磷酸、磷铵生产简介

磷酸、磷铵生产简介

一、生产方法：

1、磷酸：分为热法和湿法两类。

热法磷酸是将磷矿石在石英存在下，在电炉中用焦炭还原，磷矿还原后得到的元素磷升华成蒸汽状态逸出，再将元素磷燃烧使之氧化成为五氧化二磷，用水吸收并水解成磷酸的方法，主要有完全燃烧法（又称一步法）、液态磷燃烧法（又称二步法）、优先氧化法、水蒸汽氧化黄磷法、窑法磷酸（美国西方化学研究公司为进一步减少电耗，研究在以油燃料的旋转窑中(而不是在电炉中)用磷矿石、焦炭和硅石的混合物生产热法磷酸(简称KPA)。）等生产方法，但真正实现工业化的只有液态磷燃烧法。

湿法磷酸从广义上说是指用酸（硫酸、硝酸、盐酸等）分解磷矿制成磷酸的方法，所用酸主要为硫酸，根据硫酸分解磷矿生成不同水合结晶形态的硫酸钙分为二水物法、半水物法、无水物法等生产方法。湿法磷酸在国内主要是指二水物法磷酸，生产能力约占湿法磷酸总能力的90%以上。

湿法磷酸设备简单，生产成本低，能耗较低；加工时可回收磷矿中的铀、钒、镧、镱等稀有元素和稀土元素。但对矿石品位要求较高，而且磷酸浓度低(含P2O528%～32%)。杂质高，必须精制和浓缩。它主要用于制造磷肥和工业磷酸盐。而热法磷酸浓度高，纯度好，而且不随矿石的杂质变化而变化，但能耗高，投资和生产成本较高。主要用于制造高纯度的工业磷酸盐以及用于医药、食品和无氟饲料添加剂等。因此，具体建厂和定点时，应根据当地的磷矿资源、能源、生产技术和经济能力等实际情况，进行全面分析，综合平衡，科学决策，选择最佳的方法和工艺流程，以期获得较好的经济效益、社会效益和环境效益。

2、磷铵：分为传统法与料浆法两类。传统法是将含P2O5大于40%的磷酸用

氨预中和后再转鼓氨化造粒，或使浓磷酸在管式反应器中直接氨化得到磷铵料浆再于转鼓中造粒，最后经干燥而得到产品，这种用浓缩磷酸生产磷铵的方法称为传统法。传统法对磷矿品位的要求较高，同时生产的产品品位也较高。

料浆法是将稀酸先与氨中和反应，制得稀中和料浆再进行料浆的蒸发浓缩，除去物料中的大部分水分后用于喷雾干燥制粉状磷铵或喷浆造粒制粒状磷铵。料浆法对磷矿品位的要求较低，同时生产的产品品位也较低。

二、生产综述：

（一）、磷酸：

1、流程简述：原料是磷矿与硫酸，制取时在反应槽中加入硫酸与矿浆，反应后生产成磷酸与二水硫酸钙。反应完成的料浆送至过滤机上（转台、带式）进行液固分离。得到成品稀酸，固体石膏经洗涤后送至渣场堆存。成品稀磷酸用于生产化肥（主要用途）。

2、反应原理：Ca5F(PO4)3+5H2SO4+5nH2O=3H3PO4+5CaSO4·nH2O+HF

分两步：第一步是磷矿和循环料浆(或返加系统的磷酸)进行预分解反应,磷矿首先溶解在过量的磷酸溶液中生成磷酸一钙：Ca5F(PO4)3+7H3PO4=5Ca(H2PO4)2+HF

预分解的目的是防止磷矿与浓硫酸直接反应，避免在磷矿粒子表面生成硫酸钙薄膜而阻碍磷矿的进一步分解，同时也有利于硫酸钙过饱和度的降低。

第二步即生成的磷酸一钙料浆与稍过量的硫酸反应生成硫酸钙结晶与磷酸溶液。

5Ca(H2PO4)2+5H2SO4+5nH2O=10H3PO4+5CaSO4·nH2O

硫酸钙可以三种不同的水合结晶形态从磷酸溶液中沉淀出来，其生成条件主要取决于磷酸溶液中的磷酸浓度、温度以及游离硫酸浓度。因此根据生成条

件的不同，可以生成二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）、半水硫酸钙（CaSO4·½H2O）和无水硫酸钙（CaSO4）三种，相应地生产上三种基本方法即为二水物法、半水物法和无水物法。

