制备磷酸的方法及其设备技术

本发明专利技术公开了一种制备磷酸的方法，该方法包括如下步骤：(1)用低过饱和度的石膏料浆分别同时分解磷矿石和分散硫酸，以分别产生含钙料浆和含硫酸料浆；(2)等当量混合含钙料浆和含硫酸料浆以形成低过饱和度的石膏料浆，其中该石膏料浆的一部分随后再返回第(1)步用于分解磷矿石和分散硫酸，其它部分循环用作混合含钙料浆和含硫酸料浆的稀释介质，以进一步降低过饱和度；(3)过滤来自第(1)步的含硫酸料浆以制备磷酸。本发明专利技术的方法显著降低了磷损，提高了过滤效率。同时本发明专利技术还提供了一种用于本发明专利技术方法的反应器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工领域，具体涉及一种新的制备磷酸的方法及其设备。
技术介绍
本领域中常用磷酸制备方法包括“湿法磷酸”工艺，该工艺就是用磷矿石和硫酸反应生成磷酸产品和石膏副产品，生成的磷酸用过滤方法和石膏分离。根据反应的条件不同，在“湿法磷酸”生产过程中所形成的一般有二水石膏 (CaSO4 · 2H20)和半水石膏(CaSO4 · V2H2O)。尽管半水法能生产高浓度产品酸，目前“湿法磷酸”生产大都采用二水工艺。随着有效的控制手段的进步，更高效的冷却，特别是料浆高倍循环的实现，一般现代化工厂一条生产线就能日产2000吨以上IW然而生产过程中仍有两个似乎不能克服的困难，一个是副产品中很高的磷损，二是生产过程中的波动。而波动会导致效率的更加降低和P2O5损耗的进一步升高，含有大量磷的副产品石膏在就地或就近堆放后就会造成环境污染，而且石膏堆的建设和维护都会花费大量资金。一般情况下有超过4%的P2O5残留在石膏中，这当中只有小部分是未分解的矿石， 对环境没有影响，大部分的残留磷不是为在石膏结晶过程中由磷酸根在晶格中替代硫酸根而生成的桔溶性P2O5，就是由于石膏没有洗涤干净的水溶P2O5。桔溶性磷和水溶磷会慢慢从石膏堆中析出进入水池，如果石膏堆在建造时没有使用防渗膜那它还会渗入地下水。由此人们就期望在生产过程中使副产品石膏不含磷。这样不但P2O5的回收率提高了，水的污染没有了，生产的石膏对环境也没有污染而且还可以用于其他工业。在传统的“湿法磷酸”生产过程中，P2O5损耗发生在两个地方一个是矿石的分解处，另一个就是硫酸添加的地方。由于矿石的高速分解和返回料浆中大量的硫酸根的存，会在矿石加入时产生大量的石膏结晶。由于液相的粘度很高再加上30%的固相石膏晶体的存在，在现行工业中所使用的搅拌强度下矿石颗粒周围料浆为层流层流体，石膏结晶时磷酸根就被夹带进来。在矿石颗粒大并且反应性低时就有可能被包裹，矿石的不完全分解就会造成硫酸过剩，从而产生过程波动，而波动的结果又会造成更多的矿石不反应。在这样一个溶解-结晶的伴生过程中，白云石和方解石会对过程产生更大影响。 因为通常情况下它们的颗粒更细，分解速度更快，这样它们就更快地增加了钙离子的浓度， 造成在更短时间内更高的过饱和度，大量的细小石膏结晶会发生并产生矿石被包裹现象， 硫酸根浓度的波动也就因此而发生。其它杂质如铁、铝、镁等也都由于结晶过程的加长对结晶有更大影响，如果这些杂质以离子形式存在，那它们对结晶的影响就会小得多。以上这些对溶解伴生结晶过程的影响因素会被矿石的反应性，粒度分布，化学组成，以及搅拌，产品酸浓度，料浆固含量，反应时间，和料浆返回比而变得更复杂。整个过程其实已变为扩散控制，这时候正被溶解的矿石颗粒周围的水含量就变成一个重要的石膏晶体过滤性的影响因素，而其反应热力学对过程效率的影响却退居其次。对于这样一个复杂的反应体系，以上所述的这些因素对石膏的成核和其晶体的生长的影响还没有认识透彻，也正因为这样的复杂性，至今磷酸的生产还是被极大地神秘化了，生产的控制在很大的程度上还是依赖于经验。至于硫酸的加入，即使有很强的搅拌还是无法避免局部的过饱和状态。这样的过饱和度虽然是短暂的，但由于液相的高粘度，就会造成即时结晶，这时候就会出现磷酸根在石膏中的晶格取代，而且结晶也会细小。不管是由矿石的添加或由硫酸的加入而产生的过饱和度，都会导致高磷损和难过滤的细小石膏结晶，而很少量的细小晶体就会导致过滤和洗涤效率下降。
