盐酸分解磷矿装置设计
摘要：本论文以解决现有盐酸法分解磷矿制饲料磷酸氢钙流程问题为目的,进行了多方面的研究.研究内容主要包括:通过对酸解动力学行为及酸解液中杂质影响的研究,寻求较佳的酸解工艺控制条件;通过对酸解液中胶体及不溶物的絮凝沉降影响因素的研究,寻找较为合理的沉降操作条件;通过对不加絮凝剂的沉降浓缩液离心分离实验及仿带式真空过滤机的平底漏斗实验,评价了二次酸解工艺,推荐了过滤操作条件.以此为基础,对饲料磷酸氢钙的去渣二段中和新流程作了一些探索性工作.即盐酸分解磷矿的酸解液先不进行中和,而直接将酸解液快速沉降、过滤,分离掉酸解过程中产生的残渣、胶体的大部分,然后将清液进行第一次中和,脱出重金属、氟、少量的磷酸氢钙作为肥料(即白肥)使用,滤液进行第二次中和.结果令人满意,不仅使饲料磷酸氢钙磷回收率从58-61％提高到了72％,新增白肥磷回收率18-20％,而且,每吨饲钙产生的废渣量从1-1.5吨下降到了265kg,使流程的经济效益及环保效益都大大的提高.本研究工作不仅打通了现有的不去渣二段中和、混合脱氟工艺的生产限制瓶颈——渣沉降和饲钙分离.并且对现装置布局不作大的改动和投入的情况下,可改造为去渣的二段中和流程,使现生产装置能力大幅度提高.该工艺技术合理,流程通畅,实验重现性好,操作可靠,去渣技术有独创性,国内未见报道.
关键词：盐酸分解；磷矿；装置设计；二次酸解；萃取
1. 前言
我国的磷肥工业起步较晚。20世纪50年代在南京和太原兴建了两个大型磷肥厂，主要生产过磷酸钙；20世纪60年代初，开始发展钙镁磷肥；20世纪80年代以来，磷酸铵和硝酸磷肥相继投产，使磷肥工业开始向高浓度、复合化方向发展。但由于我国磷矿资源多为中、低品位，生产高浓度磷肥有一定难度。从我国实际情况出发，磷肥工业的发展必然是多层次、多规格、多品种。
磷酸是现代磷肥工业的基础，主要用做高浓度磷肥与复合磷肥的原料。作为磷肥工业的原料是指正磷酸或聚磷酸-水体系。
生产正磷酸有热法和湿法两种。热法生产磷酸是利用元素磷在空气中氧化成磷酐，经吸水后获得。湿法生产磷酸，先用酸分解磷矿粉，再将生成的磷酸与相应生成的钙盐分开。
生产磷肥主要有热法与酸法两种工艺流程。热法生产是利用高温分解磷灰石的结构，并加入配料，使磷生成为可被植物吸收的磷酸盐。酸法生产是用硫酸、硝酸或盐酸分解磷矿粉中磷灰石结构，并把其中的钙盐分离出来，使磷转化为可溶性磷酸盐。
此外，将磷矿石经机械粉碎所生产的磷矿粉，也可直接用作磷肥。
用热法与酸法或机械粉碎所产生的磷肥，按其溶解度可分为水溶性磷肥、弱酸溶性磷肥和难溶性磷肥。
以
磷矿为原料生产的含有作物营养元素磷的
化肥。最早的磷肥是
过磷酸钙，现已逐渐被磷酸铵和
重过磷酸钙等高浓度磷肥取代。
磷酸铵类肥料和
硝酸磷肥等的生产过程虽与上述磷肥生产过程相近(或密切相联)，习惯上也把它们归属于磷肥范畴，实际上，它们是既含营养元素氮，又含营养元素磷的
复合肥料。1980-1981肥料年度,世界磷肥总产量(以P
2O
5计)为34.44Mt。中国1983年的产量为 2.666Mt。磷矿粉直接施肥，在美国、苏联和中国等有一定的数量，但都不统计在磷肥的产量内。美国在新开垦地上大量施用磷矿粉作为土壤磷素的基础。近年来，大量的肥效研究和施肥实践证明，活性高的磷矿粉在酸性土壤上有较好的效果。
磷在植物体内是细胞原生质的组分，对细胞的生长和增殖起重要作用，磷还参与植物生命过程的光合作用、糖和淀粉的利用和能量的传递过程。植物幼苗吸收磷很快，适时施用磷肥能促进植物苗期根系的生长，保证植物生长健壮。植物在结果时，磷大量转移到籽粒中，使得籽粒饱满。磷肥的有效成分常常是不同的磷酸钙盐或与其他组分组成的玻璃体物质。其有效组分的品位以五氧化二磷的百分含量表示。磷肥分水溶性和枸溶性两类（见表）：水溶性磷肥是速效磷肥，对土壤和作物的适用性比较广；枸溶性磷肥不溶于水，只溶于枸橼酸铵（即柠檬酸铵）或2％枸橼酸(即柠檬酸)溶液,多数只适用于在酸性土壤上施用。
磷矿是生产磷肥的主要原料之一。其主要矿物是氟磷灰石Ca
5F(PO
4)
3。
但纯的氟磷灰石很少见。其结构中的一些组分常被其他组分所取代，被取代的磷灰石矿物统称为细晶磷灰石。天然磷矿中含有多种杂质矿物，如石灰石、白云石、含铁或铝的矿物、硅石和硅酸盐矿物等。采用分级、水洗脱泥、浮选和其他方法进行富集处理,最大限度排除杂质矿物,变天然磷矿石为商品磷矿，这是磷肥生产必不可少的步骤。不同的磷肥加工方法对磷矿的质量要求不一样。用于磷肥酸法生产的磷矿，要求把铁、铝、镁和泥质等含量限制到较低限度；在磷肥的热法生产中，磷矿中的含硅矿物一般是有益的；在钙镁磷肥生产中，磷矿中的含镁矿物与含硅矿物不需要预先除去。
