湿法磷酸用矿质量评价

湿法磷酸用矿质量评价

磷酸是重要的中间产品，主要用于生产磷肥工业磷酸盐、饲料磷酸盐和食品磷酸盐等。磷酸有湿法磷酸及热法磷酸。湿法磷酸与相同质量的热法磷酸相比，其成本约低20 —25%，

能耗约低 20%。目前国内外多以磷矿和硫酸为原料生产湿法磷酸，因此磷矿石的质量是制取磷酸的关键因素，评价磷矿质量好坏有下列几方面。

1、磷矿的品位

磷矿的品位是指磷矿中 P2O5 的含量，我国习惯以 P2O5 计。国际上则常用磷酸三钙

（Triphos phate of lime,简称 TPL）和骨质磷酸盐（Bonephos phateof lime,简称 BPL）来表示含量，它们的关系是：

80%BPL=80%TPL=36.6% P2O5=16%P;

按上述关系换算则有：

P2O5 x 2.185=BPL=TPL 或 BPL x0.485= P2O5.

此外，我国经常将P2O5含量为30%的矿石称为标矿。用于湿法磷酸的磷矿，一般情况下是希望力求提高P2O5的品位。然而，受矿石类型、杂质含量、选矿难易程度和后续产品方案等条件的制约，故而其含量要求也有所不同。如当生产普钙时，制肥原料矿石中的円05含量要根据最终普钙产品所要求的最低P2O5含量而定。对于湿法生产高浓度磷肥时，在原料其它

杂质的含量（如：MgO、R2O3、SiO2等）不超过允许范围条件下，其 p2O5含量随加工方法不同而有相应要求。

对于湿法磷酸生产，磷矿品位高低主要影响经济效益。品位越低，生产单位质量P2O5的

经济效益也越低，例如反应槽的容积利用系数，过滤机的生产强度将降低，这样工厂的产量将降低。

在磷酸生产中，磷酸P2O5的品位是决定系统水平衡的重要因素，当生产磷酸浓度恒定时，磷矿品位越低，按物料平衡计算允许加入过滤系统的洗涤水量也愈少，废渣的洗涤程度就会受到影响。当洗涤水量减少到一定限度，不足以洗净滤渣中游离磷酸时，就只能降低生产磷酸的浓度，其结果将使以后的料浆浓缩或磷酸浓缩装置生产能力降低。由此可知，磷矿品位愈高，设备生产强度就愈大，产品质量和经济效益也愈好，这就是化工生产中强调的“精料政策”。

但是应该看到：对磷酸中P2O5含量要求过高，则必然导致选矿生产中的选矿比增加，而

选矿回收率相应地有所下降，这就直接影响到选矿生产的经济效益和国家强调的提高资源利用率的政策。加之我国磷矿资源中，大部分是含有害杂质较高而又难于富集的中低品位胶磷矿。因此我们在确定用于湿法磷酸生产的磷矿石的P2O5含量高低时，在必须全面综合考虑选矿——制酸全过程的最大经济效益和社会效益时，更应重视研究，改进选矿技术，为湿法制酸提供优质磷矿石。

2、磷矿中有害杂质含量磷矿中含有多种杂质，如铁、铝、镁、锰、钒、锶等金属离子，有的还含有少量反射性元素铀、钍及少量稀土金属铈、镧、镱的化合物，在酸根离子中则有碳酸盐、硅酸盐（或

SiO2），氟根（有时氟全部或部分为氯或碳酸根所代替）和硫酸盐及有机物等。这些杂质在湿法

磷酸及酸法磷复肥的加工中，一般均会增加酸的消耗，降低产品质量和增加产品成本，还使生产装置的生产能力下降，设备材料的腐蚀或磨蚀加剧，降低设备开车率。在湿法磷酸生产

中如果有害杂质含量太多，还会使磷酸的反应过程及硫酸钙的结晶过程不能正常进行，甚至有可能根本生产不出磷酸。即使生产出磷酸，也由于含杂质过多而无法浓缩（包括料浆浓缩和磷酸浓缩）或加工利用。

磷矿中杂质种类虽然很多。但影响较大的通常是铁、铝、镁三种，其次是碳酸盐、有机物、分散性泥质和氯等。

①磷矿中的CaO含量（以CaO/ P2O 5 比值反映）。磷矿中CaO含量是决定湿法磷酸生产中硫酸消耗量的关键。 CaO/ P2O5 比值决定了生产单位质量 P2O5 所消耗的硫酸量。在磷矿 P2O 5 含量一定的情况下，CaO含量愈高，硫酸消耗量愈大（一份CaO要消耗1.75份硫酸）。同时， CaO 含量升高，石膏值增大，过滤负荷相应增大，单位面积过滤设备的P2O5 生产能力下降。

