开阳矿与保康矿生产磷酸的技术经济比较
雷 武
(河北省深州磷铵厂053871)
摘要 对深州磷铵厂磷酸装置使用开阳、保康磷矿进行生产运行时的生产能力、操作条件、开车率、P2O5回收率、消耗等指标进行分析比较。初步认为,应根据不同品质磷矿的物化特性确定最佳操作条件,以保证磷酸装置的稳定运行。
主题词 湿法磷酸 磷矿 开阳 保康 技术经济分析
中图分类号 TQ126.35
我厂磷酸装置引进突尼斯SIAPE公司的二水物法工艺流程。从基础设计依据的矿样组成(见表1)看,该工艺对原料磷矿的质量要求较高。然而,我厂离质量好的云、贵矿的距离很远,完全选用与该工艺要求相当的磷矿石不易实现。为了确保生产装置的长期稳定、经济运行,我厂于1996年10月底分别以开阳、保康磷矿为原料,在生产装置上进行了负荷试验,考核产量、质量、开车率、转化率、洗涤率、消耗、生产强度等技术经济指标。
试验用磷矿组成见表2。
表1 基础设计矿样化学组成(w%)成分含量成分含量
P2O530.97SO30.78
CaO44.80CO2 3.16
M gO 1.18F 2.35
Al2O3 2.20Na2O0.42
Fe2O30.95K2O0.45
S iO211.65Cl-0.049
表2 试验用磷矿组成(w%)
磷矿P2O5CaO M gO Fe2O3Al2O3A I 开阳33.0845.61 1.34 1.510.939.72保康28.0342.49 1.45 1.89 1.0915.89 1 操作参数的确定
磷酸装置设计生产能力50t P2O5/d。根据试验用磷矿的P2O5品位和杂质含量,确定了相应的操作参数(见表3)。
表3 操作参数(m3/h)项 目 开 阳 保 康
矿浆投入量 6.0～6.5 6.5～7.0
加酸量 3.7～4.0 3.8～4.2
浓缩系统稀酸投入量 6.0～7.07.0～8.0
当采用品位较低的保康磷矿时,不仅要考虑反应料浆在反应槽中的停留时间、石膏晶形及过滤性能、系统的水平衡等诸多因素,而且还要着重考虑制备矿浆系统的设备能力。我厂矿石破碎系统能力为15t/h,而球磨机的设计能力最大为8.5t/h(干基),矿浆泵的最大输送能力为7m3/h。假设P2O5工艺回收率为95%,机械损失以实物酸产量的3%计,则保康矿的加入量范围为:
50/〔22×0.2803×0.95×
(1-0.03)〕=8.79t(干基)/h 当矿浆密度为1.8t/m3、含水30%时,
8.79/(1.8×0.7)=6.98m3/h(上限)
50/〔24×0.2803×0.95×
(1-0.03)〕=8.07t(干基)/h
8.07/(1.8×0.7)=6.4m3/h(下限)
由此可见,只要控制适宜的工艺条件,尽力减少损失,努力提高P2O5回收率,是能够达到期望的生产能力。
2 主要工艺指标的确定
在总结试车阶段使用开阳、保康磷矿生产实践的基础上,确定了工艺控制指标范围
—
38
— 磷肥与复肥 1998年第2期
(见表4)。
表4 主要控制指标
项 目开 阳保 康
矿浆细度<0.147m m/%>9585～90
矿浆含水/%28～3228～32
反应温度/℃74±278±2
液相SO42-/g L-125±230～40
液相密度/kg L-1 1.335～1.350 1.26～1.32液固比(2.2～2.7) 1(2.5～3) 1滤酸含P2O5/%26～2820～23
过滤真空度/kPa45～60滤干为止
浓缩真空度/kPa12～15≤12
浓缩酸密度/kg L-1 1.63～1.67 1.70～1.75 保康矿反应活性较低,杂质偏高,转化过程中若条件不当,生成磷石膏细晶,容易出现“穿滤”现象,故要降低真空度,以减少其细晶的穿滤。
此外,保康磷矿中的氧化钾、钠含量偏高,在酸解过程中,易形成氟硅酸钾、钠的过饱和溶液。在过滤降温过程中析出结晶,与穿滤的磷石膏细晶和分散泥质一起,形成坚硬的,不易溶解的结垢。降低真空度能够减少溶液因减压闪蒸汽化而降温的幅度,从而减少氟硅酸钾、钠盐析出的量。
经多次生产试验,当过滤区滤饼吸干时,其真空度数值与石膏结晶有很大关系,变化范围较大(80～50kPa)。要求将过滤真空度控制在过滤区滤饼恰好抽干的程度,一般在35～50kPa之间。
2.1 液相SO42-浓度、磷酸浓度和反应温度
为了保证尽可能大的生产强度和系统的水平衡,根据开阳、保康磷矿的品位和杂质含量,首先确定了滤酸浓度。当生产28%P2O5的磷酸时,在反应温度为75℃下,根据理
论计算,按CaSO4 1
2H2O +11
2H2O
