低品位磷矿在二水湿法磷酸生产中的应用

张忠朝

（云南云天化股份有限公司 云峰分公司，云南 宣威 655413）

云南云天化股份有限公司云峰分公司磷酸厂有磨机4 台，采用闭路磨矿工艺，由3 台行车、3 台棒磨机、1台球磨机、分级浓密系统及相关辅助设备构成湿法闭路磨矿系统。棒磨机为一段初磨，球磨机为二段细磨［1］，磨矿设计能力为干基磷矿150 t/h。使用磷矿比较复杂，以云南磷化集团有限公司供应的尖山矿、晋宁矿、昆阳矿为主。

近年随着磷矿的不断开采，不仅开采难度增大，而且磷矿品位也明显降低［2］。w（P2O5）大于30%的高品位磷矿开采量逐渐降低，且价格持续上涨，其中w（P2O5）大于28%的磷矿不含税成本价格达到280 元/t。而w（P2O5）在18%～22%的低品位磷矿开采量逐渐增加，不含税成本价格稳定在100元/t。鉴于高品位磷矿价格上涨，以及低品位磷矿资源与价格的优势，二水湿法磷酸生产中优化配比使用低品位磷矿势在必行。

同时，磷复肥生产企业都面临着产品同质化竞争激烈，基础肥、传统肥料需求降低，利润缩减的生存发展压力。2019 年云峰分公司（以下简称公司）为破局解困，实现“调结构、推改革、求生存、谋发展”的目标，进一步调整了产品结构，全力打造以生产NPK 复合肥为主的制造型企业，产品结构由“以生产基础肥为主”向“以生产NPK复合肥为主”转型，提升了公司NPK 复合肥产品的市场竞争力。

产品结构调整从基础肥向NPK 复合肥转变后，对磷酸以及磷矿品质要求相对降低，公司结合宣威周边低品位磷矿资源情况，在满足NPK 复合肥产品结构需求前提下，优化组合利用高、低品位磷矿，力图降本增效。2019 年为配合公司产品转型升级，按比例补充使用部分w（P2O5）18%～22%低品位磷矿。

公司将w（P2O5）18% ～22%低品位磷矿与w（P2O5）28%磷矿按优化配比1∶4 用于二水湿法磷酸生产。以下介绍使用该混合磷矿生产时，生产指标的调整，以及对磷酸生产成本的影响，并总结了湿法磷酸装置的生产运行情况。

1 磷矿指标

2019 年公司二水湿法磷酸生产所用云南磷化集团有限公司磷矿和w（P2O5）18%～22%低品位磷矿指标见表1。

表1 2019年公司二水湿法磷酸生产所用磷矿指标%

按照w（P2O5）＞30%为富矿［2］，云南磷化集团有限公司提供的磷矿均未能满足富矿要求，磷矿品位持续下降。w（P2O5）18%～22%的低品位磷矿为低镁高倍半氧化物磷矿。

2 低品位磷矿使用量

2019 年公司二水湿法磷酸生产全年使用w（P2O5）18%～22%低品位磷矿共计115 193 t，月消耗磷矿量如表2所示。

表2 2019年公司二水湿法磷酸生产用磷矿指标及消耗量

3 补充低品位磷矿后生产中设备技改、工艺指标调整

3.1 设备技改

为降低过滤系统结垢速率，对设备进行技改。对二水湿法磷酸过滤机易结垢部位错气盘、产品磷酸和返磷酸下液管进行蒸汽保温技术改造，降低结垢速率。

3.2 工艺指标调整

为满足NPK 复合肥、磷酸一铵（MAP）生产用磷酸酸质要求，对二水湿法磷酸生产过程中工艺指标进行调整。其中磷矿浆指标调整见表3，萃取指标调整见表4，浓缩过程控制参数指标调整见表5，浓磷酸指标调整见表6。

表3 磷矿浆指标

表4 萃取指标调整

表5 浓缩过程控制参数指标调整 m3/h

表6 浓磷酸指标调整 %

3.3 NPK复合肥产品指标调整

二水湿法磷酸酸质下降，对于NPK 复合肥系列产品指标进行优化调整。NPK复合肥产品总养分w（N＋P2O5+K2O）均＜40%。

NPK复合肥产品对磷酸品质需求：在条件允许的情况下，磷酸的浓度越高，所得中和料浆的水含量越低，系统生产能力越大，能耗越低。但这受到磷酸浓缩系统的制约，考虑到系统运行状况，NPK复合肥产品生产时磷酸w（P2O5）应≥42%，w（固）以10%为宜。

