脱除原料湿法磷酸中硫提高磷铵养分

2022-08-02保兴国朱玉梅

磷肥与复肥 2022年6期

保兴国，朱玉梅

（内蒙古大地云天化工有限公司，内蒙古赤峰 024076）

0 引言

在二水法湿法磷酸生产过程中，使用磷矿粉与硫酸反应制取磷酸时，产生的稀磷酸中会有质量分数2%～5%的硫酸根离子［1-2］。磷酸中存在硫酸根离子会影响后续产品养分含量的提高，特别是随着磷矿品质下降，w（总养分）64%的磷酸二铵（DAP）产品生产难度越来越大。出于成本及操作简便考虑，笔者使用生产过程中磷精矿浆槽中磷精矿浆与过滤机取酸泵中稀磷酸按不同比例反应不同时间，经过静置得到稀磷酸，再通入氨水制备磷铵产品，对得到的产品养分含量与未脱除硫酸根磷酸制备所得磷铵产品养分含量进行对比分析，为实际生产提供参考。

1 实验部分

1.1 原料

实验主要以内蒙古大地云天化工有限公司磷酸厂的磷精矿浆及稀磷酸为原料。磷精矿浆、稀磷酸具体分析结果见表1。

表1 磷精矿浆、稀磷酸分析数据 %

1.2 实验原理

磷精矿浆主要成分为氟磷酸钙，可与硫酸根离子反应生成难溶的硫酸钙：

1.3 实验方法

根据稀磷酸中SO42-与磷精矿浆中Ca2+反应生成CaSO4计算出不同反应比例时每500 mL稀磷酸所需磷精矿浆的质量，然后在一定条件下进行反应，并观察反应现象。反应后静置不同时间，然后取上清液通氨制备磷铵产品，并分析磷铵养分含量。

2 实验结果与讨论

2.1 磷精矿浆与稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）为1反应

取500 mL 稀磷酸于1 000 mL 烧杯中，于电热板上加热至60 ℃，按n（CaO）/n（SO42-）为1 计算可得所需磷精矿浆为31.63 g（18.66 mL）。在不断搅拌下，缓慢将磷精矿浆加入稀磷酸中，反应时间为15 min和30 min。将反应后的溶液倒入500 mL量筒中，进行静置沉降实验。重复实验，确定不同反应时间、静置时间下，反应前后溶液各组分的变化，具体分析结果见表2。

表2 磷精矿浆与稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）为1反应后溶液分析数据

根据表2分析结果，磷精矿浆与稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）为1反应效果良好，脱硫率最高达到91.76%，稀磷酸w（P2O5）较CK提高1.58～2.41个百分点。

取上述实验的对照样CK、1#、2#、3#、4#、5#、6#中的稀磷酸通入氨水制备磷铵成品，磷铵成品的养分分析结果见表3。

表3 磷铵成品养分分析数据

由表3 可知磷酸中SO42-离子与磷精矿浆中CaO按物质的量之比为1反应效果良好，磷铵产品w（总养分）可以提高0.16 ～2.59个百分点。

2.2 磷精矿浆与稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）为0.8反应

取500 mL 稀磷酸于1 000 mL 烧杯中，于电热板上加热至60 ℃，在不断搅拌下，缓慢将磷精矿浆加入稀磷酸中，反应时间为30 min。将反应后的溶液倒入500 mL 量筒中，进行静置沉降实验。重复实验，确定不同静置时间下，反应前后溶液各组分的变化（见表4）。

表4 磷精矿浆与稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）为0.8反应后溶液分析数据

取上述实验的对照样CK、1#、2#中的稀磷酸通入氨水制备磷铵成品，磷铵成品的养分分析结果如表5所示。

表5 磷铵成品养分分析数据

由表4、表5可知磷精矿浆与稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）为0.8 反应，脱硫率为55.69% ～63.53%，磷铵产品w（总养分）可以提高1个百分点左右，效果不好。

2.3 实验小结

综上所述，采用磷精矿浆脱除稀磷酸中的硫酸根是可行的。磷精矿浆与稀磷酸按n（CaO）/n（SO42-）为1反应时，SO42-脱除率最高达到91.76%，效果较好。脱除SO42-后，稀磷酸w（P2O5）上升1.58～2.41个百分点，磷铵产品w（总养分）提高0.16～2.59个百分点。考虑到静置时间长时成本高，选择反应时间30 min、静置时间15 min为最佳，此时磷铵产品总养分质量分数提高约2.3个百分点。

3 原料湿法磷酸脱硫产生的效应

3.1 稀磷酸浓度提高节约蒸汽费用

采用磷精矿浆脱除稀磷酸中的硫酸根，得到的稀磷酸w（P2O5）较对照提高1.58～2.41 个百分点。按稀磷酸w（P2O5）提高1.58个百分点计，内蒙古大地云天化工有限公司生产每吨P2O5节约蒸汽约158 kg（按w（P2O5）由25%浓缩到46%，每吨P2O5需消耗蒸汽2.1 t计），蒸汽成本每吨按100元计，生产每吨P2O5因节约蒸汽成本下降约16元。

3.2 生产国内64%磷酸二铵回收硫酸节约费用

每吨w（P2O5）25%的稀磷酸回收硫酸量按23 kg计（脱硫前w（SO42-）为2.55%，脱硫后w（SO42-）为0.21%），按国内每年销售64%磷酸二铵30万t计，每年消耗P2O514.1 万t（每吨产品按消耗P2O5470 kg计），折w（P2O5）25%稀磷酸每年节约的硫酸量12 972 t。