技术实现思路
这样来说，理想的状况就是在磷矿石或硫酸加入时阻止结晶的生成，因此就不会产生磷损和过滤效率的降低。因此，本专利技术的一个目的是提供一种制备磷酸的方法，该方法包括如下步骤(1) 用溶液中含有化学当量平衡的钙离子和硫酸根离子并且低过饱和度的石膏料浆分别同时分解磷矿石和分散硫酸，以分别产生含钙料浆和含硫酸料浆；( 等当量混合步骤(1)中的含钙料浆和含硫酸料浆以形成含有化学当量平衡的钙离子和硫酸根离子并且低过饱和度的石膏料浆，其中该石膏料浆的一部分随后再返回第(1)步用于分解磷矿石和分散硫酸， 其它部分循环用作混合含钙料浆和含硫酸料浆的稀释介质，以进一步降低过饱和度；(3) 过滤来自第(1)步的含硫酸料浆以制备磷酸。根据如上所述的制备磷酸的方法，其中，所述步骤(1)中用于分解磷矿石的石膏料浆的量由料浆和磷矿石中所含P2O5决定，两者所含P2O5的重量比为5-40 1。根据如上所述的制备磷酸的方法，其中，所述步骤(1)中用于分散硫酸的石膏料浆与硫酸的重量比为30-90 1。根据如上所述的制备磷酸的方法，其中，所述步骤(1)中用于分散硫酸的石膏料浆与步骤(3)中过滤的含硫酸料浆的重量比为5-15 1。根据如上所述的制备磷酸的方法，其中，所述步骤O)中循环用作混合含钙料浆和含硫酸料浆的稀释介质的石膏料浆的重量是含钙料浆和含硫酸料浆的总重量的10-50倍。根据如上所述的制备磷酸的方法，其中，所述步骤( 中返回第(1)步用于分解磷矿石和分散硫酸的石膏料浆占步骤O)中形成的总的石膏料浆的50份之1到10份之1。根据如上所述的制备磷酸的方法，其中，所述低过饱和度指饱和度低于1. 1。其中， 过饱和度为其离子浓度积除以饱和离子浓度积。根据如上所述的制备磷酸的方法，其中，步骤(1)中分解磷矿石以及步骤( 中混合步骤⑴中的含钙料浆和含硫酸料浆的温度比步骤⑴中分散硫酸的温度高2-10°C。根据如上所述的制备磷酸的方法，其中，步骤( 产生的石膏料浆中的P2O5的重量含量比来自第(1)步的将要过滤的含硫酸料浆中的P2O5的重量含量低1-5%。本专利技术的另一目的是提供一种用于如上所述制备磷酸的方法的反应器，该反应器包括3个反应室，磷矿石分解反应室(14)、硫酸分散反应室(15)、混合反应室(16)，其中混合反应室(16)由隔墙(17)分成两个反应室(16-a)和(16_b)，其特征在于，磷矿石分解反应室(14)、硫酸分散反应室(1 分别设有用于使料浆进入反应室(16-b)的流量可控制通道09)和(30)，隔墙(17)设有使料浆由反应室(16-b)流入反应室(16-a)的流量可控制通道(20)，并且反应室(16-a)设有用于使料浆分别进入磷矿石分解反应室(14)和硫酸分散反应室(15)的流量可控制通道02)和03)以及用于使料浆返回反应室(16-b)的流量可控制通道(27)和(28)。根据如上所述的反应器，其中，所述磷矿石分解反应室(14)、硫酸分散反应室 (15)、混合反应室(16)是等容的。根据如上所述的反应器，其中，所述反应室(16-a)和(16_b)是等容的。根据如上所述的反应器，其中，所述磷矿石分解反应室(14)、硫酸分散反应室 (15)、反应室(16-a)和(16-b)中分别设有搅拌器。根据如上所述的反应器，其中，所述反应室(16-b)中的搅拌器为分别与流量可控制通道09)和(30)相通的带套筒搅拌器(18)，并且该带套筒搅拌器(18)中设有用于将料浆提升至流量可控制通道OO)的螺旋搅拌桨(19)。根据如上所述的反应器，其中，所述磷矿石分解反应室(14)中设有沉降室。根据如上所述的反应器，其中，所述磷矿石分解反应室(14)和反应室(16-b)中的温度比硫酸分散反应室(15)中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱寿连，
申请(专利权)人：朱寿连，
类型：发明
国别省市：