一种利用中低品位磷矿制备高浓度磷酸的方法技术

一种利用中低品位磷矿制备高浓度磷酸的方法，其特点是在现有磷酸萃取装置的基础上，利用硫酸直接分解中低品位磷矿，分解中低品位磷矿后的料浆溶液，经过分离，采用一定量的洗水充分洗涤固体磷石膏，使磷石膏中的水溶磷达到与使用优质磷矿产生磷石膏中的水溶磷一样的水平（０．３％），同时可以生产高浓度磷酸。其具体方法是：在生产高浓度磷酸过程中，把增大磷石膏的洗水量分离出萃取磷酸系统，这部分洗液用来生产沉淀磷酸盐，避免水量增大对原有系统产生的不利影响，在此过程中部分磷元素被用来生产精细沉淀磷酸盐，从而可以使磷的损失达到最低，生产沉淀精细磷酸盐的母液被循环到磨矿系统或作为磷石膏的洗水加以循环利用。

【技术实现步骤摘要】
一、
本专利技术应用的
是磷酸盐的生产。二、
技术介绍
我国是磷矿资源大国，磷矿生产和消费均居世界前列，磷矿的保有储量为151.58亿吨。我国磷矿以中低品位为主，随着国内外磷肥消费量的攀升，磷肥生产企业所赖以使用的高品位磷矿也在加速枯竭。目前，国内外所有磷肥生产企业均不能使用中低品位磷矿生产出25％(P2O5)以上的高浓度磷酸。在国际上，为了获得较好的企业经济效益，并可保证工厂的正常、稳定地运行，湿法磷酸工厂对原料磷矿的质量要求很严，典型的磷矿P2O5品位及杂质含量一般有如下的规定：表1-1国际上对用于湿法磷酸加工的磷矿要求    P2O5    ≥31.11～32.03％    MgO    ≤  0.3～0.4％高品位磷矿的使用年限为约10～15年，为了延缓高品位磷矿的使用年限，中低品位磷矿的开发利用显得尤为迫切。中低品位磷矿中杂质高，含磷多在25％以下，每生产1吨P2O5产生的石膏量为7.5吨左右(以20％P2O5计)，而高品位磷矿((以30％P2O5计))生产1吨P2O5产生的石膏量为5.3吨左右。为了保证一定的洗涤率，利用低品位磷矿生产磷酸过程中，就需要更多的洗涤水，这样，所生产的湿法磷酸浓度就比较低，这也是目前国内外湿法磷酸生产企业不能利用中低品磷矿生产高浓度磷酸的主要原因。在已有的技术中，专利CN1151959C涉及了一种采用中低品位磷矿生产饲料级磷酸氢钙的方法，其实质是采用传统的磷矿分解方法，把中低品位磷矿与硫酸反应生产的湿法磷酸与一部分矿浆反应生成饱和的磷酸二氢钙溶液，利用该溶液进一步生产磷酸氢钙，或该溶液进一步与硫酸反应生产湿法磷酸，该技术仅仅是把目前我国磷酸氢钙的传统生产方法延伸到了中低品位磷矿，专利并没有描述其所生产的磷酸浓度，一般情况下，采用专利中所属的技术路线所生产的磷酸浓度也仅有15～22％，不可能达到目前国内外大型磷酸装置所生产的25～32％的浓度。专利CN1683239A描述了一种采用中低品位磷矿生产磷酸的方法，其工艺路线也是采用专利CN1151959C生产磷酸氢钙的工艺路线生产磷酸，只不过该专利较详细描述了采用中低品位磷矿制备磷酸的详细过程，但是该专利也不过能生产磷酸浓度为18～22％的产品，不可能达到25～32％。专利CN1792776A中也描述了一种采用中低品位磷矿生产磷酸的方法，该方法的主要原理也是采用磷酸分解磷矿，分解液中主要是磷酸二氢钙的饱和溶-->液，用硫酸进一步分解该饱和溶液，得到磷酸，其所得到的磷酸浓度也在20～24％。综上所述，这三个专利的共同之处主要是在磷酸二氢钙饱和溶液上面做文章，在实验室小装置蒸发量较大的情况下，所制得的磷酸浓度也不超过24％，如果目前国内外湿法磷酸装置采用中低品位磷矿生产湿法磷酸，需要做大量改造，投资较大，不具可操作性。本专利技术是利用中低品位磷矿直接生产高浓度磷酸，可以节约浓缩需要的蒸汽，从而节约生产成本，进而可以制备优质的水溶性磷酸盐产品。本专利技术所利用的中低品位磷矿在使用之前无需对磷矿进行富集，而是直接使用中低品位磷矿与硫酸反应，得到的产品磷酸浓度在25～32％之间，这不但为企业节约浓缩费用，同时也为创建节约型社会提供技术保证。例如一套30万吨的磷酸生产装置，如果把磷酸浓度从22％提高到27％，那么每生产一吨磷酸节约蒸汽(0.2MPa)1.1吨，每年节约蒸汽(0.2MPa)33万吨，折合6万吨标煤。三、
