利用盐酸分解中低品位磷矿的建议

利用盐酸分解中低品位磷矿的建议

2011-02-10 14:31:08|

摘要：本文介绍了利用盐酸分解磷矿，分别用于制造磷酸、磷酸盐、磷复肥、饲料磷酸氢钙的情况，并对各种工艺进行了分析比较，提出了在系统内循环利用盐酸分解磷矿的建议。

关键词：盐酸分解磷矿建议

中图分类号：TD985文献标识码：A

1、盐酸分解磷矿研究现状

1.1 IMI工艺[1]

用盐酸分解磷矿，磷矿完全分解时，生成磷酸、氯化钙和氟化氢，按式（1-1）进行：

2Ca3F（PO4）3＋10HCl= 3H3PO4＋5CaCl2+HF ↑〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃（1-1）

在盐酸分解的料浆中，除酸不溶物外，全为可溶性化合物。

1959年，以色列矿业公司（IMI）在世界上首先提出了用盐酸分解磷矿，用有机溶剂萃取磷酸工艺。经过工业化和几十年不断改进，已在以色列形成单系列6万吨P2O5磷酸生产装置两套，在印度有一套1.5万吨P2O5磷酸生产装置。其主要工序有：盐酸分解磷矿；萃取净化等工序。工艺流程如图1-1。

盐酸

磷矿粉

分解液

硅渣

洗水

废气

分离

分解

洗涤

水

图1-1IMI工艺盐酸分解磷矿示意图

磷矿粉通过一定的筛目，与盐酸在酸解槽中反应，反应温度约80℃，只要盐酸用量稍大于磷矿理论耗酸量，磷矿中的P2O5分解完全。逸出的废气主要是CO2，还有少量的HCl和HF。硅渣是酸不溶物的主要成分，洗渣后的水返回酸解槽回收其中的P2O5和HCl。

分解液用有机溶剂萃取，分离出稀磷酸后，进行蒸发浓缩，可得商品磷酸，有机溶剂在系统内循环使用。

萃余液为氯化钙溶液，用石灰中和至PH=3，再加烧碱液中和至PH=7后排入大海。

规模生产表明，盐酸湿法磷酸工艺对磷矿石P2O5品位要求不高，可以使用中低品位磷矿，P2O5回收率约为91%～92%；而且盐酸法生产的磷酸浓度比硫酸法高，杂质少。主要原材料消耗定额详见表1-1。表1-1IMI工艺主要原材料消耗定额（以每生产一吨100%P2O5计）

氯磷酸钙分子式: CaClH2PO4〃H2O，它是一种新型复合肥料,并可作为动物饲料,工业上具有较好的应用前景。美国E.J.Fox首先合成了这个化合物；70年代美国A.B.Amin用盐酸和硫酸的混合物分解磷矿,也获得了氯磷酸钙,用所得产物对动物进行了喂养试验,证明是很好的动物饲料添加剂；80年代湖北化学研究所采用CY工艺流程,获得了该化合物；杜宪惠等合成了氯磷酸钙纯品，并通过差热、热重、红外、X-衍射等方法进行测定,同时对氯磷酸钙的化学性质也进行了研究，描绘了四元体系CaO-P2O5-HCl-H2O相图。

CaClH2PO4〃H2O的热分解过程分解反应分两步进行，第一步发生在240℃左右，分解出HCl和H2O，形成Ca2ClH3P2O5；第二步在370℃左右进行,产物为Ca2P2O7；在570℃左右发生晶形转变。两步分解反应按式（1-2）和式（1-3）表示：

2CaClH2PO4〃H2O218℃～251℃Ca2ClH3P2O8+HCl↑+2H2O↑〃〃〃〃〃（1-2）Ca2ClH3P2O8362℃～380℃Ca2P2O7+HCl↑+H2O↑〃〃〃〃〃〃（1-3）

1.2.2氯磷酸钙制备工艺

若盐酸用量不足，磷矿分解不完全时，则生成氯磷酸钙，按式（1-4）反应：

2Ca3F（PO4）3＋7HCl+3H2O = 3CaClH2PO4〃H2O↓＋2CaCl2+HF↑〃〃〃〃〃（1-4）湖北化学研究所采用的CY工艺流程是首先用盐酸在酸解槽中进行分解反应，在反应料浆中分离出硅渣；然后在分解液中加入盐酸，结晶析出氯磷酸钙待用；最后在分离氯磷酸钙后的滤液中通入HCl气体，结晶析出CaCl2〃2H2O，制成无水氯化钙，用于高速公路的融雪

剂等；在无销路时，与SiO2焙烧，生成氯化氢，按式（1-5）反应，氯化氢在系统内封闭循环使用。工艺流程如图1-2。

CaCl2〃2H2O+SiO2=CaSiO3＋2HCl↑+2H2O↑〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃（1-5）

硅钙渣

水

磷矿粉

废气

水

无水氯化钙

氯磷酸钙

分离

分解

洗涤

硅渣

分解液

洗水

盐酸

分离

盐析

HCl

结晶氯化钙

焙烧

吸收

图1-2CY工艺盐酸分解磷矿示意图

以氯磷酸钙为中间体，可以得到系列磷酸盐，详见图1-3。

从氯磷酸钙工艺可以看出，可以使用中低品位磷矿，P2O5回收率较高，而且可以生产出系列磷酸盐产品。但是也可以看出，采用氯磷酸钙工艺流程，要想使氯化氢封闭循环使用，需要高温焙烧，这对设备村质要求较高。

碳铵

碳酸钙

碳酸钙

硫酸钠

硫酸钾

氯磷酸钙

磷酸

无硅重钙

磷酸钠盐

磷酸钾盐

磷酸钠钙盐

饲料沉钙

肥料沉钙

氯磷铵

图1-3以氯磷酸钙制系列磷酸盐产品示意图

1.3传统工艺

1.3.1生产肥料[1，3，4]

国内一些单位对于盐酸分解磷矿、制备磷酸及磷酸盐的研究，做了大量的工作。上海化工研究院早在20世纪70年代，用P2O5=27.60%的开阳磷矿，成功地研制了氯磷铵；随后，邯郸化工研究所采用

P2O5=30.88%的承德磷矿，农药厂副产盐酸，也研制了氯磷铵，并进行过田间肥效试验。工艺流程详见图1-4。

西南农学院，中国农业科学研究院，沈阳农学院先后进行了氯磷铵大面积田间肥效试验，数据表明，PO43-对氯磷铵在田间的Cl-残毒有仰制作用，其肥效与氮、磷相等的磷铵相当，是一种高效磷复肥。

渣

硫铵

氯磷铵