CaSO4 2H2O平衡点的SO42-浓度是3.98%(约相当于53g/L)。对于开阳磷矿,选择优惠的SO42-浓度23～27g/L,远低于上述平衡点SO42-浓度。按半水物吸水转化成二水物平衡点的含义,溶液组成必须适当地离开平衡点,离开愈远,转化的推动力愈大。同样,利用保康矿生产22%P2O5的磷酸时,在反应温度80℃下,平衡点的SO42-浓度为7.26% (约相当于90g/L),选择控制的SO42-浓度为30～40g/L。当然在实际生产中,为了减少P2O5损失或矿中M g O含量偏高时,可提高到50g/L。
2.2 矿浆细度
按SIAPE磷酸生产工艺的要求,矿浆细度为<0.104m m(-150目)100%,<0.053 mm(-270目)50%。实际上要达到这种细度的矿浆,球磨机的加矿量会减少,能力降低,相应的研磨费用增加。当使用酸不溶物(A I)含量较高的保康磷矿时,会增加反应料浆中分散泥质的比例。在料浆过滤时,穿滤固相量增加,易结垢而堵塞管道、设备;此外,细小颗粒泥质,极易堵塞滤饼滤布的孔隙,大大降低过滤速度。为此,在保证矿浆流动性能的前提下,将磨矿细度由原来的<0.147mm(-100目)≥95%调整到了85%～90%。综合比较研磨费与P2O5转化率,这种细度是比较合算的。而对开阳磷矿而言,宜使用细度较小的矿浆,但过细的矿浆同样会带来很多困难。3 技术经济指标比较
1997年4月、6月份使用开阳、保康两矿进行生产,考核阶段的生产情况统计分别列于表5、表6。现对主要指标进行分析比较。3.1 生产能力
考核阶段两矿单位时间的投矿量(干基)基本相同。
保康 1187/142.9=8.307t/h
开阳 1268/152.8=8.298t/h
P2O5产量分别为:
保康 8.307×0.2803×0.9402×
(1-0.03)=2.12t/h
开阳 8.298×0.3308×0.9257×
(1-0.025)=2.48t/h
若每天按24小时计,当开车率为100%时,则日产量为:
—
39
—
1998年第2期 磷肥与复肥
保康 2.12×24=50.88t P2O5/d
开阳 2.48×24=59.52t P2O5/d
可见,在保证开车率的情况下,使用开阳矿生产可达设计能力的120%;使用低品位的保康矿也能达到设计能力。实际上由于保康矿的杂质含量较高,特别是酸不溶物(A I)和K2O、Na2O超标,易形成结垢,多次堵塞过滤系统管道、真空盒、大气腿,开车率仅85%。因而最终生产能力只能达到设计值的86.8%,即便是品质较优的开阳矿,实际生产的开车率也只有91%,相应的生产能力为设计值的108.2%。
3.2 产量和质量
由表5、表6的统计数据分析,两矿考核阶段萃取、浓缩系统的P2O5产量及机械损失、回收率分别列入表7。
表5 开阳矿生产性试验日统计
日 期 78910111213合计/平均萃取开车时间/h20.42418.124242022.3152.8～耗矿(干基)/t1671961521922111681821268过滤耗酸(93%)/t137.29173.26140.73173.04187.13148.5156.021115.97滤酸含P2O5/%26.327.2527.1126.7127.3026.8527.1726.94转化率/%95.2293.5892.7795.0893.8794.7291.793.85洗涤率/%98.3197.9499.3898.8198.6998.4398.8998.64工艺回收率/%93.6191.6592.293.9592.6493.2390.6892.57产P2O5/t51.7159.446.3459.6764.8851.8154.59388.40浓缩开车时间/h24242220242424162耗蒸汽/t106.42100.7597.2389.51114.61110.47103.30722.29浓缩酸含P2O5/%46.9447.1446.8647.2046.9647.1547.2947.08产P2O5/t56.1153.1251.2645.0860.2458.2454.46378.69
表6 保康矿生产性试验日统计
日 期 2345678合计/平均萃取开车时间/h2422.315.124182217.5142.9～耗矿(干基)/t1941821291991521871441187
过滤耗酸(93%)/t158.87150.32108.3166.71121.53157.03120.92989.56滤酸P2O5/%22.1621.2222.4320.9822.1222.6421.7621.9
