磷矿及磷酸分质加工利用产业化技术开发与应用

王文毓

（云南云天化红磷化工有限公司，云南 开远 661699）

0 引言

云南云天化红磷化工有限公司（以下简称公司）磷铵产品由于质量优、绿色环保在东南亚市场享有“绿宝石”的美誉，并成为东南亚市场第一品牌，是积极响应和推进“一带一路”倡议，打造国际经济合作走廊的排头兵。然而公司自脱镁装置建成投产以来，由于原矿来源点多、种类多、矿石理化性质复杂多样，品质参差不齐，入选原矿w（P2O5）由原来的28.5%下降至26.0%以下，MER值（w（倍半氧化物）/w（P2O5））上升到0.20，导致出现了一系列不利因素，突出表现在以下几方面：（1）终端化肥产品对磷酸品质要求与磷矿石供给品质方面的矛盾突出。原湿法磷酸生产装置、工艺在磷矿石品质下降的情况下，磷矿浆MER值普遍在0.130左右，磷酸中MER 值达到0.110 左右，很难生产出w（总养分）64%、w（N）≥17.5%的磷酸二铵（DAP）产品。（2）磷复肥产品与客户需求差异化矛盾凸显，“一带一路”沿线国家贸易额下滑。受磷矿品质影响，出口东南亚市场的磷酸二铵产品（w（总养分）≥64%、w（N）≥17.8%）占比由原来的≥50%下降到≤40%，经济效益下降。（3）原7万t/a半水-二水法磷酸装置停产。高品位优质磷矿石短缺，矿粉指标无法满足w（P2O5）≥29.5%、w（MgO）≤0.8%、w（H2O）≤2.0%，生产成本高。配套干磨装置因占地大、扬尘大、能耗高也被迫停产闲置。（4）矿酸肥生产模式单一，缺乏灵活性和可调配性。

针对磷矿资源品质下降，许多中低品位磷矿无法使用或最大化利用，公司研究了磷矿浆、磷酸和终端化肥产品整个生产链，打破以往生产供给一种磷矿浆、生产一种磷酸的传统模式，开展“磷矿及磷酸分质加工利用产业化技术开发与应用”技术攻关与创新改进，在磷矿品质下降、好矿有限、不全部使用高品质磷矿情况下，仍可以生产出优质磷酸、优质磷复肥产品，保障了产品质量，实现绿色、节能、减排生产。

1 技术路线

通过研究脱镁矿浆生产、制磷酸、终端化肥产品全产业链，发现在磷矿品质下降的情况下，生产不出优质磷酸以及高氮优质磷酸二铵产品的关键在于传统的矿浆生产供给模式、制酸制肥模式无法获得优质磷矿浆来制取优质酸、优质肥，无法实现分类分级、差异化生产。本着磷矿浆综合品质虽然下降，但也可以分出部分品质好的矿浆，用于生产优质磷酸和高氮优质肥的理念，拟定总体技术路线为：从矿浆出发，将其分为好、较好、差3类矿浆，分别供给3套制酸装置生产出优质、较好、普通3类磷酸，分别供给化肥厂生产不同品质的磷复肥产品，实现矿酸肥高效利用，其技术路线见图1。

图1 磷矿浆分级利用技术路线

1.1 选矿磷精矿浆分级分类

1.1.1 磷矿石配矿技术开发

通过对磷矿浮选脱镁生产磷精矿质量指标的深入分析，系统总结胶磷矿在浮选提质前后P、Mg、R2O3变化关系，创建数学模型，用倒推法计算入选原矿需要的P2O5、MgO、R2O3指标，确定合适的原矿配比，科学配矿，保证浮选脱镁生产的磷精矿达到要求的质量指标。

