 于105℃恒温干燥箱中放置2 h, 于干燥器中冷却至室温, 称量。
2结果与讨论
2.1温度对自然沉降速率的影响
温度对自然沉降速率的影响如图1和图2。
温度对磷酸中的固体颗粒的沉降有双重影响, 一方面温度的变化直接导致磷酸粘度的变化, 温度降低, 磷酸的粘度增加, 固体颗粒沉降时阻力增大, 因此磷酸粘度增加会延长固体颗粒沉降所需时间, 降低沉降速率。另一方面, 温度又对磷酸中杂质的溶解度有很大影响, 温度越低, 杂质的溶解度越低, 有利于沉淀的析出, 加速沉淀的生成速度。
从图1和图2可以看出, 不加絮凝剂的浓磷酸的沉降速率随温度变化而变化, 当温度达到60℃时, 沉降速率达到最大。随着温度的升高, 磷酸的粘度降低, 有利于加快沉降速率, 同时固体颗粒的溶解度会增大, 不利于沉淀的析出, 阻碍了颗粒的沉降过程。结果表明, 在温度达到60℃之前, 温度对前者的影响要大于后者, 因此升高温度, 对沉降速率的提高是有利的。
2.2温度对絮凝沉降速率的影响
向4个量筒中加入2 g/t的聚丙烯酰胺, 分别放置在30℃、40℃、50℃、60℃的恒温水浴中, 沉降速率见图3和图4。
温度的高低对絮凝影响很大, 过高和过低对絮凝作用都不利, 絮凝温度也因体系不同而异。溶液温度过高时, 化学反应速度加快, 形成的絮凝体细小, 并使产生的絮凝体变得比较膨松, 体积较大, 更加难于分离。温度过低, 所需化学反应时间延长, 同时也会导致溶液的粘度增加, 絮凝体沉降时阻力增大, 对絮凝体有破坏作用, 使絮凝体变得细小, 不易分离。从图3和图4可以看出, 絮凝沉降的最佳温度是60℃, 随着温度的升高, 磷酸溶液的粘度下降, 分子间的相互作用降低, 阻尼降低, 沉降加快, 但是温度过高, 反而絮凝效果不好。
图2和图4表明, 絮凝沉降的最大速率比自然沉降提高了很多, 絮凝沉降平均速率约是自然沉降平均速率的2倍, 沉降时间也大幅度减少, 并且得到的磷酸比较清澈, 固体悬浮物明显减少。
2.3絮凝剂最佳用量的选择
一般情况下, 絮凝效果随着絮凝剂的用量增加而增大。但是, 絮凝剂的用量达到一定值时出现峰值, 如再增加用量, 絮凝效果反而下降, 会使形成的絮凝体重新变成稳定的胶体, 无法达到预期效果。另外, 絮凝剂的用量与溶液中的悬浮物的含量有关。
絮凝剂是通过中和胶体颗粒所带电荷, 降低Z电位, 减小排斥能起作用的, 胶体颗粒表面带有大量的负电荷, 扩散层很厚, 排斥能处于主导地位, 胶体处于稳定状态, 只有加入适量的絮凝剂, 颗粒表面的电荷几乎全部被中和, Z电位降到最低, 扩散层很薄, 颗粒间的相互作用能够达到第一能量最小值, 颗粒失去稳定状态, 从而形成絮凝体。
将w (P2O5) =48.5%的磷酸按上述试验方法进行, 测得沉降速率曲线如图5。
从图5中可以看出, 当絮凝剂的用量为4 g/t时, 杂质颗粒的沉降速率最快。此外, 用量分别为0、4、8、12 g/t的磷酸淤渣比重分别为1.56%、2.03%、1.68%、1.49%, 从这个数据也可知用量为4 g/t的磷酸下层淤渣量最多, 聚丙烯酰胺的最佳用量为4 g/t。 将w (P2O5) %=49.9%的磷酸按上述同样方法进行, 测得沉降速率曲线见图6。
从图6可以看出, 当絮凝剂的用量为8 g/t时, 杂质颗粒的沉降速率最快。沉降开始阶段, 不加PAM的磷酸的沉降速率比用量为4 g/t要快, 当沉降进行到12 min时, 后者沉降速率加快。此外, 用量分别为0、4、8、12 g/t的磷酸淤渣比重分别为2.43%、2.6%、2.95%、2.8%, 从这个数据也可知用量为8 g/t的磷酸下层淤渣量最多, 说明此时絮凝效果最好, 聚丙烯酰胺的最佳用量为8 g/t。