3、各岗位操作控制基本要点：

（1）、原料、制浆：确保磷矿浆细度、水份

（2）、萃取：主要负责硫酸与磷矿浆的反应及各种指标的控制，以获取较高的萃取率。

①、液相SO3浓度：它代表液相中游离硫酸含量，是湿法磷酸生产中最重要的操作控制指标，实践证明它对磷矿分解、硫酸钙结晶核生成、晶体的成长、晶体外形结晶转化及HPO42-在晶格上取代SO42-均有很大影响。液相SO3浓度过低会使硫酸钙结晶成为难于过滤、洗涤的薄片状；适当提高SO3浓度能减少硫酸钙结晶中HPO42-对SO42-的取代作用，从而减少“共晶磷”的损失，同时还会增加磷酸铁在硫磷混酸中的溶解度，减少磷酸铁沉淀析出造成的P2O5损失；但过高的SO3浓度也是不行的，不但增加了硫酸的消耗，降低了产品磷酸的纯度，而且还会使晶形变坏或导致磷矿产生“包裹”现象，从而降低了磷矿的分解率，使磷的回收率相应降低。一般情况下SO3浓度控制范围大致为0.03～0.05g/ml，但磷矿中杂质（主要指铁、铝、镁）含量愈高时，相应的SO3浓度范围也愈高。

②、反应温度：提高反应温度能加快反应速度，提高分解率，降低液相粘度，减少离子扩散阻力；同时由于溶液中硫酸钙溶解度随温度的升高而增加并相应地降低过饱和度，这些都有利于生成粗大晶体和提高过滤强度。但过高的温度不但对材质要求提高，而且会导致生成不稳定的半水物甚至生成一些无水物，使过滤困难。而且多数杂质的溶解度将随温度的升高而加大，势必影响产品的质量，同时高温条件将增大硫酸钙及氟盐的溶解度，这些钙盐及氟盐在磷

酸温度降低的情况下会从溶液中析出，严重时甚至会堵塞过滤系统的磷酸通道，从而缩短清理周期。因此二水物流程的温度一般为75～85℃。反应温度的控制生产上都是采用料浆冷却的方式来实现的，一般有真空冷却和鼓风冷却两种，现有装置采用强制鼓风冷却方式。

③、液相P2O5浓度：即磷酸浓度，提高磷酸浓度可节约浓缩部分能耗，从而提高经济效益，但是提高磷酸浓度后也会带来以下不利影响：a、增加磷酸粘度，降低离子扩散速度，不但降低了反应速度而且使硫酸钙结晶变得细小；b、对SO3浓度的控制要求更高；c、延缓半水物到二水物的转化过程，浓度过高时甚至会导致生成半水物，给生产过程造成困难。适当降低浓度虽然增加了浓缩部分的能耗，但可使硫酸钙结晶变得粗大，工艺指标的操作范围变宽，同时还可减少氟硅酸盐沉淀和堵塞滤布的程度。现有装置实际控制范围为18～21%。磷酸浓度的调节方法生产上多采用调节返回稀磷酸的浓度与用量来实现，其实质是调节滤饼的洗水量。

④、料浆液固比：是指料浆中液相（磷酸溶液）对固相（磷石膏）的质量比，它代表了反应料浆中固体物料的浓度。液固比过低（即料浆中固相物含量过高）时，会使料浆粘度增高，不利于搅拌与输送并使反应速度降低，对磷矿的分解和晶体长大都不利。过高的固相含量，还会增大晶体和搅拌桨叶的碰撞几率，从而增大二次成核量并导致结晶细小。提高液固比虽然可以改善操作条件，有利于磷矿的分解与硫酸钙的结晶，但却要降萃取槽的生产能力或缩短反应时间。一般情况下控制范围为2.5～3:1。计算公式为S＝r(2.32-R)/(R-r)2.32 式中：S—料浆液固比；R—料浆密度（g/cm3）；r—磷酸密度（g/cm3）；2.32—二水磷石膏密度（g/cm3）。

⑤、回浆：也称循环料浆，系将大量料浆返回萃取槽加矿区（Ⅰ区）进行