湿法二水—半水法制磷酸工艺流程

湿法二水—半水法制磷
酸工艺流程
SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
1 磷酸装置工艺流程
工艺流程介绍
采用“湿法二水—半水法制磷酸”工艺，主要包括原料处理工段、磷酸生产和两水磷石膏转化3个工段，工艺流程简述如下：
1、原料处理
磷矿石经鄂式破碎机破碎至粒度达到3~13mm后，由裙边胶带输送机、圆盘喂料机送至碎矿贮斗经计量后喂入球磨机内，与工艺水混合，研磨成含水约22%的磷矿浆。

出磨矿浆经滚筒筛去除粗粒子后在矿浆池暂存，然后由矿浆泵送入磷酸装置作为原料用；粗粒子返回碎矿贮斗循环使用。

部分磷矿浆去饲钙装置用于脱硫用。

鄂式破碎机上方设置集气罩，粉尘收集后送袋式收尘器除尘，除尘后的废气（G
1-1
）经1#排气筒（H=15m）排放。

2、磷酸生产
①反应部分
来自原料工段的磷矿浆由矿浆泵送到两级串联二水萃取反应槽的一级反应槽中，在进入反应槽前磷矿浆计量其流量和密度，以维持磷矿浆加料量的恒定。

来自硫酸装置的93%的浓硫酸（不足部分外购）计量后，送到二级串联二水萃取反应槽的一级反应槽中，同时加入下步回用的含磷酸的过滤酸、洗涤酸。

各类物料在
反应槽中进行化学反应，硫酸分解磷矿石生成二水合结晶硫酸钙（CaSO
4·2H
2
O）和稀
磷酸。

反应方程式为：
Ca
5F(PO
4
)
3
+ 5 H
2
SO
4
+ 2H
2
O == 3H
3
PO
4
+ 5 CaSO
4
.·2H
2
O + HF↑
为避免反应生成的硫酸钙在磷矿颗粒表面形成膜层，阻碍反应继续进行，反应过程是分成两步进行：第一步是磷矿溶解在磷酸中生成磷酸一钙；第二步是硫酸与磷酸一钙反应生成磷酸和硫酸钙，反应方程式为：
Ca
5F(PO
4
)
3
+ 7 H
3
PO
4
+ 2H
2
O == 5 Ca(H
2
PO
4
)
2
+ HF↑
5Ca(H
2PO
4
)
2
+ 5 H
2
SO
4
+ 2H
2
O == 10 H
3
PO
4
+ 5 CaSO
4
.·2H
2
O
反应过程中生成的含氟气体（G 1-2），经微负压系统送入反应尾气洗涤系统采用文丘里洗涤器（采用水作为洗涤溶液）净化处理。

洗涤水循环使用，增加至一定浓度后回用到车间滤布洗涤水槽，作为滤布冲洗水用。

洗涤后的废气经2#排气筒（H=30m ）排放。

磷矿石中通常伴生一定量的碳酸盐矿物，反应过程中会被硫酸分解而逸出少量CO 2气体，反应方程式为：
CaCO 3+H 2SO 4→CaSO 4·nH 2O+H 2O+CO 2↑
CaCO 3-MgCO 3+2H 2SO 4→CaSO 4·nH 2O+MgSO 4+2H 2O+2CO 2↑
磷矿石中的钙、铁、镁、铝等主要杂质，与硫酸发生如下副反应：
CaF 2 + SiO 2 === CaSO 4 + 2HF 6HF + SiO 2 === H 2SiF 6 + 2H 2O 3SiF 4 + 2H 2O === 2H 2SiF 6 + SiO 2 CaCO 3 + H 2SO4 === CaSO 4 + CO 2 + H 2O H 2SiF 6(+热量+H 2SO 4) === SiF4 + 2HF
Fe 2O 3(或Al 2O 3) + 2H 3PO 4 === 2FePO 4(或AlPO 3) + 3H 2O Na 2O(或Ka 2O) + H 2SiF 6 === NaSiF 6(或K 2SiF 6) + H 2O
②闪蒸冷却部分
由于放热反应产生的热量使反应料浆温度升高，为使温度维持稳定，以保证二水硫酸钙结晶，反应料浆采用真空闪蒸冷却完成。

