[发明专利]用于磷酸盐加工的系统和方法

说明书

本文所述的实施方案提供用于磷酸盐加工系统的系统和方法，所述磷酸盐加工系统具有集成的子系统，例如磷酸装置、沉淀系统、结晶器系统、冲洗系统、制粒系统、池塘水系统、有机物去除系统、和/或排气处理系统。这样的子系统可以通过使用来自一个或更多个子系统的一种或更多种输出流作为用于一个或更多个子系统的一种或更多种输入流来彼此集成。在一些实施方案中，例如，磷酸盐加工系统可以产生磷酸、含鸟粪石的肥料、使用回收的鸟粪石的肥料、使用回收的镁或氟化物的含镁或氟化物的组合物，以及使用从磷酸和石膏组合物中收集的磷酸或使用从废物流中收集的污泥的其他组分。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年10月17日提交的且题为SYSTEMS AND METHODS FORPHOSPHATE PROCESSING的美国申请第62/916584号的优先权，出于所有目的在此将其通过引用并入本文。对美利坚合众国而言，本申请根据35 U.S.C.§119要求于2019年10月17日提交的且题为SYSTEMS AND METHODS FOR PHOSPHATE PROCESSING的美国申请第62/916584号的权益。

技术领域

本发明的一些实施方案一般地涉及用于加工磷酸盐的系统和方法，并且更特别地涉及用于磷酸盐的加工系统的集成。

背景技术

磷酸可以通过“湿法”生产，所述“湿法”涉及使天然存在的磷酸盐岩与无机酸例如硫酸、磷酸或硝酸反应。除磷酸之外，形成作为副产物的固体沉淀物。如果使用硫酸作为消化酸(digesting acid)，则沉淀物将包含石膏(主要为硫酸钙)作为其主要成分。这样的沉淀物被称为“磷石膏”。

磷酸通常通过过滤与不溶性石膏沉淀物分离。石膏以滤饼的形式被去除。可观量的磷酸可能被截留在滤饼中。截留在滤饼中的磷酸构成了生产过程中磷酸盐产量损失的很大一部分。

磷酸盐岩通常由采矿(即，从地下取出磷酸盐矿石)随后进行选矿过程以分离沙子和粘土从而去除杂质来生产。磷酸盐岩包含不同量的杂质。磷酸盐岩中经常存在的一种杂质是白云石，其为氧化镁(MgO)的来源。镁是磷酸盐岩中最不期望的杂质之一。Mg的存在导致浮选和磷酸生产过程中的困难。例如，镁离子在反应混合物中形成沉淀物。包含大量镁沉淀物的反应混合物可能堵塞过滤介质。用于回收磷酸产物的反应混合物的过滤速率也低。分离这样的反应混合物中的磷酸是困难和昂贵的。

通常期望避免这样的包含高镁含量的低级磷酸盐岩。然而，避免这样的低级磷酸盐岩并非总是可行的，并且期望具有经济上可行的方法来加工这样的低级磷酸盐岩。因此，期望具有成本效益的方法来使用这些低级磷酸盐岩以生产有用的最终产品，更特别地，在产品生产之前不需要首先净化这些低级岩来去除镁杂质。

在磷酸的湿法生产中生成了大量受污染的水。受污染的水一般被排出。排出的水通常称为“池塘水(pond water)”。

池塘水还可以包括从石膏堆排出的水以及磷酸装置、淡水烟雾涤气器中和周围使用的其他水(例如用于清洁或洗涤)，以及装置内的磷酸溢出或泄漏。池塘水是强酸性的。它包含磷酸、硫酸和氟硅酸的稀释混合物。池塘水通常用石膏饱和并且包含存在于磷酸盐岩中的其他离子。池塘水的积聚对环境有害。在池塘水可以安全排出之前，需要大量成本对其进行处理。

存在用于处理池塘水和/或用于从池塘水中回收有价值产物的现有方法。这样的方法之一称为双重石灰处理(double lime treatment)。该方法涉及以两个阶段向池塘水中添加钙化合物(例如，CaCO₃、Ca(OH)₂或CaO)以使磷酸盐和其他杂质沉淀以生产净化水。另一个现有方法是反渗透。反渗透涉及施加超过与半透膜接触的盐水溶液的水组分的渗透压的外部压力。这迫使一些水以相反的方向通过膜，而溶液中的其他组分不通过膜，导致净化水的流以及将被废弃或返回到储存池塘的增加的盐含量的流。