湿法磷酸装置浓酸澄清槽增设4 m取酸口

彭 涛，刘明高，陈勇翔，邓光政，付海军

(宜都兴发化工有限公司，湖北 宜都 443300)

磷酸是磷化工产品的母体原料，现我国主要的磷酸生产工艺为湿法磷酸工艺，湿法磷酸工艺中，用硫酸和矿浆反应之后，生成液态的磷酸和硫酸钙结晶，相对于其他的方法来说，这种方法的磷酸分离只是简单的固液分离[1]，避免了在磷酸分离过程中产生高额的分离费用，这也是硫酸法湿法磷酸工艺优于其他工艺路线的最大特点。

1 工艺流程简介

兴发集团宜都兴发化工有限公司2012年10月建成1套30万t/a湿法磷酸装置，该装置分为萃取、渣场、浓缩及罐区三个工段组成，该工艺也是采用上述硫酸法得到磷酸，总反应方程式为：

Ca5F(PO4)3+5H2SO4+2H2O=3H3PO4+5CaSO4·2H2O↓+HF↑

在反应槽经过上述反应之后，反应料浆进入过滤机进行磷酸和磷石膏的固液分离，分离之后的磷酸进入罐区稀酸陈化槽内，然后转入稀酸澄清槽进行沉淀，因为稀酸沉淀时间较短的原因，稀酸澄清槽内的稀酸中的杂质只能沉淀出一部分，剩余的杂质随稀酸一起进入到磷酸浓缩工段，然后进入浓酸澄清槽进一步沉淀，直到符合下游车间的使用要求之后才能送酸。在这一整条工序中不难看出，浓酸的澄清速度起着非常重要的作用，直接影响到供酸的稳定性，也直接影响到下游生产的连续性。

2 浓磷酸沉降问题剖析

在上述的湿法磷酸装置中，罐区的浓磷酸澄清槽原本的设计为直径18 m，高12 m的圆柱形储罐，磷酸的储存量较大，同时下游车间的需求量也很大，这就存在一个对下游车间供酸稳定性的问题。

因磷矿中本身含有Fe、Mg、Al、Na、K等杂质，一般Al2O3含量在0.2%～3.0%，一定含量的Al2O3有利于碳酸钙结晶的形成，可提高过滤能力，与氟离子形成氟盐，减轻腐蚀作用；过高时与磷酸盐形成络合物，增加磷酸粘度，不利于过滤。磷矿中70%～90%的Al2O3溶解在过滤酸中，并生成沉淀物。磷矿中一般Fe2O3含量在0.1%～2.0%，与磷酸盐形成络合物，提高磷酸粘度，并生成淤渣。60%～90%的Fe2O3溶于磷酸中。磷矿中含0.2%～0.6%的MgO，我国的磷矿多半超过此范围，它生成磷酸盐和氟硅酸盐络台物，不利于硫酸钙结晶和过滤，并相应增加了磷酸粘度[2]，使浓磷酸沉降速率受到很大影响， 偶有出现浓磷酸无法澄清导致下游车间待酸停车的情况。由于我公司湿法磷酸装置旨在使用中低品位磷矿，在矿源这一角度出发解决问题与我们的初衷不符，因此我们开始在实验室对浓酸沉降进行模拟实验，具体实验情况如下：

1)取蒸发器样品至化验室，摇匀后倒入1000 mL量筒中，开始计时。

2)每隔一个小时记录上清液的沉降刻度。

3)记录结果如表1。

表1 结果记录

4)期间部分截图如图1。

图1 浓酸沉降模拟实验期间部分截图

5)浓酸沉降速率分析如图2。

图2 浓酸沉降速率

假设每个浓酸槽的液位为10 m对应实验中的1000 mL，因为随着沉降时间的推移，沉降至3 m左右的时候，浓磷酸的沉降速率明显减慢，并且在试验中由于量筒中的酸量较少，酸温下降较快，有利于酸中的杂质沉淀，但在实际生产中，酸槽中的酸量多，温度下降缓慢，所以酸的沉降速率也会随之减慢。通过最后的沉降速率曲线图我们可以清晰地看出，在4 m以上的浓酸沉降速率远远快于4 m以下的沉降速率。

我公司的浓酸澄清槽只设计了2 m和6 m的浓酸取酸口，通过这两个取酸口来判断浓酸澄清度，但这两个取酸口的跨度太大，在实际应用中发现该设计有一定的弊端，如果浓酸澄清槽转完酸后(液位10 m)，6 m取酸口取出浓酸样为清液后开始往下游送酸，直至槽位6 m，我们假象现在2 m取酸口处浓磷酸还处于浑浊状态，但2～6 m之间肯定还存在磷酸清液，根据上述实验，我们大胆猜想4 m以上浓酸处于澄清状态。

3 浓酸沉降处理方案

针对这一问题，公司对浓酸澄清槽进行改造，在浓酸澄清槽4 m处增设取酸口，对比试验中的数据，浓酸澄清槽2 m处(即实验中的200 mL处)澄清所花费的沉降时间太长，但是6 m至4 m(即实验中的400 mL处)时，所需的沉降时间较短，并且根据实际生产情况来看，浓酸向下游车间送酸按70 m3/h计(包括排淤量)，在6 m的酸澄清之后，10 m至6 m的酸共计约1000 m3，可供下游车间使用14.3 h，在这14.3 h时间内，6 m至4 m也可以澄清，达到下游车间的使用要求，能够继续向下游车间输送2 m清酸(约500 m3)，可供7.1 h左右，为4 m至2 m的清酸沉降争取了时间，让其充分沉降达到下游车间的使用要求，有利于下游车间的连续性生产，不会因为上游供酸不足而导致降低生产负荷或者停车等情况。

4 实际生产验证

在增加浓酸澄清槽4 m取酸口之前，由于2～4 m左右的酸澄清时间较长，无法向下游车间送酸，偶有出现下游车间因浓酸不达标供应不足而导致的待酸停车4～5 h。

通过增加浓酸槽4 m取酸口之后，车间能够更好的掌握浓酸的澄清情况，并根据实际情况来向下游车间送酸，大大提升了供酸的稳定性。同时，浓酸澄清槽6～4 m的清液可供下游车间使用时间约为7.1 h左右，在此期间浓酸澄清槽内2 m处磷酸也已经澄清，能够稳定向下游车间供酸。