1.1.2 半水-二水法磷酸装置原料路线改造与优化

因高品位优质富矿量急剧减少，价格大幅度上涨，无法采购到适价优质的磷矿石进行半水-二水法磷酸生产，导致公司7 万t/a 半水-二水法磷酸装置处于停产闲置状态。通过对脱镁磷矿浆理化性质、粒度特性的考察研究，针对浮选后磷精矿浆倍半氧化物有一定升高，不能满足半水-二水法磷酸工艺原料指标需求的问题，对磷精矿浆进行分级，将磷精矿浆分级后好矿浆送至加压过滤机进行过滤，过滤后w（H2O）15%以下的粉状含湿磷矿输送至半水-二水法磷酸装置的反应系统，形成湿式原料供给方式，解决了半水-二水法磷酸装置使用干磷矿易黏、易堵、计量不准、给料不连续均衡等问题。

1.1.3 制酸矿浆匹配扩能技术

公司建成投产的120万t/a脱镁装置，年生产磷精矿浆120 多万吨，仅能满足13 万t/a 二水法磷酸装置和20 万t/a 二水法磷酸装置90%的用矿量，再加上对7 万t/a 半水-二水法磷酸装置原料路线改造后，需要磷精矿浆近30万t，存在磷精矿生产量与磷酸装置用矿量不匹配的问题。通过对磨矿脱镁装置进行扩能改造，匹配矿酸产能。增加1 台浮选柱、3 台浮选机等浮选脱镁系列，新增1 台尾矿加压过滤机处理尾矿，提高矿浆生产供应能力，解决了尾矿脱水过滤能力不足和矿酸不匹配的问题，磷精矿浆年产量从120 万t 提升至180 万t，满足3 套磷酸装置用矿需求。

1.1.4 磷矿浆分类分级利用

公司脱镁装置设计采用单一反浮选脱镁选矿流程，一次浮选柱粗选获得合格磷精矿，浮选柱粗选尾矿进入浮选机扫选获得扫选磷精矿，浮选柱粗选磷精矿与浮选机扫选磷精矿合并为脱镁总磷精矿。根据普通磷铵及优质磷铵生产对磷酸的要求不同，将浮选柱粗选磷精矿与浮选机扫选磷精矿分开，取小部分浮选柱粗选磷精矿通过矿浆收集槽用泵打到旋流器组进行分级，分离出倍半氧化物高的细粒级溢流和高质量磷精矿沉砂，底流磷精矿沉砂通过收集槽用泵打到浓密机浓密后，得到最好矿浆供给半水-二水法磷酸装置使用，指标为w（P2O5）≥28.5%，MER 值≤0.105；分离出的细粒级溢流与大部分浮选柱粗选磷精矿合并进入浓密机浓密得到较好矿浆供给20 万t/a 二水法磷酸装置使用，指标为w（P2O5）≥28%，MER值≤0.115；浮选柱泡沫尾矿经浮选机扫选后，扫选磷精矿经浓密机浓密后所得差矿浆，供13 万t/a 二水法磷酸装置使用，指标为w（P2O5）≥26.5%，MER值≤0.160。

1.2 制酸、制肥分类分级加工

1.2.1磷酸串级浓缩工艺技术

原磷酸浓缩工序采用传统的单级运行工艺，渣多、效率低，运转率和负荷率均不高，淤酸固相部分w（不溶磷+枸溶磷）达到20.0%左右，成品浓磷酸w（固）为6.5%～8.0%，淤酸量较高，清酸比例低。2018 年对磷酸浓缩进行串级改造，采用2+1（即一级浓缩产能为二级浓缩的2 倍左右）模式运行，浓缩装置产能提升15%，一级浓缩酸固相部分w（不溶磷+枸溶磷）降到0.5%左右，一级浓缩淤酸返回萃取槽，二级浓缩酸w（固）降到2.0%～3.5%，淤酸量减少，清酸比例提高了10%以上［1］。

1.2.2磷酸品质提升技术改造与分类储存

根据前段矿、酸分类分级加工，将好矿浆制出的优质磷酸、较好矿浆制出的较好磷酸、差矿浆制出的普通磷酸进行分类浓缩和贮存。原有磷酸储槽无法满足分类贮存、分级使用要求，通过新增2个3 000 m3磷酸沉降槽和优化磷酸贮槽运作方式，磷酸沉降时间由45～55 h延长至80～90 h，为供酸品质改善提供了硬件保障，实现了不同品质磷酸串级浓缩生产、分类贮存、分级使用的生产模式，通过控制停留时间，减少了磷酸中杂质含量，MER 值下降了10%以上，提高了磷酸品质。

