[发明专利]一种湿法磷酸工艺中大粒径二水硫酸钙的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于湿法磷酸生产技术领域，具体涉及湿法磷酸生产的工艺方法。

技术背景

在现有的湿法磷酸生产工艺下，生成的二水石膏颗粒较小，尺寸分布较宽，形貌多为片状、碎叶状、针状等。因此带来的负面影响就是过滤速率很慢，不利于洗涤，石膏的残磷率较高，磷的回收率降低。

大量研究表明过滤速率主要取决于二水硫酸钙滤饼的性能，包括二水硫酸钙的结晶颗粒大小、尺寸分布和晶体形貌。因此在湿法磷酸工艺下制备尺寸分布均匀的大粒径二水硫酸钙能加快过滤速率和提高磷的回收率。

现有技术公开了一种用于湿法磷酸过滤系统的阻垢分散剂，其组成成分为有机膦酸5%~15%，含膦聚合物40%~65%，磺酸共聚物25%~40%，铝盐0.05%~0.5%, 水4~10%。此类分散剂主要作用在实际生产中易集结在泵壳体、阀门等处K⁺、Na⁺、Ca²⁺等金属离子与SiF₆^2-、SO₄^2-形成的沉积物，但是对最终的二水石膏的过滤速率基本无影响。

另外一种使用过滤后的磷酸制备石膏过滤絮凝剂的方法，该方法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，产生了絮凝剂-酸物质，然后将絮凝剂-酸物质添加到磷酸制备工艺中，以促进磷酸的过滤。所述絮凝剂选自：含乙烯基的官能单体、含苯乙烯的官能单体、含环氧乙烷的官能单体、及其组合的均聚物、共聚物、三元共聚物的物质构成。但是高分子构象受溶液组成的影响非常大，将絮凝剂-酸物质添加到磷酸制备工艺中，低pH的溶液会一定程度上影响絮凝剂的效果。

再有一种用于湿法磷酸生产的硫酸钙结晶装置并配合加入一定量诱导晶种增大晶体颗粒度和纯度。但是采用该工艺须在原有工艺路线上加入所述的新型硫酸钙结晶装置，投入成本过大，操作过程复杂。

综上所述，现有湿法磷酸生产，通过优化工艺生产磷酸的同时制备出大粒径易过滤的二水硫酸钙石膏难度较大，而且改变工艺后可能会对现有生产设备进行改造，对磷酸产率有所影响，投入成本较大且不可控因素较多。

发明内容

为了解决湿法磷酸过程中磷石膏（二水硫酸钙）颗粒较小、过滤速率慢的问题，本发明提供一种湿法磷酸工艺中大粒径二水硫酸钙的制备方法。

本发明的具体技术方案如下：

提高二水硫酸钙过滤速率的湿法磷酸工艺，常规反应槽制酸工艺分为快速反应阶段、稳定反应阶段和二水硫酸钙的养晶阶段；

在不改变常规制酸工艺条件的前提下，在具有磷矿石原料和其它初始原料的反应槽中一步加入或分步加入复合添加剂，复合添加剂的加入量为磷矿石原料质量分数的0.005~3%；

所述复合添加剂由调节剂、缓冲剂、分散剂和助剂组成；

调节剂的含量为复合添加剂质量分数的60~70%、缓冲剂的含量≤复合添加剂质量分数的25%、分散剂的含量≤复合添加剂质量分数的10%，助剂的含量≤复合添加剂质量分数的5%；

所述调节剂为磺酸类化合物，所述缓冲剂为有机弱酸或铵盐，所述分散剂为水溶性高分子聚合物，所述助剂为水；

常规反应结束，固液分离，最终得到棒状的二水硫酸钙；

二水硫酸钙的过滤速率大于0.05cm/s，二水硫酸钙的残磷率小于2.3%。

进一步限定的技术方案如下：

所述调节剂为氨基磺酸、甲磺酸、苯磺酸、对氨基苯磺酸、间氨基苯磺酸、十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸中的一种以上。

所述缓冲剂为柠檬酸、柠檬酸铵、酒石酸、酒石酸铵、乳酸、苹果酸、十六烷基溴化铵、乙二酸二铵、草酸、草酸铵中的一种以上。

所述分散剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚羧酸盐中的一种以上。

所述分步加入复合添加剂为分三步加入复合添加剂，具体操作如下：

（1）在≤10min的快速反应阶段，加入按复合添加剂总量50~65%的复合添加剂；

（2）在10~120min的稳定反应阶段，加入按复合添加剂总量20~30%的复合添加剂；

（3）在120~240min养晶反应阶段，加入按复合添加剂总量5~30%的复合添加剂。

所述棒状的二水硫酸钙的长度为50～600μm，宽度为10～80μm。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：