湿法磷酸净化技术及发展

何平 胡灵 高应华

摘 要：现阶段，随着社会的发展，湿法磷化技术的发展也日新月异。我国虽然磷矿资源十分丰富，储量位居世界第二，但由于P2O5含量低、耗酸粒量大、所得粗磷酸浓度低和杂质多等缺点，这些缺点使它在实际应用中有很大的限制。贫磷矿的开发利用一直是磷化工生产中的重要课题。磷酸作为磷化工领域中重要的化工原料，其生产方法包括热法磷酸和湿法磷酸。热法磷酸采用黄磷为原料，其生产过程中其能耗高、污染高，在当前世界各国节约能源、减少碳排放量的要求下，热法磷酸逐渐面临着多重压力，在资源、能源和环境等方面考虑已经无法适应经济的快速发展。相比而言，湿法磷酸其具有生产成本低、能耗低的诸多优势，但它含较多Ca、Mg、Al、Fe、F等杂质，在应用时受到了限制，所以湿法磷酸要想更广泛的应用必须将其净化处理，把影响下端产品的杂质去除。

关键词：湿法磷酸；净化技术；发展

引言

磷酸是磷化工产品的基础原料，是磷化工的核心。传统工业磷酸都是通过热法制得，但热法磷酸存在能耗高、污染大等问题。与热法磷酸相比，湿法磷酸具有能耗低、污染小、成本低、受能源价格波动小等优点。湿法磷酸是用无机酸分解磷矿，分离出粗磷酸，再经过净化制得磷酸产品。目前，国内外普遍采用硫酸法生产磷酸。20世纪60年代初，以色列矿业工程公司（IMI）首次实现了盐酸法生产磷酸的工业化。利用盐酸法可以分解ω（P2O5）15%以下的中低品位磷矿，大大降低生产成本，但也存在工艺复杂、易防腐设备、副产物难经济回收等问题。

1湿法磷酸净化方法

1.1自然沉降法

湿法磷酸中含有未分解的磷矿和脉石矿等固体杂质外，还含有许多溶解性金属盐杂质在贮存的过程中慢慢的处于过饱和状态，因此会有固体逐渐沉淀下来。自然沉降净化法就是控制一定温度和搅拌的条件，促进金属盐杂质过饱和析出并形成易于分离的结晶体，再通过自然沉降，慢慢除去湿法磷酸中的固体杂质的方法。这种方法操作简便易行，但只能使湿法磷酸得到初步净化且沉降时间比较长同时还需要大量罐体储存。

1.2物理吸附法

湿法磷酸里含有从磷矿带入的有机物，它影响磷酸的后续利用需要去除。物理吸附法是用来脱除湿法磷酸中的有机质的一种有效的方法。物理吸附法大多采用活性炭作为吸附剂，也有将活性硅、膨润土、活性白土等作为吸附剂。物理吸附法其原理是：利用吸附剂表面质点处于力场不平衡状态，可以自动地吸附那些能夠降低其表面自由能的物质的性质，来吸附有机质，再经液固分离达到净化湿法磷酸的目的。

1.3离子交换树脂法

离子交换树脂法指的用离子交换树脂对湿法磷酸粗酸进行处理的一种方法。离子交换树脂法有两种：（1）用强酸性离子交换树脂处理湿法磷酸，除去其中大部分阳离子杂质。（2）用过量H3PO4将磷矿分解，过滤除不溶物，再将Ca（H2PO4）·22H2O冷却结晶，将结晶体分离、洗涤后溶于水，再经阳离子交换树脂处理制得精制H3PO4。离子交换树脂法优点是操作控简单，磷酸的净化纯度高，可去除大部分离子。离子交换树脂法该方法的最大优点在于工艺操作和控制都比较简单，能够净化出纯度较高的磷酸；但是其缺点就是所需的树脂用量比较大，并且还需要进行再生处理，而且一般只限于脱除H3PO4，Ca、Mg、Fe、Al、As等阳离子。

