论文部分内容阅读
【摘 要】硫酸是湿法磷酸生产的主要原料，可占到磷酸生产总成本的一半以上，因此，在保证磷酸生产品质的基础上，尽可能地节约硫酸的用量是提高磷酸生产效益的主要措施。本文结合实践生产情况，详细分析了湿法磷酸生产中硫酸用量高居不下的原因，并提出了节约硫酸的方法，取得了較好的效果。
【关键词】湿法磷酸；硫酸用量；生产负荷；节约
随着中国磷酸工业的高速发展，行业内部积累的矛盾也愈发突出，如产能过剩、产品单一、技术创新能力弱，尤其是生产成本高居不下等现状严重制约着行业的健康发展。硫酸作为湿法磷酸生产的主要原料 ，其费用约占磷酸生产总成本的一半以上。为此 ，如何在保磷酸生产品质的前提下，尽量节约硫酸用量 ，是当前磷酸生产企业十分关心的问题。
1.硫酸用量偏高的原因分析
1）磷矿杂质含量高、品位低。磷矿P2O5含量低，对磷酸产量有影响。CaO直接影响硫酸用量。MgO增加磷酸黏度，限制萃取料浆中的P2O5浓度，也影响过滤效果，使水溶磷损失增加；影响磷酸蒸发浓缩效果，反应生成的MgNH4PO4·6H2O降低产品磷酸二铵（DAP）水溶磷含量。
2）矿浆细度达不到要求。2007年我公司矿浆中粒径<0.370mm（-40目）的平均占96.69%、<0.147mm（-100目）的占71.42%，矿浆细度不够，萃取率仅为96.66%，矿浆w（固）偏低，仅为61.62%，水平衡难度大。为降低渣场风险，大量使用渣场水作过滤洗涤水，导致洗涤率偏低，仅97.62%，最终导致磷得率偏低（94.36%），硫酸用量偏高。
3）萃取槽SO3指标控制不稳定。由于磨矿装置提供的矿浆细度合格率较低，矿浆的密度和水分指标波动大，造成萃取槽液相SO3的指标波动较大，导致磷石膏结晶较差，P2O5收率低，硫酸用量高。
4）过滤存在的问题。冲盘水温度低（45℃），压力低（0.1MPa），料浆和洗水在分布盒分布不均匀；洗水温度低，一洗水为70℃，二洗水、三洗水为50℃，过滤真空度低（35kPa（A）），影响洗涤效果，降低磷得率。
5）超负荷生产。在超负荷生产时，由于物料在萃取槽反应时间缩短，晶体成长时间也相应缩短，大量的细小晶体降低了过滤效果，致使磷石膏中水溶性P2O5含量高。
综上所述，由于磷矿品位低、杂质含量高，矿浆细度不够，过滤洗涤存在许多问题，并且有时超负荷生产，造成硫酸用量偏高。也使我公司磷石膏中w（P2O5水溶）曾达1.0%、w（P2O5枸溶）达3.0%、w（P2O5不溶）达1%。但以上情况不是同时出现。
2.节约硫酸的方法途径
2.1合理配矿
安排专人认真抓好每天到矿的跟踪，掌握数量和质量数据，为合理用矿、配矿奠定基础。考虑增加磷矿石浮选装置，保证矿石品质；考虑磨矿装置扩能，优化磨矿工艺，提高矿浆质量；合理搭配不同品位磷矿，做好混矿工作，以稳定生产。如：某矿品位低，w（P2O5）约28.05%，杂质MgO、K2O、Na2O含量略低，单独使用该矿滤液密度偏低，洗水用量受限，影响洗涤率和增加浓缩生产负荷；昆阳磷矿P2O5略高，w（P2O5）约29.5%，但w（MgO）常达1.6%左右，单独使用会严重影响磷矿反应过程以及磷酸的质量。这两种磷矿合理搭配使用，能达到各矿点矿的优势互补和稳定、优化生产的目的。
2.2实现闭路磨矿，改善矿浆细度
一是磷石膏结晶较均匀、整齐，有助于过滤和洗涤，因此过滤负荷提高了11%左右，并为提高过滤磷石膏洗涤率创造了条件；
二是方便了磷石膏输送，原开路磨矿矿浆较粗，未反应磷矿在输渣管线的沉积严重，制约生产负荷，并威胁输渣管安全；
