湿法磷酸汽提法脱氟技术研究*

何宾宾，周琼波，张 晖，傅 英，方世祥

（1.云天化集团云南磷化集团有限公司，云南昆明650600；2.国家磷资源开发利用工程技术研究中心）

工业技术

湿法磷酸汽提法脱氟技术研究*

何宾宾1，2，周琼波1，2，张 晖1，傅 英1，方世祥1，2

（1.云天化集团云南磷化集团有限公司，云南昆明650600；2.国家磷资源开发利用工程技术研究中心）

在饲料级磷酸氢钙生产过程中，湿法磷酸中的磷氟比（五氧化二磷与氟的质量比）≥250才能符合生产要求。采用汽提法脱氟技术，研究了汽提方式、汽提时间、磷酸温度、磷酸浓度及真空度对湿法磷酸脱氟效果的影响。实验表明:采用减压脱氟，将质量分数为50%的浓磷酸加入圆底烧瓶中，加入氟含量2倍的白炭黑，将磷酸温度升高至100℃，真空度控制为20 kPa，脱氟1 h，可使磷酸的磷氟比达到286.97，满足饲料级磷酸氢钙对湿法磷酸的要求。

湿法磷酸；脱氟；汽提法

目前，二水物法生产湿法磷酸是应用最广泛的方法，其产量占磷酸总产量的80%［1］。但是，该方法生产的湿法磷酸氟含量过高，使后续产品磷氟比过低，故必须对湿法磷酸进行脱氟处理。湿法磷酸常用的脱氟方法有化学沉淀法、真空浓缩法、汽提法等［2］。汽提脱氟是指在湿法磷酸中加入过量含活性SiO2的物质，将F转化为H2SiF6，通过加热浓缩提高磷酸的浓度和温度，氟大部分呈气态氟化物（SiF4，HF）逸出，HF和SiO2再次反应生成的H2SiF6再次分解，产生SiF4逸出，即可实现磷酸脱氟［3］。笔者研究了汽提方式、汽提时间、磷酸温度、磷酸浓度及真空度对湿法磷酸脱氟的影响，得到最优真空汽提脱氟条件，使湿法磷酸磷氟比［m（P2O5）/m（F）］≥250，满足饲料级磷酸氢钙对湿法磷酸的要求。

1 实验部分

1.1 原料和仪器

原料:云南某厂净化湿法浓磷酸（P2O5质量分数为46.59%，F质量分数为1.60%）；工业白炭黑。

仪器:SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵；旋转真空蒸发器；恒温油浴锅。

1.2 实验原理

磷矿在磷酸料浆中反应时，氟首先生成氢氟酸:

氢氟酸极易与二氧化硅反应，而大多数磷矿中都含有足够的二氧化硅，使氢氟酸全部转化成为氟硅酸。

当湿法磷酸中有Fe3+、Al3+存在时，F-、SiF62-会与之反应形成FeFx3-x和AlFx3-x（x=1，2，…，6）。因此湿法磷酸中氟的存在形式主要为F-、SiF62-，还有少量的FeF63-和AlF63-等［4］。

1.3 实验方法

采用汽提法脱氟技术。将一定质量分数的磷酸加入圆底烧瓶中，加入F含量2倍的白炭黑，将磷酸温度升高至一定的温度，控制一定的真空度，脱氟一定的时间，每隔一段时间取样分析，测试脱氟效果。

2 结果与讨论

2.1 汽提方式对湿法磷酸脱氟的影响

研究了常压空气脱氟、减压脱氟、蒸汽脱氟3种脱氟方式。固定条件:湿法磷酸质量分数为50%，磷酸温度为100℃。考察汽提方式对磷酸脱氟的影响，结果见表1。3种脱氟方式中减压脱氟效率最高，脱氟1.0 h就可使磷酸的磷氟比达到286.97（＞250）。

表1 汽提方式对湿法磷酸脱氟的影响

2.2 真空度对湿法磷酸脱氟的影响

固定条件:采用减压脱氟，湿法磷酸质量分数为50%，磷酸温度为100℃。考察真空度对磷酸脱氟的影响，结果见表2。在3个真空度条件下，随着汽提时间增加，磷酸的磷氟比逐渐增大；在相同汽提时间下，随着真空度增加汽提效果越来越好。在真空度为20 kPa条件下，汽提1 h可使磷酸的磷氟比大于250，达到饲料级磷酸氢钙对磷酸的要求。在汽提过程中，当真空泵功率和磷酸温度一定时，进入脱氟系统空气量越大，真空度越低，瓶内空气气压越高，形成SiF4分压越低，氟也越来越难带出。