需冷却的物料经第二级反应槽抽出后，送入闪蒸冷却器分离，冷凝后的物料经泵返回一级反应槽。

闪蒸室顶部气体进入气液分离器，分离液体返回一级反应槽，气体（G 1-3）送入闪蒸尾气洗涤塔。

采用循环水对闪蒸尾气喷淋洗涤净化，净化后的气体由水环式真空泵抽出后排放。

水环式真空泵采用一次水作为补充水，排放的废液送入车间滤布洗涤水槽，作为滤布冲洗水用。

萃取反应生成的磷酸和硫酸钙结晶混合料浆，经二级反应槽抽出后泵送入二水料浆离心机分离。

分离得到的液相即为磷酸中间体，收集在滤洗液中间槽，部分作为中间产品泵送入车间设置的两个磷酸贮槽暂存，分别去磷铵装置和饲钙装置的磷酸中间槽作为原料用；部分和洗液作为送入下步半水转化槽用，以保证转化槽内有足够的液
相调节反应所需磷酸浓度。

固相为二水硫酸钙结晶（磷石膏），去下一步二级串联的
转化槽进行转化。

3、二水石膏转化与烘干处理
二水石膏转化采用硫酸、磷酸混合反应的方式进行。

上步离心分离得到的固相物料（磷石膏）进入二级串联的一级转化槽，在外加的
硫酸和适量回用的磷酸存在下，反应转化为半水物硫酸钙。

反应中产生的少量含氟气
体（G
），经微负压系统送入上步工序设置的含氟反应尾气洗涤系统，采用文丘里洗1-2
涤器净化处理后由2#排气筒排放。

出转化槽的半水物硫酸钙料浆进入带式过滤机进行过滤分离。

采用四级串联洗涤
的方式进行，回收滤饼中的可溶性磷酸。

过滤酸（滤液）、洗涤酸（一洗液）返回磷
酸工段反应槽使用，二洗液和洗涤液均循环使用。

四级洗涤液均进行气液分离，产生
的过滤尾气（G
）经微负压系统送入过滤尾气洗涤塔，采用循环水喷淋洗涤净化。

净1-4
化后的气体经水环式真空泵抽出后排放，洗涤废液送入过滤地下水槽、车间滤布冲洗
水槽作为压滤机滤布冲洗水使用。

水环式真空泵采用一次水作为补充水，排放废液同样送入过滤地下水槽、车间滤
布冲洗水槽作为压滤机的滤布冲洗水用。

分离得到的半水固相磷石膏由胶带输送机送至磷石膏暂存场储存，然后由磷石膏
综合利用装置作为生产原料联产硅酸盐矿渣和硫酸产品。

车间内各类液体物料的加料、转料均采用泵；反应尾气、烘干尾气输送采用尾气
风机形成负压系统进行，闪蒸尾气、过滤尾气输送采用水环式真空泵形成真空进行。

磷酸装置工艺流程见图2-8。

2饲料级磷酸氢钙（DCP）装置工艺流程
工艺流程介绍
采用“硫酸湿法磷酸法”工艺，主要包括净化脱硫、净化脱氟、中和离心烘干和母液中和沉淀处理4个工段，工艺流程简述如下：
1、净化脱硫
来自磷酸装置的磷酸中间体，进入脱硫槽利用磷矿浆进行脱硫，脱硫后物料再加入絮凝剂通过沉降槽进行分离，磷酸进入下工序，分离出的脱硫稠浆通过料浆地槽返回磷酸车间使用。

脱硫反应方程式为： Ca
5F(PO
4
)
3
＋5H
2
SO
4
＝5CaSO
4
＋3H
3
PO
4
+HF
Ca
5F(PO
4
)
3
＋7H
3
PO
4
＝5Ca(H
2
PO
4
)
2
＋HF
CaCO
3＋2H
3
PO
4
＝Ca(H
2
PO
4
)
2
＋CO
2
↑＋H
2
O
2、净化脱氟
采用两段脱氟，分别采用碳酸钙浆、石灰乳溶液进行。

①一段脱氟（采用碳酸钙溶液）
脱硫后磷酸首先进入1#溶解槽，与下步分离来的脱氟稠浆进行反应，利用磷酸的酸性溶解脱氟稠浆；然后物料转入2#溶解槽，加入部分一次工艺水及回用水稀释磷酸浓度至10%，转入1#脱氟槽、2#脱氟槽，分别加入碳酸钙浆和少量石灰乳溶液进行一段脱氟反应。