将w (P2O5) %=51.5%的磷酸按上述同样方法进行, 测得沉降速率曲线见图7。
从图7可以看出, 当絮凝剂的用量为12 g/t时, 杂质颗粒的沉降速率最快, 而不加PAM的磷酸沉降速率很慢, 表明聚丙烯酰胺能够通过架桥作用, 将小颗粒结合成大颗粒。用量分别为0、4、8、12 g/t的磷酸淤渣比重分别为4.05%、4.3%、5.0%、5.08%, 从淤渣所占比重和沉降速率快慢来看, 最佳用量为12 g/t。
上面数据表明, 磷酸浓度的不同, 导致磷酸里所含杂质量也不同, 使用同样量的絮凝剂, 其沉降速度也是不同的。絮凝剂的用量取决于磷酸浓度及其所含杂质, 磷酸浓度越高, 杂质离子的溶解度越小, 析出的杂质小颗粒就越多, 因此, 絮凝剂的用量就越多。不同浓度的磷酸所需絮凝剂的用量是不同的, 需要通过具体的实验来确定絮凝剂的用量。
3结论
1) 温度对自然沉降和絮凝沉降都有影响, 温度达到60℃时, 沉降速率达到最大, 同时絮凝沉降平均速率约是自然沉降平均速率的2倍。
2) 不同浓度的磷酸, 即使加入同样量的絮凝剂, 其沉降速度也是不同的, 絮凝剂的用量与磷矿的品位、磷酸的浓度及固体含量有关。
3) 磷酸中杂质颗粒的沉降速率在一定范围内随絮凝剂用量的增加而增大, 但存在一个最佳用量, 最佳用量只能通过具体的实验来断定, 而不能计算出来。
参考文献
[1] (美) AV斯拉克.磷酸 (下册) [M].北京:石油化学工业出版社, 1977.
[2]马青山, 贾瑟, 孙丽珉.絮凝化学与絮凝剂[M].中国环保科学出版社, 1988.
[3]陆江跃, 曹明.新型絮凝剂对提高磷酸产量和降低消耗的作用[J].磷肥与复肥, 2007, 22 (5) :42-43.
[4]王仁宗, 周玉新, 郑治超.湿法磷酸生产中絮凝剂的研究和应用[J].磷肥与复肥, 2007, 22 (4) :26-28.
[5]卢红梅, 钟红, 满瑞林, 等.超细轻质碳酸钙沉降特性研究[J].无机盐工业, 2000, 32 (5) :10-12.
[6]何哲祥, 古德生, 郭朝晖.柿竹园矿极细多金属尾矿絮凝沉降特性研究[J].矿冶工程, 2006, 26 (5) :21-23.
湿法净化磷酸 篇7
以氟硅酸为原料采用浓硫酸法生产无水氟化氢时,副产了大量的含氟硅渣,以瓮福蓝天氟化工公司20 kt/a无水氟化氢装置为例,每年副产约3万吨含氟硅渣。含氟硅渣主要成分为二氧化硅,含少量氟硅酸。含氟硅渣中二氧化硅活性较差、又含氟,不能直接作为橡胶或其它领域的填料,将含氟硅渣堆放又会造成环境污染,同时浪费大量的氟硅资源［2］。因此,如何利用好含氟硅渣中的硅、氟资源是清洁生产、资源综合利用的一大课题,对企业的正常生产具有重要的现实意义。本技术将含氟硅渣循环使用添加到湿法磷酸浓缩过程中,提高了磷酸中氟资源的回收。
1实验部分
1. 1仪器与材料
PHS - 3C酸度计,上海仪电科学仪器有限公司; HH - S恒温水浴锅,上海圣科仪器设备有限公司; SHZ - D( III) 循环水真空泵,上海亚荣生化仪器厂; S10 - 3加热磁力搅拌器,上海司乐仪器有限公司。
稀磷酸由瓮福化工公司提供,其中w ( P2O5) 为25% , w( F) 为1. 9% ; 含氟硅渣由瓮福蓝天氟化工公司提供,其中w( Si O2) 为35% ,w( F) 为7% ,w( H2O) 为56% 。
