[发明专利]湿法磷酸生产的梯度工艺方法

说明书

本发明涉及湿法磷酸生产的梯度工艺方法。磷矿石酸解浸提存在三个阶段，第一个阶段为快速反应阶段，第二个阶段为稳定反应阶段，第三个阶段为固体养晶阶段；在快速反应阶段加入磷酸与硫酸的摩尔比为1:0.5～1:1的高磷混酸溶液；在稳定反应阶段加入磷酸与硫酸的摩尔比为0:1～0.5:1的高硫混酸溶液；养晶阶段，降低结晶槽温度，促进磷石膏中二水硫酸钙晶体形成大粒径颗粒；磷石膏中残磷含量小于1.9%。本发明方法降低磷矿粉浸提时间50%，所得磷石膏中残磷含量可降低20％以上，过滤速率可提高30%以上。

技术领域

本发明属于湿法磷酸浸提制酸生产技术领域，具体涉及一种湿法磷酸工艺中提高磷石膏品质的方法。

技术背景

磷酸的生产方法主要有热法和湿法，与使用电炉还原的热法磷酸相比，湿法磷酸因能耗低具有明显的成本优势和更小的环境影响。湿法磷酸利用无机酸主要是硫酸分解磷矿石得到的粗磷酸以及以硫酸钙为主要成分的磷石膏。在生产过程中，其主要方法是一步法生产磷酸。其酸解率虽然较好，但是酸解时间长，产品残磷含量较高，并且分离磷酸与磷石膏的效率过低，磷石膏难以过滤等问题极大的影响磷酸的生产效率。

传统湿法磷酸工艺流程图。它的酸浸提工艺为一步法反应，即磷酸、硫酸、磷矿一次性加入至反应槽中进行反应。该种工艺的缺陷有以下几个方面：1.反应时间较长，传统湿法磷酸浸提工艺的反应时间可达八个小时，生产效率较低；2.容易导致磷矿包覆，反应效果差或反应终止等问题；3.过滤速率较慢，能耗较高；4.磷石膏中残磷含量较高等问题。

提高湿法磷酸品质的方法主要是在前端增加了磷矿预处理工序，其工序较为复杂，处理成本较高。

发明内容

为了解决磷酸浸提时间长，磷石膏残磷含量高以及过滤效果较差的问题，提高生产经济效益，本发明提供一种湿法磷酸生产的梯度工艺方法。

本发明的具体技术方案如下：

湿法磷酸生产的磷矿石酸解浸提存在三个阶段，第一个阶段为快速反应阶段，第二个阶段为稳定反应阶段，第三个阶段为固体养晶阶段；

在快速反应阶段加入磷酸与硫酸的摩尔比为1:0.5～1:1的高磷混酸溶液；在稳定反应阶段加入磷酸与硫酸的摩尔比为0:1～0.5:1的高硫混酸溶液；

硫酸总加入量与磷矿中的氧化钙摩尔比例在1:1(±5％)之间，磷酸总加入量与硫酸加入量摩尔比1:0.5～1:1.3之间；

养晶阶段，降低结晶槽温度，促进磷石膏中二水硫酸钙晶体形成大粒径颗粒；

磷石膏中残磷含量小于1.9％。

进一步限定的技术方案如下：

在快速反应阶段的初始10min内加入磷酸与硫酸的摩尔比为1:0.5～1:1的高磷混酸溶液。

在稳定反应阶段的初始10min内加入磷酸与硫酸的摩尔比为0:1～0.5:1的高磷混酸溶液。

养晶阶段的工艺条件，结晶槽温度为50～80℃，养晶时间为1～3小时。

本发明原理及分析如下：

研究发现，磷矿石酸解浸提存在三个阶段。第一个阶段，当固体产物硫酸钙晶体未完全包覆磷矿石颗粒时，其浸提反应速率较快，为快速反应阶段。第二个阶段，当硫酸钙晶体完全包覆磷矿石颗粒后，浸提反应速率减慢并趋于稳定，为稳定反应阶段。第三个阶段，当磷矿石晶体完成，硫酸钙晶体开始生长，即固体养晶阶段。

参见图1，其中传统工艺其快速反应阶段为0～10min，而梯度式工艺的快速反应阶段为0～30min。说明梯度工艺可以有效延长快速反应阶段时间，缩短整个浸提过程所需时间，提高磷酸生产的效率。

(1)快速反应阶段为图1中0～30min，高磷混酸的目的是为了提高反应效率，其主要的反应式为：