一段脱氟反应后的物料送入隔膜压滤机固液分离；压滤清液进入二段脱氟工序，固相为副产的肥料级磷酸氢钙，主要含有磷酸原料中90%以上的氟、铁、铝以及重金属（砷等）等有害杂质，外售处理。

压滤机采用一次水进行洗涤，洗涤废水含有少量物料，返回溶解槽使用。

②二段脱氟（采用石灰乳溶液）
一段脱氟后清液转入二段脱氟槽内加入石灰乳溶液，进行二段脱氟反应。

反应完成后物料再进入1~5#沉清池进行分离，脱氟清液进入下步反应工序，分离出的脱氟稠浆返回一段脱氟工序使用。

通过二段脱氟工序可将一段脱氟净化后磷酸中残余10%的氟、铁、铝以及重金属（砷等）等有害杂质以沉淀形式析出进入脱氟稠浆中，达到彻底净化目的。

净化脱氟反应方程式：
H 3PO
4
＝ H＋＋H
2
PO
4
－ H
2
PO
4
－＝H＋＋HPO
4
2－
H 2SO
4
＝2H＋＋SO
4
2－HF=H+＋F-
2H＋＋CaCO
3＝Ca2+＋H
2
O＋CO
2
↑ 2H＋＋Ca(OH)
2
＝Ca2+＋2H
2
O
Ca2+＋2F-＝CaF
2↓ Ca2+＋SO
4
2－＝CaSO
4
↓
Al3＋＋PO
43－＝AlPO
4
↓ Fe3＋＋PO
4
3－＝FePO
4
↓
3、中和离心烘干
二段脱氟处理后磷酸送入1~4#中和槽中与石灰乳进行反应，反应后的上层清液含有少量磷元素转入5#中和槽，进行沉淀处理。

下层中和料浆进入卧式离心分离机进行固液分离，离心液含有少量磷元素，同样转入5#中和槽，固相物料为含水率25%左右的湿品，进入烘干工段处理。

物料烘干采用气流管式干燥机，利用热风炉提供的热风作为烘干热源，在尾气风机形成的负压作用下通过与物料直接接触，将物料干燥至水分<3%。

烘干后物料经旋风分离，即可得到合格的饲料级磷酸氢钙成品；烘干尾气（G
2-1
）经“旋风+布袋除尘二级除尘”+“石灰乳水膜脱硫”处理后由3#排气筒（H=30m）排放。

4、母液中和沉淀处理
上述两部中和、离心分离出的母液进入5#中和槽，加入石灰乳进行中和反应回收物料，母液中含有的磷酸生成磷酸氢钙沉淀；中和处理后物料再进入2~3#沉降槽，加入适量的PAM絮凝剂进行沉降，有用物料得到沉降分离。

沉淀物料转入卧式离心机进行离心分离，从而再进入产品。

5#中和槽作为饲钙装置配套的废水处理装置使用，处理后的出水主要回用于石灰乳溶液的配制使用，多余部分作为饲钙装置脱氟工艺水补水。

反应方程式如下： H
3PO
4
＝ H＋＋H
2
PO
4
－ H
2
PO
4
－＝H＋＋HPO
4
2－
2H＋＋Ca(OH)
2＝Ca2+＋2H
2
O
Ca2+＋HPO
42－= CaHPO
4
↓
车间内各类液体物料的加料、转料均采用泵；烘干尾气输送采用尾气风机形成负压系统进行。

磷酸装置工艺流程见图2-9。

磷矿浆
图2-9 饲料级磷酸氢钙工艺流程图
磷酸装置来32%磷酸
絮凝剂
石灰
3磷酸二铵（DAP）装置工艺流程
工艺流程介绍
采用“料浆浓缩法工艺”制磷铵、“喷浆造粒工艺”制取粒状产品，主要包括中和浓缩和喷浆造粒两个工段，工艺流程简述如下：
1、中和浓缩
液氨经液氨蒸发器成气氨，经气氨缓冲罐进入中和槽。