1. 2分析方法
氟含量采用氟离子选择电极法测定,磷含量用磷钼酸喹啉重量法测定,以及ICP仪器分析。
1. 3实验原理及工艺流程
磷酸中氟主要以H2Si F6形式存在,磷酸浓缩过程中,氟硅酸受热分解成HF和Si F4,Si F4蒸汽压比HF高较容易逸出,向磷酸中添加Si O2( 含氟硅渣) 可以使HF转化为Si F4,促进脱氟过程,从而可以提高气相回收的氟资源量［3 － 4］; 以氟硅酸形式回收的氟资源采用浓硫酸法生产无水氟化氢又副产含氟硅渣［5］,再将含氟硅渣循环使用到生产系统中。其工艺流程如图1所示。
添加含氟硅渣提高磷酸中氟资源回收的主要化学反应如下:
氟硅酸制备得到无水氟化氢又副产含氟硅渣的主要化学反应如下:
2结果与讨论
2. 1含氟硅渣添加量实验
在磷酸真空浓缩过程中加入含氟硅渣,考察到不同浓缩终点时磷酸中氟含量,并与不加含氟硅渣的空白进行比较,实验结果如图2所示。从图2看出,含氟硅渣加入到磷酸浓缩过程中,相比空白,在相同磷酸浓缩浓度终点时,磷酸中氟含量下降约0. 4% ~ 0. 5% ,表明含氟硅渣的使用提高了磷酸中氟资源的逸出。
由于稀磷酸的浓缩终点浓度一般控制在P2O5约46% ,因此在这一浓缩浓度下进行含氟硅渣的用量实验,实验结果如表1所示。从表1看出,随着含氟硅渣用量的增加,浓缩后磷酸中氟含量呈不断下降的趋势,但含氟硅渣用量超过1. 2% 后, 氟含量下降缓慢。
由于浓缩所得浓磷酸一般会进行沉降分离於浆,因此,将不同含氟硅渣用量所浓缩得到的浓磷酸( P2O5约46% ) 进行沉降实验,考察使用含氟硅渣后对磷酸沉降的影响,结果如表2所示。从表2看出,含氟硅渣用量在不超过1. 2% 时,浓缩所得浓磷酸的沉降效果与空白浓磷酸较一致,但当含氟硅渣用量大于1. 2% 后,浓磷酸的沉降速度大大下降。在达到较好降低磷酸中氟含量的基础上,为了不增加生产工艺中浓磷酸沉降负荷和於渣过滤负荷,优选含氟硅渣用量为1. 2% 。
2. 2含氟硅渣的使用对回收氟资源的影响
磷酸从P2O5约25% 浓缩到46% 过程中逸出的氟资源,经两级吸收以氟硅酸的形式回收了氟资源,含氟硅渣的使用( 1. 2% 用量) 对磷酸浓缩过程回收氟资源的影响如表3所示。 从表3看出,使用含氟硅渣后,氟资源的回收量提高了约32% ,效果明显。回收的氟硅酸经工业应用成熟的浓硫酸法制备无水氟化氢,同时副产含氟硅渣,含氟硅渣又添加到磷酸中循环使用。
2. 3使用含氟硅渣对磷酸酸质的影响
( % )
将使用含氟硅渣( 用量1. 2% ) 浓缩所得浓磷酸与空白浓磷酸进行了成分全分析对比,结果如表4。分析结果表明,使用含氟硅渣浓缩所得浓磷酸,除了氟含量明显降低外,其它杂质如铁、铝、镁、硫酸根含量均一致,即使用含氟硅渣未造成磷酸中其它杂质含量的升高,并降低了磷酸净化脱氟的压力。
3结论
本研究将含氟硅渣循环使用到湿法磷酸浓缩过程中,提高了磷酸中氟资源的回收,优选含氟硅渣用量为1. 2% ,可以达到提高32% 的氟资源回收量的效果。该工艺具有废弃物资源化利用、工艺简单、效果明显和易于工业应用的特点,为含氟硅渣的处理利用提供了有效途径。
摘要：通过将含氟硅渣添加到湿法磷酸浓缩过程中,提高了磷酸中氟资源的回收,回收的氟资源(氟硅酸)在加工过程中又副产含氟硅渣,达到含氟硅渣循环使用提高氟资源回收的效果。结果表明,含氟硅渣用量为1.2%时,可以提高32%的氟资源回收量。该工艺具有废弃物资源化利用、工艺简单、效果明显和易于工业应用的特点,为含氟硅渣的处理利用提供了有效途径。