生产不同规格的NPK 复合肥产品，因磷含量不同，对磷酸品质要求亦不同，生产普通型15-15-15、16-16-16产品，磷酸w（固）需要在9%～12%。w（P2O5）18%～22%低品位磷矿与w（P2O5）28%磷矿按照1∶4 质量配比使用时生产指标及所得磷酸品质如下：矿浆w（固）61.5%～62.5%，萃取滤液密度1.250 ～1.275 g/mL，稀磷酸w（P2O5）21.0%～22.5%，浓磷酸w（P2O5）43%～45%，浓磷酸经沉降后w（固）6%～9%。

4 磷矿优化使用后消耗分析

1） 硫酸消耗对比

w（P2O5）18% ～22%的低品位磷矿的钙磷质量比为1.378［3］，与云南磷化集团有限公司磷矿钙磷质量比（1.38）基本一致，故磷矿混配后硫酸消耗成本基本持平。

2） 蒸汽消耗对比

磷矿混配后w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，生产所得稀磷酸w（P2O5）由23.50%下降至22.56%，降低0.94个百分点。浓缩蒸汽利用率相同情况下，浓缩1 t 稀磷酸（以P2O5计），将w（P2O5）由23.5%提升到46.0%需蒸发水量2.08 t，将w（P2O5）由22.56%提高到46.0%需蒸发水量2.26 t。按照浓缩低压蒸汽蒸发1 t水需要消耗蒸汽1.1 t计算，多耗蒸汽0.198 t，蒸汽价格以78元/t计，蒸汽成本上升15.44元/t。

3） 动力电消耗对比

从蒸发室蒸发强度计算，磷矿w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，同等运行率情况下，浓缩产量由28.04 t/h 下降至25.81 t/h，吨电耗由195 kW·h上升到212 kW·h，吨电耗升高17 kW·h，电价以0.49元/（kW·h）计，对应成本上升8.33元/t。

4） 一次新鲜水耗对比

按产量由28.04 t/h 下降至25.81 t/h，水耗由0.608 t/t 升高到0.660 t/t，水价以2.15 元/t 计，吨磷酸水耗成本上升0.12元/t。

5） 磷矿消耗对比分析

磷矿中w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，吨P2O5磷酸耗实物磷矿由3.959 t 上升到4.157 t，吨P2O5磷酸耗实物磷矿增加0.198 t，磷酸消耗磷矿成本下降：（3.959×280-4.157×4×280/5-4.157×100/5）元/t=94.21元/t。

6） 吨磷酸生产成本对比

使用低品位磷矿吨磷酸蒸汽、硫酸、水、电成本上升，磷矿消耗成本下降。

综合降低生产成本：（94.21-15.44-8.33-0.12）元/t=70.32元/t。

7） 萃取负荷率对比

磷矿中w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，同等运行率情况下，每小时稀磷酸产量由28.08 t/h下降至26.74 t/h，下降1.34 t/h，装置萃取负荷率由101.09%下降至96.27%。

8） 浓缩负荷率对比

磷矿中w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，同等运行率情况下，每小时浓缩产量由28.04 t/h下降至25.81 t/h，下降2.23 t/h，装置浓缩负荷率由100.94%下降至92.92%。

5 存在的问题

优化配比使用w（P2O5）18%～22%的低品位磷矿制取的磷酸，杂质较多，黏度大，液固静置沉降困难；磷酸中w（R2O3）可达3%～5%，MER值在0.115 ～0.130；磷酸在酸槽中搅拌不均匀，分散性较差，后续MAP、NPK 复合肥生产料浆经喷头加压后雾化效果不佳，潮绵性物料落于流化床层后不易被热风吹出塔外，床层物料堆积，疤块失水后无序脱落。

6 效果评估

w（P2O5）18%～22%的低品位磷矿资源优化组合利用，使磷酸生产成本降低70.32元/t，不仅提高了企业的经济效益，增加利润，而且为企业下游磷复肥生产提供廉价原料，使下游磷复肥产品生产成本降低，市场竞争力提升。

NPK复合肥产品生产时磷酸w（P2O5）应不小于42%，w（固）以9%～12%为宜。将w（P2O5）18%～22%的低品位磷矿与w（P2O5）28%的磷矿按照质量比1 ∶4生产的湿法磷酸，能满足NPK复合肥、MAP生产用磷酸需求。w（P2O5）18%～22%的低品位磷矿在二水湿法磷酸生产中的应用，既能适应磷矿日益贫化的现状，同时也能取得很好的成本效益，值得在同行业中推广使用。