来自磷酸装置的稀磷酸经磷酸计量槽计量后，由加料泵送至中和槽和氨反应生成磷酸二铵料浆。

反应方程式： H
3PO
4
+NH
3
→NH
4
H
2
PO
4
NH
4
H
2
PO
4
+NH
3
→（NH
4
）
2
HPO
4
反应后的料浆溢流入料浆收集槽后，进入双效逆流蒸发浓缩系统进行蒸发浓缩。

料浆首先利用加料泵送入Ⅱ效蒸发系统的闪蒸室，随同循环料浆在系统内借料浆循环泵进入Ⅱ效闪蒸室作强制循环蒸发。

初步浓缩的料浆用Ⅱ效循环泵送入Ⅰ效蒸发系统再次浓缩，然后溢流至浓缩料浆收集槽。

Ⅰ效蒸发系统的热源采用硫酸钾项目锅炉车间提供的蒸汽，浓缩料浆所产生的二次蒸汽作为Ⅱ效蒸发器热源。

Ⅱ效闪蒸室顶部排出的蒸汽在混合冷凝器中采用循环水直接逆流冷却，冷却水与Ⅱ效加热器的冷凝水一同经过液封槽排至循环水池，然后回用到磷酸装置作为过滤机洗水，循环利用；Ⅰ效加热器的蒸汽冷凝水回收后，返回锅炉车间循环使用。

2、喷浆造粒
浓缩后的料浆用料浆泵送往喷浆造粒干燥机进行造粒、干燥，热源来自热风炉的热空气，将物料干燥至水分<%。

由喷浆造粒机干燥尾部出来的磷酸二铵，经振筛网筛分出大颗粒后，进入着色机进行着色处理。

大颗粒物料经笼式破碎机破碎后返回造粒机进口循环使用；着色后物料经带式冷却机冷却后，经成品提升机送入成品料斗，包装后送往成品库储存。

喷浆造粒干燥机尾气（G
3-1
）经文丘里洗涤塔（采用稀磷酸作为洗涤溶液）洗涤净化，洗涤后废气经尾气风机送入4#排气筒（H=35m）排放；洗涤用的磷酸返回中和工序使用。

车间内各类液体物料的加料、转料均采用机泵；造粒干燥尾气的输送采用尾气风机形成负压系统进行。

磷酸装置工艺流程见图2-10。

4磷石膏分解装置工艺流程
工艺流程介绍
采用“新型干法回转窑”工艺，主要包括原料的储存与输送、原料烘干、生料配制与均化、煤粉制备、石膏分解、矿渣烧成与冷却等工段，工艺流程简述如下：
1、原料的储存与输送
①露天堆场
磷酸装置副产的磷石膏废渣和硫酸钾项目产生的锅炉灰渣、外购粘土、铝矾土及焦碳等，均储存于联合储库卸料坑内。

生产用煤在露天堆场利用破碎机破碎，破碎后由皮带机输送至联合储库储存。

破碎机上方设置袋式收尘器，以收集处理产生的粉尘废气。

②联合储库
厂内设置一座30×60m的联合储库，储存磷石膏、粘土、铝矾土、焦碳、煤等物料。

考虑物料化学成份的波动，库内设置1台10t电动桥式抓斗起重机，用于分批卸料、分层堆放及搭配使用，同时起到预均化的作用。

各种原料均由桥式抓斗起重机抓入吊车库内的喂料仓，在各自喂料仓下设板式喂料机，用皮带机送入烘干等车间。

2、原料烘干
含水15%左右的的磷石膏原料和粘土、铝钒土、焦炭由皮带机送入烘干车间分别烘干处理，利用一台Φ×28m回转式烘干机烘干磷石膏，由高效节能型沸腾炉燃烧煤粉提供热源。

磷石膏经烘干脱水后，由链钩输送机、提升机送入圆库内储存。

磷石膏烘干机排放废气经布袋除尘后，再经水洗塔洗涤，净化后的烘干尾气）由5#排气筒（H=40m）排放。

水洗塔洗涤液循环使用，循环到一定浓度后排（G
4-1
至磷酸装置作为过滤机洗水用。

布袋除尘器收下的石膏粉尘送入烘干石膏圆库储存。

粘土、铝钒土、焦碳等辅料一般不进行烘干处理，设置一台Φ×14m烘干机作为在极端天气情况下使用，辅料烘干尾气（G
）经“布袋除尘器”处理后由6#排
4-2
气筒（H=30m）排放。