三是减轻了后续设备磨蚀，如原80kt/a磷酸装置闪冷循环泵叶轮仅能用90d，现已超过半年仍能使用，有力地促进了磷酸生产。
2.3控制生产负荷
处理好生产负荷与磷收率的关系，如：80kt/a装置正常生产时过滤负荷禁止料浆超140m3/h，以确保磷收率，而当生产负荷与过滤状况发生矛盾时，优先保证过滤工况，及时调减生产负荷，绝不以牺牲磷收率为代价换取高产。
2.4严格控制萃取槽工艺指标
根据料浆石膏结晶和过滤状况，及时调整稀酸密度和料浆SO3、含固量等，优化结晶和过滤效果。料浆中液相SO3质量浓度是影响结晶质量的重要因素，一般ρ（SO3）控制在25～35g/L范围内。SO3质量浓度低易形成薄片状晶体，而SO3质量浓度高会形成针状晶体，薄片状或针状晶体容易断裂，变成大量碎晶，影响料浆过滤和洗涤。生产中亦常用显微镜观察石膏结晶情况和过滤效果，及时调整SO3控制范围至35g/L，保证结晶质量。
从2010年起，使萃取反应温度提高1℃，石膏中不溶P2O5质量分数（包括枸溶磷）由实施前平均0.513%降到0.318%。从2010年3月起，对萃取槽
SO3指标进行更严格的控制，ρ（SO3）从25～35g/L调整到25～29g/L，并严格对萃取SO3指标进行考核。萃取槽ρ（SO3）由实施前平均28.10g/L降低到27.03g/L，相当于生产1t磷酸（以P2O5计）可以少用3.77kg硫酸。
2.5改善萃取料浆过滤效果
1）合理使用助滤剂。针对杂质含量较高的磷矿，合理使用助滤剂约增产20%以上。为此，试用多家絮凝剂并对其用量等进行摸索，有的絮凝剂对过滤效果改善较多，增产达30%以上，吨酸絮凝剂用量约120～130g，成本约3.00元。
2）加强过滤机各分布盒的清理和调整，保证料浆、洗水分布均匀，避免磷石膏厚薄不均和洗涤死角。合理调整各区位置，保证洗水分区，杜绝洗水串洗、混洗和短路。
三洗水完全使用经用蒸汽加热后的渣场水，用量从15m3/h增加至20m3/h，二洗水为40m3/h，一洗水为60m3/h，严把洗涤质量关。 3）加强过滤洗水、滤布洗水喷头的清理、维护，确保滤布再生效果、使用周期和洗涤效率。例如200kt/a装置过滤机冲盘水流量原来约80m3/h，冲盘清洗不彻底，滤布堵塞結垢严重，使用周期短，仅7d左右，且制约过滤负荷，影响洗水使用；现控制冲盘水流量100～120m3/h，冲盘水压力达到0.8～0.9MPa，冲盘水温度达到60℃以上，滤布再生彻底，除每周1次计划清洗外，基本能高负荷运行，且滤布使用基本达16～20d。适当关小破真空阀，提高200kt/a装置过滤真空度，控制真空度15～20kPa（A）。
4）料浆分布均匀，滤饼无漏洗现象。控制洗水温度在65～70℃，磷石膏水分降低5百分点左右，一个清洗周期内滤布无堵塞现象，滤饼有足够的吸干区。
5）计划检修，提高设备运行率，避免非计划停车。高产要靠高的运行率作保证，单纯依靠“高”负荷则必然增加损失，降低经济性。
2.6监控水溶磷损失
密切监控每套系统过滤磷石膏的水溶磷，发现异常情况必须认真查找磷石膏中水溶磷偏高原因并采取对策，确保磷石膏较高的磷洗涤率。
2.7认真做好磷酸的贮存和使用
充分利用现有稀酸、浓酸设施，通过充分自然沉降，上层高质量清酸用于高浓度DAP生产，而下层渣酸则直接供磷酸一铵装置，一方面得到商品MAP产品，另一方面避免渣酸返回系统，造成杂质累积，影响过滤效果和装置负荷。
2.8磷矿浆脱硫降低硫酸用量
