[发明专利]使用过滤后的磷酸的磷酸制备石膏过滤絮凝剂的预稀释(浓度降低)

说明书

技术领域

本发明属于湿法制备磷酸及为此的添加剂的技术领域，并且特别是本发明是一种使用粗磷酸滤液作为稀释剂降低(make down)添加剂的方法。

背景技术

通常通过使用回收磷酸的浆料中的浓硫酸消化磷酸盐岩来制备磷酸。该反应还生成固体石膏(CaSO₄)颗粒，通常通过过滤来移除(remove)这些颗粒。在随后的步骤中使磷酸澄清，并通过热蒸发从粗滤液中驱除超过一半的水，将磷酸浓缩。

将絮凝剂添加至粗磷酸石膏浆料中以增加颗粒尺寸，这提高了沉淀和过滤速率。用于上述这种应用的传统絮凝剂以液体浓缩物或干燥粉末的形式供给。传统粉末的溶解动力学和液体浓缩物的乳液转相动力学(emulsion inversion kinetics)阻碍它们直接进料到粗浆料(crude slurry)中。粗磷酸石膏浆料在絮凝剂供给点之后几十秒至几分钟达到过滤阶段，而乳液和粉末需要几十分钟至几个小时来溶解或转相。因此，用水稀释浓缩物或粉末絮凝剂以在现场产生工作溶液(通常包含0.5%～1%的浓缩物)，随后将该工作溶液供给至工艺流中。传统的絮凝剂稀释系统由混合罐构成，将浓缩物或粉末与水添加到该混合罐中。在充分混合后将稀释的絮凝剂转移到储存罐，从该储存罐将稀释的溶液供给到工艺中。传统稀释的絮凝剂溶液的使用占据粗磷酸浆料中存在的水的总体积的约0.5%至1%。典型的磷酸制备设备每年将使用500～1000万加仑的水以用于稀释絮凝剂。在添加之后，必须在随后的加工阶段中，通过需要使用大量热能的热蒸发来将这些水移除。

高分子构象受溶液组成的影响非常大。Turro和Arora(J.Phys.Chem.B,Vol.109No.44,2005,20714-20718)提到丙烯酸聚合物在低pH下紧密卷绕，但提高pH值使羧酸基团离子化并且导致聚合物的拉伸或溶胀。类似于聚合物与悬浮颗粒的表面的结合倾向，聚合物构象对溶解的离子的存在的敏感性是众所周知的。因此，为了确保聚合物处于可预测并且优化的构象，使用原水来稀释传统的聚合物絮凝剂，而不是使用包含相对高水平的溶解固体和悬浮颗粒的低pH工艺水。

Symens等人的美国专利第4,263,148号公开了一种用于从磷酸的含水溶液中移除胶体和非胶体腐殖质的方法。该方法包括用絮凝剂处理磷酸的步骤。该公开内容要求在用磷酸将絮凝剂进一步稀释至约0.05%并且随后添加到磷酸制备工艺中之前，首先用水将絮凝剂稀释至0.1%～0.5%的浓度。

与传统絮凝剂相比，可以将快速转相的絮凝剂乳液(例如Nalco Pol-EZ)直接添加到粗磷酸浆料中而不需要稀释。这些产品提供了消除传统的絮凝剂稀释水以及还与传统絮凝剂相关的复杂昂贵的进料系统的优势。在一些情况下，例如当所需的进料点太靠近过滤器的浆料排出口时，时间上不足以允许这些乳液在工艺中经历优化的聚合物构象的快速转相和采用。结果，当乳液与石膏表面结合时该乳液可能不能完全转相或者聚合物可能陷入了不良的预成型构象中。这导致低于最优的絮凝剂性能。

因此，有必要对絮凝剂向磷酸制备工艺的添加进行优化。理想的是，絮凝剂的添加使得引入到磷酸制备工艺中的水最少化。更理想的是，通过将絮凝剂与从磷酸制备工艺回收的澄清的磷酸混合来将絮凝剂添加到磷酸制备工艺中。

发明内容

本发明涉及将有效量的絮凝剂添加到磷酸制备工艺中的方法。该方法包括以下步骤：提供磷酸；将有效量的絮凝剂直接注入到磷酸中；使有效量的絮凝剂与磷酸混合，这产生了絮凝剂-酸物质；以及将絮凝剂-酸物质引入到磷酸制备工艺中。

本发明还涉及改进磷酸制备工艺中的固体分离性能的方法。该方法包括以下步骤：提供磷酸；将有效量的絮凝剂直接引入到磷酸中；使有效量的絮凝剂与磷酸混合，这产生了絮凝剂-酸物质；以及将絮凝剂-酸物质添加到磷酸制备工艺中。

通过在稀释絮凝剂时替换成磷酸，本发明使得磷酸制备工艺中额外水的引入最少化。结合所附的权利要求书由下面的详细描述本发明的这些和其它的特征和优点将显而易见。

附图说明

在仔细研究以下详细描述和附图后，本发明的好处和优点对于相关领域的普通技术人员将变得更加显而易见，其中：

图1是示出对于采用化合物A作为絮凝剂的实验的实验结果的曲线图；

图2是示出对于采用化合物B作为絮凝剂的实验的实验结果的曲线图；

图3是示出对于采用化合物C和化合物D作为絮凝剂的实验的实验结果的曲线图；

图4是示出对于采用在两个浓度下的化合物E作为絮凝剂的实验的实验结果的曲线图。