磷酸工艺知识讲解
第一讲 二水湿法磷酸工艺原理
一、湿法磷酸生产化学反应原理 1、反应方程式：
Ca5(PO4)3F + 5H2SO4+ 5n?H2O = 5CaSO4?nH2O + 3H3PO4 + HF↑
磷矿石 硫酸 磷石膏(副产品) 磷酸(产品) 尾气
其中，未定变量n有三种值，分别为0、1/2、2，则对应的副产品也分为三种，分别为无水物、 半水物与二水物。同时对应的生产方法也分别叫：无水法、半水法与二水法。在实际的国内乃至国 际工业生产中，二水法磷酸的生产工艺占80%以上。 2、二水法磷酸工艺原理：当n=2时，1中的方程式为：
Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O = 5CaSO4?2H2O + 3H3PO4 + HF↑
3、硫酸分解中磷矿分两步完成 ① 磷矿首先被磷酸分解：
② Ca(H2PO4)2与硫酸反应生成磷酸：
5Ca(H2PO4)2 + 5H2SO4 + 10H2O = 5CaSO4?2H2O + 10 H3PO4
由上可知，磷矿在反应槽中首先与槽内的磷酸反应，所以工艺上应将硫酸加入点放在磷矿加入 点的后面位臵。
4、什么叫二水湿法磷酸工艺？
磷酸的工业生产方法分为热法生产与湿法生产两类。从广义上讲，凡是用酸分解磷矿制成的磷酸， 称为湿法磷酸，通常用硫酸分解磷矿，所以上述用硫酸分解磷矿，且副产品是二水物的磷酸生产工 艺称为二水湿法磷酸工艺。
5、二水法工艺技术主要特点：（与半水法或其它方法相比较） ① 流程简单、操作稳妥可靠；
② 装臵建厂数量最多，且单系列生产规模最大，居各种工艺之首； ③ 对磷矿适应性强，特别对我国磷矿品位低，杂质含量高的情况尤为适用；
④ 在较低的酸温和较低的酸浓度下操作，使得衬胶设备和不锈钢设备使用寿命延长； ⑤ 二水石膏过滤不受过滤机类型限制，转台式、翻盘式及带式均可使用； ⑥ 工业化磷酸装臵P2O5收率一般在94%——96%之间。 二、湿法磷酸生产的原料
湿法磷酸生产的主要原料是磷矿与硫酸。两种原料所占费用约为生产成本的80%——90%。 （一）硫酸。常用的硫酸浓度为93%——98%，我厂采用98%硫酸。在生产中，硫酸浓度应考虑两种因素：水的平衡与反应温度。
附：磷酸生产中，影响水平衡的因素有：①磷矿 P2O5含量；② 成品磷酸浓度；③ 加入硫酸浓度； ④ 系统总的蒸发水；⑤ 磷石膏滤渣的游离水。 （二）磷矿： 影响磷矿质量的因素：
１
Ca5(PO4)3F+7H3PO4=5Ca(H2PO4)2+HF
1、品位，即P2O5含量。品位越高，越利于生产。实际上一般要求≥28%。
2、CaO含量（常用CaO/ P2O5表示）。CaO/ P2O5是决定硫酸单耗的主要因素。一份CaO要消耗
1.75份硫酸。CaO/ P2O5 理论比值为1.31，超过该值则需要消耗额外的硫酸。一般要求CaO/ P2O5≤1.45～1.55。
3、MgO含量。MgO存在，① 反应过程中使料浆粘度增大；② 反应中中和部分H+，多消耗硫酸；③ 使成品肥吸湿性增大，一般要求MgO/ P2O5 ≤0.05～0.1
4、倍半氧化物（
5、SiO2含量。① 反应时生成的HF首先与SiO2作用生成氟硅酸，降低HF的强腐蚀性，有利于生