3、生料配制与均化
烘干石膏、粘土、铝钒土、焦碳等原料分别储存于圆库中，库底采用定量给料称配料计量。

通过生料质量控制系统，粘土、铝钒土、焦碳等辅助原料按一定配比加入库底链钩式输送机中，先由提升机送入Φ×6m球磨机中粉磨，粉磨后的物料经链钩输送机送入混合器中。

生料粉磨废气（G
4-3
）经布袋除尘器除尘后由7#排气筒（H=35m）排放。

烘干石膏不经粉磨，直接与磨制合格后的辅料按一定配比在混合器中混合，然后由链钩输送机、提升机送入Φ7×17.5m生料圆库中进行均化并储存。

出库生料经库底流量控制阀、链钩输送机、提升机送至生料入窑系统的喂料仓。

为防止窑灰掺入不均匀，窑尾收尘器收集的窑灰由气力输送泵送到圆库中储存，作为生料的一个组份，同其他原料一起经库底配料混合后，再进行均化。

4、生料分解、矿渣烧成与冷却
采用Φ3×101m带二级旋风预热器回转窑。

回转窑窑尾设生料称重仓，均化好的生料由流量计准确计量后，由提升机、螺旋输送机送入回转窑窑尾旋风预热器系统的第二级旋风预热器的排气管内，经撒料板分散后被热气流携带到第一级预热器内进行气固换热和分离，气体由出风管经引风机排出、经电收尘器除尘后进入硫酸生产装置；固体则进入窑尾的排气管内，被窑气携带到第二级预热器内进行气固换热和分离，气体由出风管进入第一级预热器，预热后的固体进入回转窑内进行分解、煅烧。

反应方程式：
2CaSO
4 + C========= 2CaO + 2SO
2
↑+ CO
2
↑
生成的CaO与物料中的SiO
2、Al
2
O
3
、Fe
2
O
3
等进入烧成带，发生矿化反应，形成
硅酸盐矿渣。

反应方程式：12CaO + 2SiO
2 + 2A1
2
O
3
+ Fe
2
O
3
=== 3CaO?SiO
2
+ 2CaO?SiO
2
+ 3CaO?A1
2O
3
+ 4CaO?A1
2
O
3
?Fe
2
O
3
出窑硅酸盐矿渣直接入Φ2×22m的单筒冷却机，冷却后由链斗输送机送入2座Φ7×矿渣圆库储存。

900~1200℃
生成的含SO
的窑气自窑尾依次经第二、一级旋风预热器与加入的生料逆流接
2
触进行热交换，然后自第一级旋风预热器排出，由热引风机经电收尘器除尘后，送入硫酸生产装置作为原料，电收尘装置收集的窑灰送窑灰库储存。

窑头喷煤采用多通道喷煤器。

回转窑烧成带筒体冷却、窑头窑尾密封及冷却机密封装置冷却均采用鼓风冷却。

5、煤粉制备
煤粉生产能力为6t/h，采用Φ×3m风扫磨。

原煤由联合储库用皮带输送机送入煤粉车间，鼓风机空气经热风炉加热后，鼓入煤磨中。

原煤在煤磨内烘干、粉磨后，煤粉随空气进入粗分离器、细分离器。

粗分离器分离下的粗粉返回煤磨，细分离器收下的煤粉送入煤粉仓，制备的煤粉供磷石膏分解回转窑使用，煤粉计量采用计量精度较高的调速螺旋电子称。

煤粉）经布袋除尘器除尘后由8#排气筒（H=30m）排放，袋除尘器收集的
制备废气（G
4-4
煤粉送入煤粉仓。

磷酸装置工艺流程见图2-11。

5硫酸装置工艺流程 工艺流程介绍
采用“静电除尘、冷却塔+洗涤塔+电除雾封闭稀酸洗涤净化、两转两吸工艺”，主要包括原料气体的净化、两次转化和两次干吸等工段，工艺流程简述如下：
1、气体净化
磷石膏分解装置来的窑炉尾气首先利用三电场静电除尘器进行除尘，然后进入冷却塔喷淋冷却。