转化率/%94.3495.1192.5196.495.6294.8295.4794.90洗涤率/%99.2399.1099.4498.8399.1398.9899.2999.08工艺回收率/%93.6194.2591.9995.2794.2993.8594.2994.02 P2O5产量/t50.9048.0833.2653.1440.3949.1938.26313.22浓缩开车时间/h24242024242024160耗蒸汽/t122.8128.2110.55132.3116.4113.24138.8862.29浓缩酸含P2O5/%45.345.645.0744.9745.3445.3945.6145.32 P2O5产量/t43.445.339.0546.741.124048.25303.82
表7 两矿生产的产量、机损和回收率
项 目开阳保康
P2O5产量萃取～过滤388.40313.22 /t浓缩378.69303.82
机损P2O5/t9.719.40
回收率/%90.2691.20 虽然开阳矿P2O5回收率略低于保康矿,但其品位高、生产强度大、产量高。从长远考虑,其经济效益明显,这一点对生产规模大的企业更有意义。
两矿所得滤酸、浓缩酸的综合样分析结
(下转第28页)
而漏气;
(4) 甲泵壳内泥浆结块;
(5) 甲泵壳内胶球及球碗(铜质球座)磨损严重。
需要说明的是,甲泵壳内浆孔被尾碴石子堵塞、出口管口堵塞及新更换胶球时不上浆三种原因常被忽视,容易造成误判断。如果泥浆池及混合器长期未清理,前两种原因要加以考虑;如果更换胶球则第三种原因要加以注意。我厂为了避免破坏胶球,一圈缘棱常不削去,维修时只要避免缘棱与球碗接触,并在胶球周围加一些矿浆,即能解决问题。在初期使用新泵时因缺乏经验更要注意这种情况,一般将甲泵壳内注满水即可。
3 正确使用好气室压力表
气室压力表常被操作工忽视,正确使用好压力表对系统正常生产帮助较大。
压力表不仅能反映泥浆泵的运行状况,出现问题能直观看出,而且还能反映磨机岗位对矿浆水分的控制情况。
譬如,指针不动时,说明矿浆没有进甲泵壳;两表指针摆动幅度不相近时,说明两缸矿浆流量不等;指针打到顶(0.6M Pa )时,则说明出口管道堵塞或矿浆太稠无法上浆,等等。我厂是以宜昌磷矿为主、辅以其它杂矿生产过磷酸钙,矿浆水分控制比较严格。一般情况下,压力表指针在0.25～0.30M Pa 之间摆动,矿浆水分在25.5%左右;指针在0.20M Pa 以下摆动,矿浆水分在27%以上,表明水分已超标。4 维护保养
我厂泥浆泵由专人维护保养,正常生产时调节好油阀,并及时补加中间介质(45#废机油)调节油位,勤给润滑部位加油,定期轻紧盘根压盖螺丝。
短期停车时打开回流阀门,管道不存矿浆;长期停车时应清洗甲泵壳内矿浆,避免沉淀结块,润滑部位加油保养。
另外,甲泵壳内浆孔磨损出现沟痕时,应及时堆焊磨平,尽量保持两缸矿浆流量均衡稳定,便于系统操作。
(收稿日期 19971003)
(上接第40页)
果见表8。经生产实践,保康矿生产的稀酸进行浓缩时,出现系统中循环酸密度、粘度、温度均偏高的现象,时常危及衬胶设备。为保证系统温度不超标(设计值≤93℃),只能降低成品酸浓度,不能保证质量要求(在设计条件下操作时最高也只能达到46%P 2O 5左右)。
表8 产品质量分析
(w %)项 目P 2O 5M gO Al 2O 3Fe 2O 3含固保康滤酸22.16 1.280.960.730.81浓酸45.19 2.67 1.65 1.62 1.79开阳
滤酸27.05 1.070.560.710.49浓酸
47.11
2.19
1.09
1.37
1.04
3.3 单位消耗
两矿生产的主要原料及动力消耗见表9。由于以保康矿生产的稀酸浓度较低,在浓缩
过程中消耗的蒸汽量明显较高。
表9 两矿生产的单耗
t /t P 2O 5
项 目开阳保康设计值磷矿石(干) 3.348 3.907 3.649硫酸(93%) 2.947 3.257 3.051蒸汽(5bar ) 1.907 2.837 2.14电/k W h
311.8
364.4
354.3
4 结束语
通过对开阳、保康磷矿试验结果的分析比较,可以初步认为,只要根据不同品质磷矿的物化特性确定最佳操作条件,就能够基本保证磷酸装置的稳定。但是,P 2O 5品位高的磷矿,不论是原材料消耗,还是操作运行费用均容易达到希望的指标要求。从装置的生产强度、生产效率以及产品的质量等方面来看,优质磷矿明显优于低品位磷矿,对于建有磷酸浓缩装置的工厂,使用优质磷矿的必要性更大。(收稿日期