表2 真空度对湿法磷酸脱氟的影响

2.3 湿法磷酸质量分数对脱氟的影响

固定条件:采用减压脱氟，磷酸温度为100℃，真空度为20 kPa。考察磷酸质量分数对脱氟的影响，结果见表3。在脱氟时间相同的条件下，磷酸质量分数增加，磷氟比呈现先升高后降低的趋势，在磷酸质量分数为50%时，脱氟效果最好。随着磷酸质量分数增大，SiF4分压增大，易于逸出。当磷酸质量分数进一步增大时，磷酸黏度大幅度增大，SiF4难以逸出。所以磷酸质量分数以50%最佳。

表3 磷酸质量分数对脱氟的影响

2.4 湿法磷酸温度对脱氟的影响

固定条件:采用减压脱氟，磷酸质量分数为50%，真空度为20 kPa。考察磷酸温度对脱氟的影响，结果见表4。由表4看出，脱氟时间相同时，磷酸温度升高，磷氟比呈现先升高后降低的趋势，磷酸温度为100℃时，脱氟效果最好。随着磷酸温度升高，H2SiF6分解率增大，反应向正向进行，加快SiF4生成。当磷酸温度进一步升高时，一方面磷酸水分挥发较快，磷酸黏度急剧增大，SiF4难以逸出；另一方面，当温度为102℃时，脱氟塔衬胶老化速率大幅度提高。所以，磷酸温度以100℃为最佳。

表4 湿法磷酸温度对脱氟的影响

3 结论

1）考察了常压空气脱氟、减压脱氟、蒸汽脱氟3种脱氟方式，其中减压脱氟效果最好，脱氟1.0 h可使磷酸的磷氟比达到饲料级磷酸氢钙对磷酸的要求。2）采用减压脱氟，随着真空度增加，汽提效果越来越好。在真空度为20 kPa时，脱氟1 h可使湿法磷酸的磷氟比大于250。3）在脱氟时间相同的条件下，磷酸质量分数增加，磷氟比呈现先升高后降低的趋势，在磷酸质量分数为50%时脱氟效果最好。4）在脱氟时间相同的条件下，磷酸温度升高，磷氟比呈现先升高后降低的趋势，磷酸温度为100℃脱氟效果最好。

［1］ 余静.利用低品位磷矿生产湿法磷酸的新工艺及动力学研究［D］.成都:四川大学，2005.

［2］ 黄平，李军，尤彩霞.真空汽提法脱氟净化湿法磷酸的研究［J］.磷肥与复肥，2009，24（3）:17-18.

［3］ 张海燕，明大增，吉晓玲，等.浅析湿法磷酸脱氟反应原理［J］.无机盐工业，2015，47（1）:9-12.

［4］ 赵明.盐酸法饲料磷酸氢钙脱氟机理研究［D］.成都:四川大学，2004.

Study on defluorination for purifying wet-process phosphoric acid by steam stripping

He Binbin1，2，Zhou Qiongbo1，2，Zhang Hui1，Fu Ying1，Fang Shixiang1，2
（1.Yuntianhua Group Yunnan Phosphating Group Co.，Ltd.，Kunming 650600，China；2.National Engineering Technology Research Center for the Development and Utilization of Phosphorus Resources）

In the process of production of feedgrade DCP/MDCP，only m（P2O5）/m（F）≥250 in wet process phosphoric acid can meet the production requirements.The steam stripping technology was applied in defluorination of wet-process phosphoric acid.The influences of stripping method，stripping time，stripping temperature，concentration of phosphoric acid，and vacuum degree on the efficiency of removing fluoride were studied.Experiments showed that through decompression defluorination，put phosphoric acid with mass fraction of 50%into round bottom flask，added silica 2 time of F content，rose acid temperature to 100℃，controlled vacuum degree at 20 kPa for 1 h，m（P2O5）/m（F）could reach 286.97，and meeting the phosphoric acid requirements of feed grade calcium hydrogen phosphate（DCP）.

wet process phosphoric acid；defluorination；steam stripping

TQ126.35

A

1006-4990（2016）09-0049-02

2016-03-27

何宾宾（1985— ），男，硕士，工程师，主要从事磷化工及磷系新材料研究，在国内外核心期刊发表学术论文数十篇。

“十二五”科技支撑计划《低品位胶磷矿及浮选磷尾矿节能环保高效综合利用》（2013BAB07B05）。

联系方式：hebinfuying@126.com