冷却塔为空塔，喷淋约8%的稀硫酸进行冷却及脱氟除尘处理；窑气在空塔中经绝热蒸发冷却至到一定温度后进入洗涤塔。

洗涤塔为填料塔，采用
G 4-1
约%的稀硫酸进行喷淋洗涤，以进一步除去窑气含有的粉尘、氟气等杂质。

洗涤塔出口气体经电除雾器去除酸雾后送入干吸工段干燥塔。

冷却塔用的循环稀酸采用板式换热器进行冷却，多余的循环酸由冷却塔塔底引出后送入沉清器沉降，清液返回冷却塔使用，中间部分送入脱吸塔，脱吸塔脱出的含SO 2气接至洗涤塔出口管道返回系统。

脱吸塔底稀污硫酸，含有脱出的氟化物及少量粉尘，返回磷酸装置循环使用。

冷却塔循环酸不足部分由洗涤塔循环槽补充，洗涤塔循环酸定期补充水分。

2、第一次转化
由净化工段来的SO 2气体首先进入干燥塔干燥，干燥塔为填料塔，顶部喷淋93%的浓硫酸以吸收去除窑气中的水份，气体出干燥塔水分含量小于100mg/Nm 3，然后进入SO 2鼓风机。

干燥塔循环酸吸收水分后流入干燥塔循环槽，再由干燥塔循环泵经板式酸冷却器冷却后入干燥塔循环使用。

为了维持干燥塔循环酸的浓度，从第二吸收塔串来部分98%的浓硫酸，使干燥酸循环槽中酸浓度维持在93%。

干燥后的窑气含SO 2约6%左右，经SO 2鼓风机加压后通过第Ⅲ换热器、第I 换热器加热到420℃。

然后进入转化器的第一段进行反应，采用五氧化二钒作为催化剂。

转化反应方程式：
2SO 2 + O 2 ==== 2SO 3 + Q
转化器第一段反应出口气体经第I 换热器降温至450℃后，进入转化器第二段继续反应。

二段出口气体经第II 级换热器降温至450℃后，进入转化器第三段继续反应。

三段反应后的转化率达到93%。

三段出口气体经第Ⅲ换热器降至180℃后，进入干吸工段的第一吸收塔进行第一次吸收。

3、第一次吸收
由第一转化工段来的含SO 3气体进入第一吸收塔，用98%的硫酸循环喷淋吸收，其反应反应式如下：
SO 3 + H 2O ==== H 2SO 4 + Q
吸收SO 3增浓后的硫酸流入第一吸收塔循环槽，由第一吸收塔循环泵经管壳式冷却器冷却后入第一吸收塔循环使用，多余部分的硫酸送至地下酸槽。

第一吸收塔
V 2O 5
循环槽中的硫酸浓度采用干燥酸循环槽串来的硫酸和加水维持在98%。

第一次吸收后的气体，送入转化工段继续进行转化反应。

4、第二次转化
第一次吸收后气体经第Ⅳ、第II级换热器加热至420℃后，进入转化器第四段继续进行第二次转化反应，二次转化后的总转化率达%。

四段转化器出口气体经第Ⅳ级换热器降温至180℃后，进入干吸工段第二吸收塔进行第二次吸收。

5、第二次吸收
气体进入第二吸收塔，用98%浓度的硫酸由转化工段第二次转化后来的含SO
3
循环喷淋吸收。

吸收SO
增浓后的硫酸流入第二吸收塔循环槽，由第二吸收塔循环泵经管壳式
3
冷却器冷却后入第二吸收塔循环使用，多余部分的硫酸串至干燥塔循环槽。

吸收塔循环槽中的硫酸浓度由第一吸收塔循环槽串来的硫酸和加水维持在98%。

第二次吸）经尾气吸收塔（石灰乳溶液循环喷淋）吸收处理后由10#排气筒
收后的尾气（G
5-1
（H=60m）排放。

产品93%硫酸由第一吸收塔循环泵打入成品硫酸贮罐，用泵送往磷酸二铵装置作为原料使用。

设置两个浓酸地下槽，做开车母液贮存和检修放酸用。

磷酸装置工艺流程见图2-12。

图2-12 硫酸装置工艺流程及产污环节图
7 项目总生产工艺流程
项目总体生产工艺流程见图2-14。

注：虚框内的高氮复混肥装置未建设
图2-14 项目总体工艺流程图。