新建一个混合槽，将磷矿浆与生产出的稀磷酸按一定比例在混合槽中混合后用泵送入稀磷酸槽，使稀磷酸中过量硫酸与磷矿浆反应，达到降低SO3的目的。实施效果：稀磷酸中的ρ（SO3）由实施前平均27.98g/L降低到26.85g/L，相当于每吨P2O5磷酸少用4.5kg硫酸。
2.9做好技改工作
80kt/a磷酸装置过滤机增设收集盒，解决带液P2O5偏高问题。增设过滤机大胶带冲洗装置，防大胶带结垢堵塞影响过滤效果。采用保温措施，解决过滤机气液分离器回液管堵塞严重、带出损失和清理工作量大、难度大的问题。固定矿浆流量，解决分级机至球磨机磨蚀严重和控制问题等。
3.技术经济指标分析
3.1磷酸生产消耗硫酸情况（见表1）
3.2技术经济指标
实施技改后，2010年矿浆粒径<0.370mm（-40目）平均占98.25%，<0.147mm（-100目）占78.83%，磷矿料浆w（固）为63.42%，萃取率为96.69%，洗涤率为97.87%，磷得率为97.26%，吨P2O5磷酸消耗硫酸2.512t。
4.尚存在的问题
采取上述措施，虽然改善了湿法磷酸生产中硫酸用量偏高问题，但还有以下问题有待解决：
1）矿浆粒度偏粗，现粒径<0.147mm（-100目）约占78%，尚须优化。
2）浓缩运行周期短，导致浓缩运行率偏低。如80kt/a装置仅能开17d左右，200kt/a装置仅能开25d，降低了产量。
3）磷矿中Na2O+K2O含量偏高，造成管道堵塞非常严重，尤其渣场回水管结垢严重，影响回水量。上述问题还需采取措施，优化工艺，以适应不断贫化的磷矿，进一步降低硫酸用量。
5.结束语
实践证明，本文所采用的节约方法是有效的，湿法磷酸每吨P2O5硫酸用量由2.628t降为2.512t。因此，笔者相信，随着湿法磷酸生产工艺的不断改善，硫酸用量也会逐步下降，磷酸生产效益也会再上一个台阶。
参考文献：
[1] 韩喜超.二水法磷酸生产降低硫酸消耗的几点措施[J].磷肥与复肥，2009年01期
[2] 雷武.探讨湿法磷酸生产中节约硫酸的途径[J].磷肥与复肥，2001年04期
【关键词】湿法磷酸；硫酸用量；生产负荷；节约
随着中国磷酸工业的高速发展，行业内部积累的矛盾也愈发突出，如产能过剩、产品单一、技术创新能力弱，尤其是生产成本高居不下等现状严重制约着行业的健康发展。硫酸作为湿法磷酸生产的主要原料 ，其费用约占磷酸生产总成本的一半以上。为此 ，如何在保磷酸生产品质的前提下，尽量节约硫酸用量 ，是当前磷酸生产企业十分关心的问题。
1.硫酸用量偏高的原因分析
1）磷矿杂质含量高、品位低。磷矿P2O5含量低，对磷酸产量有影响。CaO直接影响硫酸用量。MgO增加磷酸黏度，限制萃取料浆中的P2O5浓度，也影响过滤效果，使水溶磷损失增加；影响磷酸蒸发浓缩效果，反应生成的MgNH4PO4·6H2O降低产品磷酸二铵（DAP）水溶磷含量。
2）矿浆细度达不到要求。2007年我公司矿浆中粒径<0.370mm（-40目）的平均占96.69%、<0.147mm（-100目）的占71.42%，矿浆细度不够，萃取率仅为96.66%，矿浆w（固）偏低，仅为61.62%，水平衡难度大。为降低渣场风险，大量使用渣场水作过滤洗涤水，导致洗涤率偏低，仅97.62%，最终导致磷得率偏低（94.36%），硫酸用量偏高。
3）萃取槽SO3指标控制不稳定。由于磨矿装置提供的矿浆细度合格率较低，矿浆的密度和水分指标波动大，造成萃取槽液相SO3的指标波动较大，导致磷石膏结晶较差，P2O5收率低，硫酸用量高。
4）过滤存在的问题。冲盘水温度低（45℃），压力低（0.1MPa），料浆和洗水在分布盒分布不均匀；洗水温度低，一洗水为70℃，二洗水、三洗水为50℃，过滤真空度低（35kPa（A）），影响洗涤效果，降低磷得率。