因此，要求CaO/ P2O5比值接近纯氟磷灰石 Ca5F（PO4）3中CaO/ P2O5的理论比值，其质量比为

1.31，摩尔比为 3.33，不宜超过太多，一般控制在 1.45以下，因为超过此值，需要消耗额外的硫酸。在湿法磷酸生产中，硫酸所占费用约为直接成本的一半。所以这是一个十分重要的技术经济问题。中国磷矿的CaO/ P2O5比值较高，这是由于磷矿中常伴生着白云石、石灰

石等碳酸盐附生矿物，难以用一般的选矿方法除去。除去磷矿中多余的CaO是湿法磷酸生产

中一项急待解决的重要问题。

②磷矿中的倍半氧化物R2O3含量。倍半氧化物是指磷矿中铁、铝氧化物的含量，常以 R2O3 （R代表Fe与Al，即Fe2O3+AI 203）表示。铁和铝主要来自粘土，通过筛选、磁选可以除去大部分。湿法磷酸生产中，铁和铝不仅干扰硫酸钙结晶的成长，还使磷酸形成淤渣，尤其

是在浓硫酸中更为严重。磷矿与酸反应生成非水溶性的FePO4 x 2H2O,AIPO4 X 2H2O,其沉淀

或随石膏排除都将使 p>O5遭到较大损失，常称“退化”或“退肥”作用。生成铁和铝的复杂磷酸盐结晶细小，不但增加溶液和料浆的粘度而且容易堵塞滤布和滤饼孔隙；在运输中析出淤泥，给储存和运输带来困难。铁和铝的磷酸盐还会给后加工如磷酸或磷铵料浆的浓缩、干燥带来困难，并导致产品物性不佳和质量下降。

③磷矿中 MgO 含量。磷矿的镁盐（以 MgO 表示）经反应后一般全部溶解并存在于磷酸中，浓缩后也不易析出，这是由于磷酸镁盐在磷酸溶液中溶解度很大的缘故，也是镁盐产生严重

不利影响的原因。Mg（H2PO4）2使磷酸粘度剧烈增大，造成酸解过程中离子扩散困难和局部浓度不一致，影响硫酸钙结晶的均匀成长，增加过滤困难。在磷矿酸解过程中，镁的存在使磷酸中第一氢离子被部分中和，降低了溶液中氢离子的浓度，严重影响磷矿的反应能力。如果为了保持一定H+浓度而增加硫酸用量，又将使溶液中出现过大的SQ-2浓度，这不但增加了

硫酸消耗而且还造成硫酸钙结晶的困难。此外，由于镁盐在反应过程中也会生成一部分枸溶性硫酸盐，并且镁盐对产品的吸湿性影响比铁、铝盐类大，常导致化肥产品粘结与结块，因而会影响产品物理性能，使水溶率降低，质量下降。

磷矿中 MgO 含量已成为酸法加工评价磷矿质量的主要指标之一。国外生产厂对MgO 含量的要求是很严格的。中国磷矿中 MgO 含量明显偏高，对磷酸、磷铵的生产和其它酸法磷肥生产都带来不良影响。因此研究降低 MgO 含量的富集方法，已成为中国磷矿生产科研中的一个重要课题。单含镁高的磷矿对生产钙镁磷肥十分有利，它能降低熔点，减少溶剂加入量。

④硅及酸不溶物的含量。磷矿中总是含有不等量的SiO2，多以酸不溶物形态存在。SiO2

在反应过程中不消耗硫酸，部分SiO2还可以使剧毒性的HF变成毒性较小的SiF4气体。在反

应过程中，活性较大的 SiO2很容易使氢氟酸生成氟硅酸（H2SiF6）,后者对金属材料的腐蚀性要比前者轻的多。为此磷矿中应含有必须的SiO2，当SiO2/F小于化学计量时，还应加入可溶性

硅。但过量的SiO2是有害的，一方面湿法磷酸中呈胶状的硅酸会影响磷石膏的过滤；另一方面增加磷矿硬度，降低磨机生产能力，增加磨机的损耗。

⑤有机物与碳酸盐的含量及 CO2 的影响。大多数磷矿。尤其是沉积型磷矿常含有机物。有机物含量高会给操作带来很大麻烦。碳酸盐与有机物使反应过程产生气泡;有机物还使反应