磷酸工艺

磷酸工艺知识讲解

第一讲二水湿法磷酸工艺原理

一、湿法磷酸生产化学反应原理

1、反应方程式：

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4+ 5n•H2O = 5CaSO4•nH2O + 3H3PO4+ HF↑

磷矿石硫酸磷石膏(副产品) 磷酸(产品) 尾气

其中，未定变量n有三种值，分别为0、1/2、2，则对应的副产品也分为三种，分别为无水物、半水物与二水物。同时对应的生产方法也分别叫：无水法、半水法与二水法。在实际的国内乃至国

际工业生产中，二水法磷酸的生产工艺占80%以上。

2、二水法磷酸工艺原理：当n=2时，1中的方程式为：

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O = 5CaSO4•2H2O + 3H3PO4+ HF↑

3、硫酸分解中磷矿分两步完成

①磷矿首先被磷酸分解：

Ca5(PO4)3F+7H3PO4=5Ca(H2PO4)2+HF

② Ca(H2PO4)2与硫酸反应生成磷酸：

5Ca(H2PO4)2 + 5H2SO4 + 10H2O = 5CaSO4•2H2O + 10 H3PO4

由上可知，磷矿在反应槽中首先与槽内的磷酸反应，所以工艺上应将硫酸加入点放在磷矿加入

点的后面位置。

4、什么叫二水湿法磷酸工艺？

磷酸的工业生产方法分为热法生产与湿法生产两类。从广义上讲，凡是用酸分解磷矿制成的磷酸，称为湿法磷酸，通常用硫酸分解磷矿，所以上述用硫酸分解磷矿，且副产品是二水物的磷酸生产工

艺称为二水湿法磷酸工艺。

5、二水法工艺技术主要特点：（与半水法或其它方法相比较）

①流程简单、操作稳妥可靠；

②装置建厂数量最多，且单系列生产规模最大，居各种工艺之首；

③对磷矿适应性强，特别对我国磷矿品位低，杂质含量高的情况尤为适用；

④在较低的酸温和较低的酸浓度下操作，使得衬胶设备和不锈钢设备使用寿命延长；

⑤二水石膏过滤不受过滤机类型限制，转台式、翻盘式及带式均可使用；

⑥工业化磷酸装置P2O5收率一般在94%——96%之间。

二、湿法磷酸生产的原料

湿法磷酸生产的主要原料是磷矿与硫酸。两种原料所占费用约为生产成本的80%——90%。（一）硫酸。常用的硫酸浓度为93%——98%，我厂采用98%硫酸。在生产中，硫酸浓度应考虑两

种因素：水的平衡与反应温度。

附：磷酸生产中，影响水平衡的因素有：①磷矿P2O5含量；②成品磷酸浓度；③加入硫酸浓度；

④系统总的蒸发水；⑤磷石膏滤渣的游离水。

１

（二）磷矿：影响磷矿质量的因素：

1、品位，即P2O5含量。品位越高，越利于生产。实际上一般要求≥28%。

2、CaO含量（常用CaO/ P2O5表示）。CaO/ P2O5是决定硫酸单耗的主要因素。一份CaO要消耗

1.75份硫酸。CaO/ P2O5理论比值为1.31，超过该值则需要消耗额外的硫酸。一般要求CaO/

P2O5≤1.45～1.55。

3、MgO含量。MgO存在，①反应过程中使料浆粘度增大；②反应中中和部分H+，多消耗硫酸；

③使成品肥吸湿性增大，一般要求MgO/ P2O5≤0.05～0.1

4、倍半氧化物（／P2O5）含量。磷矿中的铁、铝、统称倍半氧化物，常用R2O3

表示。其对生产的影响：①干扰CaSO4结晶成长，但少量合适Al2O3/ P2O5比对结晶成长有利；

②生成相应磷酸盐沉淀，与磷石膏一起排出，造成P2O5损失；③生成淤渣给储存运输带来困

难；④堵塞滤布和滤饼孔隙使过滤困难，一般要求R2O3/ P2O5≤0.1

5、SiO2含量。①反应时生成的HF首先与SiO2作用生成氟硅酸，降低HF的强腐蚀性，有利于生

产；②过多的硅与磷石膏一起析出，增加过滤的负荷。

6、分散性泥质的含量。不参加反应，随磷矿石一起沉淀，过滤时易堵塞滤布，降低过滤速度。粒

径40μm下泥质危害最大，含量达4%——5%时过滤困难。

7、有机物含量。①生成泡沫，使反应、料浆输送、过滤困难；②形成细小碳粒易堵滤布。（附：2～7为杂质含量，其中3、4为有害杂质。磷矿中允许的杂质含量与P2O5含量有关，P2O5高的磷矿，相对可允许有较多的杂质，因此规定杂质含量用相对含量）。

三、结晶

生产中要求获得粗大、整齐、均匀的硫酸钙结晶。（目的）反应中，Ca2+与SO42—碰撞生成结晶，结晶的主要动力依靠系统中SO42—过量，形成过饱和状态。在恒定过饱和且过饱和又不大的等温结晶过程可以得到比较理想的结晶。

1、影响结晶的因素：

①液相SO3浓度；②反应槽中磷酸的浓度；③反应温度；④料浆中的固相含量（常用液固比表示）；⑤矿浆细度达到特定范围，太细，反应太快，形成大量小晶体，太粗，易造成包裹，都不利于结晶；⑥矿石中杂质的影响：a.铝有利于结晶，b.镁增大粘度，不利于结晶，c.SiO2可改变结晶习性，d.有机物，易生成泡沫，抵消搅拌效果，不利于结晶。(纯的石膏结晶为单晶系，相对密度为2.32。典型的晶体呈斜方形，其长度与宽度之比为2～3 ：1)。

2、二水湿法流程的P2O5损失五种原因：①洗涤不完全；②未被分解的磷矿；③磷酸盐沉淀；

④机械损失；⑤石膏晶间P2O5损失。

3、生产中用严格控制反应温度，加矿、加酸速度，加强搅拌并加大回浆的连续操作方式来有效控

制溶液的过饱和度，使二水物的结晶尽可能在初始过饱和度不大且过饱和度和温度都比较稳定的条件下进行，以便获得粗大、整齐、均匀的二水硫酸钙结晶。

四、工艺计算：

1、萃取率：表示磷矿分解程度的百分数，即反应中已分解的P2O5与磷矿中的P2O5比值，

公式表示：（1 －磷矿未分解的P2O5/ 磷矿中的P2O5）×100%

常用下面公式计算﹙1－石膏值×磷石膏中不溶磷／矿浆含量〕×100﹪

2、洗涤率：已被洗涤回收的P2O5与磷矿中的P2O5的比值，表示过滤系统的洗涤程度

２