5）超负荷生产。在超负荷生产时，由于物料在萃取槽反应时间缩短，晶体成长时间也相应缩短，大量的细小晶体降低了过滤效果，致使磷石膏中水溶性P2O5含量高。
综上所述，由于磷矿品位低、杂质含量高，矿浆细度不够，过滤洗涤存在许多问题，并且有时超负荷生产，造成硫酸用量偏高。也使我公司磷石膏中w（P2O5水溶）曾达1.0%、w（P2O5枸溶）达3.0%、w（P2O5不溶）达1%。但以上情况不是同时出现。
2.节约硫酸的方法途径
2.1合理配矿
安排专人认真抓好每天到矿的跟踪，掌握数量和质量数据，为合理用矿、配矿奠定基础。考虑增加磷矿石浮选装置，保证矿石品质；考虑磨矿装置扩能，优化磨矿工艺，提高矿浆质量；合理搭配不同品位磷矿，做好混矿工作，以稳定生产。如：某矿品位低，w（P2O5）约28.05%，杂质MgO、K2O、Na2O含量略低，单独使用该矿滤液密度偏低，洗水用量受限，影响洗涤率和增加浓缩生产负荷；昆阳磷矿P2O5略高，w（P2O5）约29.5%，但w（MgO）常达1.6%左右，单独使用会严重影响磷矿反应过程以及磷酸的质量。这两种磷矿合理搭配使用，能达到各矿点矿的优势互补和稳定、优化生产的目的。
2.2实现闭路磨矿，改善矿浆细度
一是磷石膏结晶较均匀、整齐，有助于过滤和洗涤，因此过滤负荷提高了11%左右，并为提高过滤磷石膏洗涤率创造了条件；
二是方便了磷石膏输送，原开路磨矿矿浆较粗，未反应磷矿在输渣管线的沉积严重，制约生产负荷，并威胁输渣管安全；
三是减轻了后续设备磨蚀，如原80kt/a磷酸装置闪冷循环泵叶轮仅能用90d，现已超过半年仍能使用，有力地促进了磷酸生产。
2.3控制生产负荷
处理好生产负荷与磷收率的关系，如：80kt/a装置正常生产时过滤负荷禁止料浆超140m3/h，以确保磷收率，而当生产负荷与过滤状况发生矛盾时，优先保证过滤工况，及时调减生产负荷，绝不以牺牲磷收率为代价换取高产。
2.4严格控制萃取槽工艺指标
根据料浆石膏结晶和过滤状况，及时调整稀酸密度和料浆SO3、含固量等，优化结晶和过滤效果。料浆中液相SO3质量浓度是影响结晶质量的重要因素，一般ρ（SO3）控制在25～35g/L范围内。SO3质量浓度低易形成薄片状晶体，而SO3质量浓度高会形成针状晶体，薄片状或针状晶体容易断裂，变成大量碎晶，影响料浆过滤和洗涤。生产中亦常用显微镜观察石膏结晶情况和过滤效果，及时调整SO3控制范围至35g/L，保证结晶质量。
从2010年起，使萃取反应温度提高1℃，石膏中不溶P2O5质量分数（包括枸溶磷）由实施前平均0.513%降到0.318%。从2010年3月起，对萃取槽
SO3指标进行更严格的控制，ρ（SO3）从25～35g/L调整到25～29g/L，并严格对萃取SO3指标进行考核。萃取槽ρ（SO3）由实施前平均28.10g/L降低到27.03g/L，相当于生产1t磷酸（以P2O5计）可以少用3.77kg硫酸。
2.5改善萃取料浆过滤效果
1）合理使用助滤剂。针对杂质含量较高的磷矿，合理使用助滤剂约增产20%以上。为此，试用多家絮凝剂并对其用量等进行摸索，有的絮凝剂对过滤效果改善较多，增产达30%以上，吨酸絮凝剂用量约120～130g，成本约3.00元。
2）加强过滤机各分布盒的清理和调整，保证料浆、洗水分布均匀，避免磷石膏厚薄不均和洗涤死角。合理调整各区位置，保证洗水分区，杜绝洗水串洗、混洗和短路。