1.2.3优酸优用、配酸分类制肥

对历年生产不同化肥产品所需磷酸指标进行统计分析，得出不同化肥产品对应的磷酸指标，建立配酸模型及产品养分调整模型。例如：磷酸二氢钾生产所需磷酸必须为半水酸，MER 值小于0.087；w（N）18%的64%DAP、66%粉状MAP、66%DAP产品所需磷酸MER 值小于0.087；其余低养分产品根据产品养分情况进行分类配酸、供酸使用。

1.2.4磷复肥分类生产

经分类生产、分类浓缩、分类存储沉降，w（P2O5）48.5%、w（MgO）1.47%、w（R2O3）2.54%、MER 值为0.083的优质磷酸用于生产磷酸二氢钾产品、高水溶64%DAP 产品（w（N）≥18.0%）、66%DAP 产 品 和66% MAP 出 口 产 品；w（P2O5）47.51%、w（MgO）1.61%、w（R2O3）2.73%、MER值为0.091 的较好磷酸用于生产64%DAP 出口产品；w（P2O5）44.64%、w（MgO）1.79%、w（R2O3）3.37%、MER 值为0.116 的普通磷酸用于生产w（总养分）为54%～60%的DAP和MAP等一系列产品。

2 运行情况及效果

（1）通过项目实施，公司磷精矿浆产能从120万t/a 提升至180万t/a，半水-二水法磷酸装置原料由干矿粉转为含湿矿粉，并满足两套二水法磷酸装置的用矿需求。

（2）在确保产品品质的前提下，通过科学合理配入中低品位磷矿，使磷矿浮选入选品位w（P2O5）从27.5%下降至26.0%左右，w（R2O3）从2.4%提高至2.8%左右，大幅度降低了原料使用成本，扩大了磷资源使用范围，大大提升了磷矿资源利用率。

（3）半水-二水法磷酸原料路线改造完成后，磷矿浆分类分级供给，2019年半水-二水法磷酸装置累计磷酸产量6.28 万t，2020 年累计磷酸产量8.03 万t，2021 年累计磷酸产量7.8 万t，共生产磷酸22.11 万t。不仅盘活了7 万t/a 半水-二水法磷酸装置，而且通过原料路线的优化改造和半水-二水法磷酸装置的局部优化改进，使用优质含湿磷矿粉后半水-二水法磷酸装置产能由7 万t/a 提升到了8万t/a，取得了非常好的效果。

（4）磷矿浆分类分级技术研发成功后，将脱镁磷矿浆分为好、较好、差3种矿浆，分别供给7万t/a半水-二水法磷酸装置、20 万t/a 二水法磷酸装置、13万t/a二水法磷酸装置使用，起到了磷矿分类分级利用、高效综合利用的效果，节约了磷矿资源，降低了产品生产成本，支撑企业持续稳定发展。

（5）磷酸串级浓缩项目实施前采用单级浓缩生产，成品浓磷酸w（固）为6.5%～8.0%，改造后二级浓缩的成品磷酸w（固）为2.0%～3.5%，二级浓缩产品磷酸沉降后产生的淤酸明显减少。公司消化不完剩余的淤酸只能返回磷酸装置萃取槽，改造前淤酸中固相部分w（不溶磷+枸溶磷）达到20.0%左右。改造后一级浓缩产品磷酸沉降后产生的淤酸中固相部分w（不溶磷+枸溶磷）仅有0.5%，淤酸对过滤影响较小，降低了磷损失。

3 结论

通过实施“磷矿及磷酸分质加工利用产业化技术开发与应用”项目，科学配矿配酸，实现了磷矿及磷酸优矿优用、优酸优用，成功实现了在优质富矿大量消减的形势下，不全部使用优质高品位磷矿，仍可以生产出优质磷酸、优质磷复肥产品，实现有限资源高效利用，并取得了显著的经济效益、社会效益和生态效益。