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提出的一种直接利用中低品位磷矿制备高浓度磷酸的技术。其特点是在现有磷酸萃取装置的基础上，利用硫酸直接分解中低品位磷矿，分解中低品位磷矿后的料浆溶液，经过分离，采用一定量的洗水充分洗涤固体磷石膏，使磷石膏中的水溶磷达到与使用优质磷矿产生磷石膏中的P2O5一样的水平，同时保证了所生产磷酸的浓度不变。每生产一吨P2O5需要20％P2O5的磷矿约5.3吨，产生磷石膏约7.5吨左右，是标矿(30％P2O5)产生磷石膏量的1.415倍。同样，为了保证采用中低品位磷矿生产高浓度磷酸所产生的磷石膏中的水溶性P2O5小于0.3％，采用中低品位磷矿生产磷酸产生的磷石膏的洗水用量也应该是标矿洗水量的1.415倍。由于萃取磷酸系统的洗水全部返回萃取槽，这样采用传统工艺路线利用中低品位磷矿所制得的磷酸浓度就不可能超过20％。本专利技术正是利用萃取磷酸系统的水平衡，巧妙解决了目前磷酸生产装置不能利用中低品位磷矿生产高浓度磷酸的问题。本专利技术涉及到的一些化学反应式如下：Ca5F(PO3)3+5H2SO4+10H2O＝3H3PO4+5CaSO4·2H2O↓+HF↑CaCO3+H2SO4＝CaSO4·2H2O↓+CO2↑MgCO3+H2SO4＝MgSO4+CO2↑+H2O本专利技术可以直接应用到目前的湿法磷酸生产装置上，即用硫酸直接分解中低品位磷矿。由于中低品位磷矿产生的石膏量比采用优质磷矿产生的磷石膏量大，为了达到同样的洗涤效果，洗水用量也较大。但是，如果采用传统的方法，即把洗水全部返回磷酸萃取系统，就无法有效保证磷酸浓度，本专利技术把部分洗液抽出磷酸萃取系统，由于这部分洗液含P2O5只有10％左右，只能制备沉淀磷酸盐，例如磷酸钙盐、磷酸锌盐和磷酸镁盐等水不溶性磷酸盐，-->这样不但可以有效利用中低品位磷矿中的磷，同时也可以保证较高的磷酸浓度，这部分较高浓度的磷酸就可以采用浓缩的方法生产水溶性的磷酸盐产品，例如磷酸铵盐、磷酸钠盐和磷酸钾盐等。抽出系统的部分洗液在生产沉淀磷酸盐后，产生的母液可以全部或部分返回到磨矿或做磷石膏的洗水循环使用，这样就完成了中低品位磷矿的水平衡问题。如果按照传统的工艺路线，直接利用中低品位磷矿与硫酸反应生产湿法磷酸，所有洗液都返回到磷酸萃取系统，那么采用这样的湿法磷酸生产工艺会产生很多问题，具体体现在下列几个方面：(1)如果要生产高浓度的磷酸，洗水量必须减少，这样磷石膏中的水溶性P2O5就会在1～2％，磷石膏的洗涤率就会低于95％，磷石膏的堆放会造成严重环境污染。(2)如果磷石膏洗涤率要达到99％以上，生产的磷酸浓度较低，萃取槽的效率低下。(3)采用较低浓度磷酸生产水溶性磷酸盐，需要浓缩的费用将会大大提高，以浓缩一吨P2O5为例，如果把20％的萃取磷酸浓缩到48％，需要的蒸汽(0.2MPa)量约为3.8吨，如果把28％的萃取磷酸浓缩到48％，需要的蒸汽(0.2MPa)量约为1.93吨，即浓缩到同样的浓度，浓缩高浓度磷酸(28％)比低浓度磷酸(20％)少消耗蒸汽1.87吨，以30万吨磷酸(P2O5)装置为例，采用中低品位磷矿生产高浓度磷酸(28％)比生产低浓度磷酸(20％)每年少耗蒸汽量56.1万吨，每吨蒸汽按照80元计算，每年节约费用4488万元。本专利技术的核心技术在于：直接利用中低品位磷矿生产高浓度磷酸。在生产高浓度磷酸过程中，把增大磷石膏的洗水量分离出萃取磷酸系统，这部分洗液用来生产沉淀磷酸盐，避免水量增大对原有系统产生的不利影响，在此过程中部分磷元素被用来生产精细沉淀磷酸盐，从而可以使磷的损失达到最低，生产沉淀精细磷酸盐的母液被循环到磨矿系统或作为磷石膏的洗水加以循环利用。在已有商业化的技术中，对中低品位磷矿的利用多采用先选矿后加工的方法。其中若采用物理选矿投资相当大，选矿成本也相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用中低品位磷矿制备高浓度磷酸的方法，其特征在于：分解中低品位磷矿采用传统的磷矿分解方法，但是所生产的磷酸浓度在２５～３２％，磷石膏的洗涤率在９９％以上。

【技术特征摘要】
1.一种利用中低品位磷矿制备高浓度磷酸的方法，其特征在于：分解中低品位磷矿采用传统的磷矿分解方法，但是所生产的磷酸浓度在25～32％，磷石膏的洗涤率在99％以上。2.萃取磷矿的反应条件为：温度为60～90℃，时间为2～7小时，液固比为：1.5～4∶1，SO3控制范围为1～7％；最佳反应条件为：温度75～85℃，液固比为2.0～3.0∶1，根据矿源不同，最佳时间为2.5～7小时，控制SO3为2.5～6.0％。3.根据权利(1)和(2)的要求，依据所用磷矿来源和含磷量的不同，洗涤磷石膏的洗水量变化较大，总体以石膏中的水溶性P2O5小于0.3％为依据。4.根据权利(1)、(2)、(3)的要求，为了保证磷酸浓度和磷石膏中的水溶性P2O5含量，洗涤磷石膏产生的洗液不能全部返回萃取磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志业，王辛龙，陈晓东，费德君，王励生，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]