三洗水完全使用经用蒸汽加热后的渣场水，用量从15m3/h增加至20m3/h，二洗水为40m3/h，一洗水为60m3/h，严把洗涤质量关。 3）加强过滤洗水、滤布洗水喷头的清理、维护，确保滤布再生效果、使用周期和洗涤效率。例如200kt/a装置过滤机冲盘水流量原来约80m3/h，冲盘清洗不彻底，滤布堵塞結垢严重，使用周期短，仅7d左右，且制约过滤负荷，影响洗水使用；现控制冲盘水流量100～120m3/h，冲盘水压力达到0.8～0.9MPa，冲盘水温度达到60℃以上，滤布再生彻底，除每周1次计划清洗外，基本能高负荷运行，且滤布使用基本达16～20d。适当关小破真空阀，提高200kt/a装置过滤真空度，控制真空度15～20kPa（A）。
4）料浆分布均匀，滤饼无漏洗现象。控制洗水温度在65～70℃，磷石膏水分降低5百分点左右，一个清洗周期内滤布无堵塞现象，滤饼有足够的吸干区。
5）计划检修，提高设备运行率，避免非计划停车。高产要靠高的运行率作保证，单纯依靠“高”负荷则必然增加损失，降低经济性。
2.6监控水溶磷损失
密切监控每套系统过滤磷石膏的水溶磷，发现异常情况必须认真查找磷石膏中水溶磷偏高原因并采取对策，确保磷石膏较高的磷洗涤率。
2.7认真做好磷酸的贮存和使用
充分利用现有稀酸、浓酸设施，通过充分自然沉降，上层高质量清酸用于高浓度DAP生产，而下层渣酸则直接供磷酸一铵装置，一方面得到商品MAP产品，另一方面避免渣酸返回系统，造成杂质累积，影响过滤效果和装置负荷。
2.8磷矿浆脱硫降低硫酸用量
新建一个混合槽，将磷矿浆与生产出的稀磷酸按一定比例在混合槽中混合后用泵送入稀磷酸槽，使稀磷酸中过量硫酸与磷矿浆反应，达到降低SO3的目的。实施效果：稀磷酸中的ρ（SO3）由实施前平均27.98g/L降低到26.85g/L，相当于每吨P2O5磷酸少用4.5kg硫酸。
2.9做好技改工作
80kt/a磷酸装置过滤机增设收集盒，解决带液P2O5偏高问题。增设过滤机大胶带冲洗装置，防大胶带结垢堵塞影响过滤效果。采用保温措施，解决过滤机气液分离器回液管堵塞严重、带出损失和清理工作量大、难度大的问题。固定矿浆流量，解决分级机至球磨机磨蚀严重和控制问题等。
3.技术经济指标分析
3.1磷酸生产消耗硫酸情况（见表1）
3.2技术经济指标
实施技改后，2010年矿浆粒径<0.370mm（-40目）平均占98.25%，<0.147mm（-100目）占78.83%，磷矿料浆w（固）为63.42%，萃取率为96.69%，洗涤率为97.87%，磷得率为97.26%，吨P2O5磷酸消耗硫酸2.512t。
4.尚存在的问题
采取上述措施，虽然改善了湿法磷酸生产中硫酸用量偏高问题，但还有以下问题有待解决：
1）矿浆粒度偏粗，现粒径<0.147mm（-100目）约占78%，尚须优化。
2）浓缩运行周期短，导致浓缩运行率偏低。如80kt/a装置仅能开17d左右，200kt/a装置仅能开25d，降低了产量。
3）磷矿中Na2O+K2O含量偏高，造成管道堵塞非常严重，尤其渣场回水管结垢严重，影响回水量。上述问题还需采取措施，优化工艺，以适应不断贫化的磷矿，进一步降低硫酸用量。
5.结束语
实践证明，本文所采用的节约方法是有效的，湿法磷酸每吨P2O5硫酸用量由2.628t降为2.512t。因此，笔者相信，随着湿法磷酸生产工艺的不断改善，硫酸用量也会逐步下降，磷酸生产效益也会再上一个台阶。
参考文献：
[1] 韩喜超.二水法磷酸生产降低硫酸消耗的几点措施[J].磷肥与复肥，2009年01期
[2] 雷武.探讨湿法磷酸生产中节约硫酸的途径[J].磷肥与复肥，2001年04期