1.4溶剂萃取法

此种方法也在运用中被称之为液—液萃取、液抽提，此种萃取方法是基于磷酸可溶有机溶液呃逆，反而无法萃出其他杂质，进而实现了磷酸及杂质的分离净化。在湿法磷酸净化技术运用中，溶剂萃取法能够得到较高的产品纯度，且运用的工艺设备均比较简单，耗能较少，减少原材料的消耗率，生产能力较大获得较好的分离成效，减少环境污染实现了自动化及连续化的生产过程。目前此种方法作为国外运用广泛的净化湿法磷酸有效方法之一，更作为唯一的大规模工业化方法。

1.5浓缩法

通过加热浓缩可把磷酸中金属离子结晶出M（H2PO4）2·nH3PO4，不纯物（M为二价金属，n=2～5），消除M2+，进而净化湿法磷酸中的金属离子。在磷酸浓缩的过程中磷酸中的氟变成气态从磷酸中溢出，可进一步降低含氟量从而也起脱氟的作用。浓缩净化法既满足了后续加工对高浓度磷酸的要求，又对湿法磷酸进行了脱氟与除杂质的初步净化。但所得磷酸纯度不高，且磷收率低，浓缩时氟溢出去了但回收需要高成本，在磷酸浓缩过程对设备腐蚀严重，故对生产设备材质要求高从而生产的成本高。

1.6化学沉淀法

化学沉淀法指的是按照湿法磷酸中存在的杂质其本身具有的特性，在湿法磷酸中加入某种化学物质，使其与湿法磷酸中的杂质离子生成难溶于磷酸的沉淀或易挥发的气体，从而降低湿法磷酸中杂质的含量从而使磷酸得到净化。

2工艺流程

2.1酸解工序

制浆车间将磷矿石磨成矿粉，矿粉与盐酸按一定比例进入酸解反应槽，反应后的混合物进入沉清槽，进行沉清，上层清夜进入混合工序，浊浆进入二次反应槽，继续与盐酸进行酸解反应，反应后的混合物进入沉清槽进行沉清，上清液返回一级反应槽，稠浆进入压滤机进行压滤，压滤后液相返回一级沉清槽，滤渣经皮带送走。

2.2混合工序

盐酸法生产的酸解液与磷酸车间硫酸法生产的湿法磷酸按一定比例加入到混合搅拌槽混配，然后混合物进入压滤机进行压滤，过滤后固相石膏通过皮带输送走，液相进入净化工序。

2.3除杂工序

用沉淀法除去杂质离子，然后进入沉清槽进行沉清，用板框过滤滤渣。净化除杂后的稀磷酸进入表面反洗过滤器，进一步精滤除杂。

2.4萃取工序

有机溶剂萃取取得初步净化稀磷酸，将混酸与有机溶剂按一定比例逆向进入筛板塔，萃取后的有机萃取相进入后续净化系统，而萃取余液则进入污水处理系统。

2.5洗涤工序

萃取后产生的有机萃取相进入筛板塔用稀磷酸进行逆流洗涤，洗涤后水相进入污水处理系统，水相中的稀磷酸可以返回洗涤工序，有机相进入下级筛板塔进行反萃。

2.6反萃工序

洗涤工序的有机相由下而上进入筛板塔，塔顶喷淋少量稀盐酸，进行逆流萃取，水相进入下级净化系统。

结语

随着磷化工的不断发展，对磷酸用量大大增加，而热法磷酸已经不能满足磷酸的需求量。而湿法磷酸中杂质较多在应用时受到了限制，所以湿法磷酸净化工作迫在眉睫，由于湿法磷酸中杂质的种类比较复杂，各种磷酸产品质量的要求又各不相同，因此，应根据实际情况与技术经济的综合指标选择不同的方法进行净化，净化过程产生的沉渣返回制肥系统生产肥料，以减少磷的损失，提高磷利用率。由于单一的方法一般都不能达到深度净化的目的，故近年净化磷酸多采用复合净化法。我国湿法磷酸净化技术与发达国家相比还有较大差距，因此我们要加快自己的湿法磷酸净化技术，对促进我国湿法磷酸工业的发展具有重要的经济意义。

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（作者单位：瓮福达州化工有限责任公司）