磷酸联产石膏晶须的技术现状和工艺可行性分析(中阿公司)

磷酸联产石膏晶须的技术现状和工艺可行性分析

1概述

1.1项目提出的背景

磷肥生产的主要原料是磷矿和硫酸，随着我国磷肥工业的快速发展，不可再生的磷矿资源已经成为我国重要的战略性资源之一。我国磷矿资源比较丰富，已探明资源总量仅次于摩洛哥，位居世界第二位。目前我国探明具有经济价值的磷矿仅有40.5亿吨，可采储量21亿吨，平均P2O5含量为23％，每年以1亿吨的惊人速度下降，P2O5>30％的磷矿仅有11.1亿吨，而正是这些未经精选的富矿支撑着我国高浓度复合肥的发展，国土资源部早已将磷矿列为2010年后不能满足国民经济发展需要的20个矿种之一。总体上，我国磷矿资源具有以下几个主要特点：

一是储量较大，分布集中。我国探明的资源储量比较丰富，但大部分地区所需磷矿均依赖云、贵、川、鄂四省供应，从而造成了“南磷北运，西磷东调”的局面，给交通运输、企业原料供应、生产成本带来较大影响。

二是中低品位矿多，富矿少。我国磷矿品位较差，P2O5平均含量在17％左右，富矿磷矿石只有13.83亿吨，占磷矿石总量的约8.5％，并主要分布在云、贵、川、鄂四省。因此，我国大部分的磷矿必须经过选矿富集后才能满足磷酸和高浓度磷复肥生产的需求。

三是难选矿多，易选矿少。在我国磷矿探明储量中，沉积型磷块岩（胶磷矿）多，占全国总储量的85%，其大部分为中低品位矿石同时我国磷矿90%是高镁磷矿其矿石中有用矿物的粒度细，和脉石结合紧密，不易解离，

一般需要磨细到200目颗粒占90%以上才能单体解离。因此，我国磷矿是世界上难选的磷矿石之一。

四是矿床开采难度大。我国磷矿床大部分成矿时代久远，埋藏深，岩化作用强，矿石胶结致密，且约有75%以上的矿层为薄至中厚层分布，通过倾斜至缓倾斜方式采出。这种特征给磷矿开采带来一系列技术难题，往往造成损失率高贫化率高和资源回收率低等问题。

尽管我国近年来在选矿技术方面有很大的提高，很多20%以下的磷矿可以进行选矿，但倒运量大、磷收率低，成本较高，尾矿堆存困难、污水污染严重，选矿收率仅为85-90%，甚至更低。

直接利用低品位磷矿进行磷肥生产仍是最经济的方法，如低品位普钙、钙镁磷肥、钙磷钾肥是很好的产品，但由于产品总养分低、水溶磷含量低、耗酸（或耗能）高、运费高、使用不便、市场有限，而我国多年来一直研究开发的隧道窑、回转窑、立式窑、立式转窑等热法技术，能耗偏高，尾矿成分复杂、配比、烧结工艺条件难以控制，距技术成熟路途遥远。我国开发的湿法低品位磷矿利用技术也不经济，磷矿预处理技术对矿的活性要求很高，氯磷酸钙法为了脱出氯离子需要消耗石灰乳、使用有机萃取剂、副产低价值氯化钙，硝酸磷肥工艺磷矿要求高、脱钙能耗高、流程过于繁琐，重要的是湿法技术产生大量低品质石膏，因此无法实现大规模、低成本的工业化。所以目前低品位磷矿使用技术均不成熟或不经济，尚无大规模工业化的可行性。

我国主要采用的是湿法技术，一般采用硫酸法生产，副产大量的石膏难以利用，并造成严重的污染。我国磷石膏的排放量随着高浓度磷复肥产

量的提高而大幅度增加，环保压力也越来越大，目前，全世界每年排放磷石膏约1.2～1.4亿吨，我国约为3000万吨左右，占全球年排放磷石膏总量的21～25%。由于磷石膏中含有磷、氟、有机物等诸多有害杂质，使其性能劣化，从而增加了磷石膏的综合利用难度，目前国内磷石膏的利用率不到10%，因此搞好磷石膏的综合利用和无害化处理成为磷肥工业可持续发展的关键。目前我国正在推广的磷石膏制酸制酸能耗高、水泥质量差、经济性不过关；硫磺还原磷石膏制酸脂酸工艺尚处于实验室开发阶段，距离大规模工业化还有很长的路要走；磷石膏段烧制建筑材料由于产品质量差、与天然石膏（或脱硫石膏）竞争没有优势，且由于资源集中、地处偏僻运输成本高的地域限制消耗量不大；磷石膏加工硫酸铵仍然有碳酸钙废弃物，未能从根本上解决能耗高、污染重、经济效益差的问题，推广前景也不乐观；磷石膏回填技术需要中和游离酸、添加固化剂，成本和技术均不过关；常压酸化法磷石膏制石膏晶须工艺属于石膏的再加工，除了增加工序和成本外，由于杂质含量高，废水污染严重，与采用其他石膏生产石膏晶须也没有优势。

1.2项目的意义

我国磷资源丰而不富，可直接利用的高品位磷矿（＞30% P2O5）开采寿命10年左右，中品位磷矿（24%～30% P2O5）也不过30年左右，而低品位磷矿（14%～24% P2O5）可使用百年以上。我国现行的事发磷酸工艺，要求磷矿P2O5含量不低于30%，当P2O5含量低于25%时，就很难加工利用。而我国的磷矿资源中，85%以上的磷矿P2O5低于25%。我国的磷矿资源和我国的磷化工加工方式存在着严重的矛盾，特别是传统湿法磷酸中，用硫酸分解

磷矿生产磷酸的工艺方式，已经不再适应我国的磷矿资源现状。在我们这样的农业大国，磷产品需求量越来越大，这种矛盾日益加剧。近两年来由于高浓度磷复肥产量的增加，含量在30％以上的磷矿日趋紧张。因此，如何有效使用低品位磷矿资源成为我国磷矿产业可持续发展的重要途径。如果能避开上述低品位磷矿加工弊端，采用成熟的湿法技术生产磷酸，同时联产高品质的石膏晶须，则可以对低品位磷矿进行综合利用，降低生产成本、提高经济效益和社会效益，这就是本项目的出发点和意义所在。

2.0工艺技术分析

2.1目前硫酸钙晶须的技术路线

目前，国内外工业化的石膏晶须生产工艺主要以天然石膏为原料，主要有水热法和常压酸化法两种方法。水热法是将质量分数小于5％的二水石膏悬浮液加到高温耐压容器中处理，在饱和蒸汽压下，二水石膏变为细小针状的半水石膏，再经晶形稳定化处理，得到半水硫酸钙晶须，该方法原料质量要求高、生产成本高，应用受到限制。常压酸化法是指在一定温度下，高浓度二水石膏悬浮液在酸性溶液中可以转变成针状或纤维状半水石膏晶须。与水热法相比，此方法不需要高温耐压容器，且原料的质量要求低，易于降低成本，但需要外排大量酸渣、污染严重，发展前景一般。

另外，还有采用磷石膏、柠檬石膏、脱硫石膏、海盐卤水、造纸废液、芒硝法制造石膏晶须的研究和开发，但这些工艺路线都属于为了制造石膏晶须进行的石膏再加工，相对成本较高，废液污染严重。

2.2磷酸生产联产硫酸钙晶须工艺技术路线

采用磷酸萃取磷矿并加活性添加剂提高磷矿萃取速度和磷矿分解率，