产；② 过多的硅与磷石膏一起析出，增加过滤的负荷。 6、分散性泥质的含量。不参加反应，随磷矿石一起沉淀，过滤时易堵塞滤布，降低过滤速度。粒径40μm下泥质危害最大，含量达4%——5%时过滤困难。
（附：2～7为杂质含量，其中3、4为有害杂质。磷矿中允许的杂质含量与P2O5含量有关，P2O5高的磷矿，相对可允许有较多的杂质，因此规定杂质含量用相对含量）。 三、结晶
生产中要求获得粗大、整齐、均匀的硫酸钙结晶。（目的） 反应中，Ca2+与SO42—碰撞生成结晶，结晶的主要动力依靠系统中SO42—过量，形成过饱和状态。在恒定过饱和且过饱和又不大的等温结晶过程可以得到比较理想的结晶。 1、影响结晶的因素：
① 液相SO3浓度；② 反应槽中磷酸的浓度；③ 反应温度；④ 料浆中的固相含量（常用液固比表示）；⑤ 矿浆细度达到特定范围，太细，反应太快，形成大量小晶体，太粗，易造成包裹，都不利于结晶；⑥ 矿石中杂质的影响：a.铝有利于结晶，b.镁增大粘度，不利于结晶，c.SiO2可改变结晶习性，d.有机物，易生成泡沫，抵消搅拌效果，不利于结晶。(纯的石膏结晶为单晶系，相对密度为2.32。典型的晶体呈斜方形，其长度与宽度之比为2～3 ：1)。
2、二水湿法流程的P2O5损失五种原因：① 洗涤不完全；② 未被分解的磷矿；③ 磷酸盐沉淀；
④ 机械损失；⑤ 石膏晶间 P2O5损失。
3、生产中用严格控制反应温度，加矿、加酸速度，加强搅拌并加大回浆的连续操作方式来有效控
制溶液的过饱和度，使二水物的结晶尽可能在初始过饱和度不大且过饱和度和温度都比较稳定的条件下进行，以便获得粗大、整齐、均匀的二水硫酸钙结晶。 四、工艺计算：
1、萃取率：表示磷矿分解程度的百分数，即反应中已分解的 P2O5与磷矿中的 P2O5比值，
公式表示：（1 － 磷矿未分解的 P2O5/ 磷矿中的 P2O5）×100%
常用下面公式计算﹙ 1－石膏值×磷石膏中不溶磷／矿浆含量〕×100﹪
2、洗涤率：已被洗涤回收的 P2O5与磷矿中的P2O5的比值，表示过滤系统的洗涤程度
常用下面公式计算﹙ 1－石膏值×磷石膏中水溶磷／矿浆含量〕×100﹪
２
7、有机物含量。① 生成泡沫，使反应、料浆输送、过滤困难；② 形成细小碳粒易堵滤布。
3、过滤强度：表示单位时间，单位过滤面积上过滤的 P2O5量或磷石膏量。 4、石膏值：指单位质量的磷矿被硫酸分解后得到磷石膏的质量
常用下面公式计算 CaO﹪×172.1／56 ＋ 酸不溶物﹪
第二讲 二水湿法磷酸的工艺流程
一、工艺流程方框图（简述）
反吹孔吸干孔初滤三洗区 二、几个关键设备的型号、尺寸。（本部厂） 1、两台球磨机（作用：将碎矿石研磨成矿浆） 1＃球磨机 2＃球磨机 规格 功率 额定电压 一万伏 一万伏 2.2m×６.5m 二洗区380千瓦 2.2m×６.5m 380千瓦 成品吸 钢锻量 总装重量 额定钢球量干区30吨 12吨 18吨 生产能力 12-20m3矿浆/小时 12-20m3矿浆/小时 2、萃取槽（单浆圆槽2个）
每一个槽体的尺寸为：Φ8.6m×6.9m
总容积： 3.14×4.32 × 10＝580 m3
30吨 一洗区12吨 18吨 轴流泵：流量2800 m3/h，扬程：3m，功率：90kw。 萃取槽作用：硫酸分解磷矿的反应与结晶的容器。 轴流泵作用：将料浆打入闪蒸室使料浆循环。
