湿法磷酸汽提脱氟淤渣的资源循环利用研究*

2022-05-17海宇任张卫红

云南化工 2022年4期

海宇任，张卫红，姜威

(云南磷化集团有限公司，云南昆明 650600)

1 概述

我国磷酸主要采用湿法磷酸工艺，即用磷矿和硫酸、硝酸、盐酸等强酸反应，然后将磷酸萃取出来，但磷矿中大部分的氟也会进入到磷酸中，不仅严重影响磷酸的后续使用，也不利于对磷矿伴生氟资源的综合利用。目前，很多国家的饲料、食用磷酸盐的生产处于增长趋势，畜牧业使用磷酸盐饲料促使肉、奶产量急剧增长，得到了一定的经济效益。随着需求量的增长，对饲料、食品等方面使用的磷酸盐的有害杂质含量提出了严格的要求。目前，国内外对湿法磷酸的除氟净化技术较多，主要有沉淀法，浓缩法、汽提法等。从氟资源回收及环保角度出发，汽提法技术具有较多的优势，但仍存在未反应的白炭黑较多，且夹杂部分磷酸，沉降后渣作为渣酸出售，导致二氧化硅与磷酸的浪费。

2 试验原理

充分利用脱氟磷酸沉降产生的淤渣中未反应完的活性二氧化硅与将磷酸中HF转换SiF4，最终形成氟硅酸回用，从而生产氟硅酸钠、氢氟酸等产品。本实验研究依据的化学反应式：

4HF+SiO2=SiF4↑+ 2H2O

3 实验部分

3.1 仪器、试剂和原料

1)仪器

恒温磁力搅拌器；数显恒温水浴锅；增力电动搅拌器；氟离子选择性电极[6]；饱和甘汞电极、pH计；循环水式真空泵；真空干燥箱。

2)试剂

1+1盐酸；1+15硝酸；200 g/L 氢氧化钠溶液；pH 5.5～6.0柠檬酸-柠檬酸钠溶液；1 g/L 溴钾酚绿溶液；喹钼柠酮沉淀剂。

3)原料

实验采用的原料为云南磷化集团有限公司磷酸盐厂生产的浓磷酸, 密度 1.600 g/cm3，其组成见表1。未反应的脱氟剂(脱氟磷酸沉降产生的淤渣)的化学组成见表2。

表1 原料磷酸的化学组分

表2 未反应的脱氟剂(脱氟磷酸沉降产生的淤渣)的化学组分

3.2 分析方法

使用氟离子选择性电极，参照GB 3149—2004 测定氟含量。采用GB/T 1871.1—1995中磷钼酸喹啉重量法和容量法测定五氧化二磷含量[7]。

3.3 实验结果

1)温度对湿法磷酸中氟逸除率的影响

在 2000 mL 的烧杯中加入湿法浓磷酸 1500 g，置于恒温水浴锅中，在不同反应温度下，加入脱氟磷酸沉降产生的淤渣的加入量按原料酸质量的15%加入，搅拌反应 3 h，负压为 10 kPa。反应后的磷酸经过沉降，取其上层清液分析氟、五氧化二磷，试验结果见表3。根据表3数据可知，湿法磷酸氟逸除率随着温度的升高呈现出先增加后平缓的趋势，为了节约能耗，适宜的温度范围为71～75 ℃。

表3 温度对湿法磷酸氟逸除率的影响结果

2)脱氟磷酸沉降产生的淤渣的加入量对湿法磷酸中氟逸除率的影响

在 2000 mL 的烧杯中加入湿法浓磷酸 1500 g，置于恒温水浴锅中，在71～75 ℃ 下，加入脱氟磷酸沉降产生的淤渣的加入量按原料酸质量的不同比例加入，搅拌反应 3 h，负压为 10 kPa。反应后的磷酸经过沉降，取其上层清液分析氟、五氧化二磷，试验结果见表4。分析表4中数据可知，淤渣加入量大于10%时，脱氟效果不显著。为了节约脱氟剂的消耗，选择最佳的淤渣加入量为10%。

表4 脱氟磷酸沉降产生的淤渣加入量对湿法磷酸氟逸除率的影响结果

3)时间对湿法磷酸中氟逸除率的影响

在 2000 mL 的烧杯中加入湿法浓磷酸 1500 g，置于恒温水浴锅中，在71～75 ℃ 下，加入脱氟磷酸沉降产生的淤渣的加入量按原料酸质量的10%加入，搅拌反应不同时间，负压为 10 kPa。反应后的磷酸经过沉降，取其上层清液分析氟、五氧化二磷，试验结果见表5。由表5数据可知，搅拌反应 2 h，即可满足湿法磷酸氟的逸出。