3、过滤机总面积55 m2，有效过滤面积45 m2。 作用：将萃取料浆实现液固分离
附：洋丰磷铵厂过滤机面积为48m2，S-NPK磷酸为80 m2 4、沉清池 本厂共2个沉清池，每个沉清池总容积100 m3。
作用：将磷酸中夹带的磷石膏在重力作用下沉降下来，减少磷酸的含固量，使磷酸变清澈。 5、真空泵（共三台）
① 过滤大真空泵（水环式）：功率132kw，作用：使过滤系统呈负压，强制过滤； ② 反吹真空泵（水环式）： 功率55kw，作用： 吸干滤盘带水与吹掉滤盘中滤渣； ③ 降温真空泵（水环式）： 功率37kw，作用： 使闪蒸室内呈负压，降料浆温度。
三、几个局部部分工艺流程
反吹孔吸干孔1、原料工段：本厂原料工段第一二级为颚式破碎机，第三级为反击式破碎机，流程图如下：
2、萃取工段：
（1） 萃取槽部分：
初滤３
三洗区
至烟囱排空风机料浆去过滤机湍球塔文丘里洗涤塔硫酸萃取槽I配表面冷却器萃取槽II配表面冷却器溢流矿浆淡磷酸来自过虑系统闪蒸冷却
文字叙述：浓H2SO4与磷酸矿浆经计量加入反应槽，反应槽为两个单桨圆形槽。浓H2SO4与回磷酸加入第一反应槽的1～2区。磷矿浆加入反应槽1区，反应槽料浆在轴流泵和搅拌浆的作用下同向流动，部分料浆进入缓冲槽，由轴流泵经闪蒸冷却器移走反应热后返回反应槽。随后部分成熟（2）料浆的真空冷却系统： a.流程图：
的料浆溢流到第二反应槽，大量的料浆返回第1区，由料浆中的稀磷酸分解磷矿。
反吹孔吸干孔初滤三洗区二洗区b.文字概述：
成品吸干区
萃取槽的热料浆经轴流泵打到闪蒸室中，在一定的真空度下，料浆成为加热状态而闪急蒸发一洗区出水分，使料浆自身温度降低到沸点，冷却后的料浆依靠重力流入萃取槽。
由闪蒸室排出的蒸汽从下向上进入冷凝器，同时循环冷水从上向下进入冷凝器，被冷凝器内部的几层筛板分成无数水珠。热的蒸汽与冷凝水充分换热，大部分蒸汽被冷凝下来，少数不凝气体由真空泵抽出排空。
c.低位真空冷却：“低位”是相对而言，指闪蒸室安装在较低的标高上，其液封液柱较短。它能节约安装费用，降低轴流泵功率消耗。
闪蒸室作用：将热料浆臵于一定真空下，形成过热沸腾，而闪急蒸发水分，使料浆温度降低到该
压力下的沸点。 d.真空冷却的优点：
① 冷却效果好，反应槽温度容易控制； ② 冷却尾气废热可被部分回收利用；
③ 将料浆中逸出的有害气体，在冷凝器中用水洗涤，进入热水中返回工艺系统。预先除去部分
有害气体，减轻萃取尾气处理系统压力。 （3）尾气处理系统：
４
反吹孔
吸干孔初滤三洗区成品吸干区文字叙述：在尾气风机动力作用下，萃取槽产生的尾气流向顶部的气管，进入文丘里洗涤塔内，
二洗区作第一级洗涤，然后进入湍球塔，作第二级洗涤，最后经尾气风机送入烟囱排空。
自湍球塔来的洗涤水经文丘里喉颈处喷入，除去尾气中大部分含氟气体与热量。产生的含氟热
水部分打至过滤机作洗水，部分用不完的溢流入循环热水池。用洗涤泵将循环池内冷水打入湍球塔作第二级洗涤，湍球塔流出的热水流入循环热水池。
3、过滤系统
（1）过滤机示意图（平面）：我厂采用翻盘式过滤机：
反吹孔吸干孔反吹孔吸干孔
一洗区初滤三洗区初滤三洗区成品吸干区二洗区一洗区成品吸干区二洗区一洗区
过滤机各区示意图（平面） 下错气盘示意图
吸干、复位等过程。
（2） 过滤系统流程：
过滤机运行一周依次完成布料浆，初滤、成品区吸干，一洗，二洗、三洗、翻盘吹渣、冲盘、
５