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湿法磷酸的生产工艺介绍

2023.3.16

硝酸法

最早由奥达公司开发,称为奥达法。它是用硝酸分解磷矿生成磷酸和水溶性硝酸钙,然后采用冷冻、溶剂萃取、离子交换等方法分离出硝酸钙。受硝酸价格、能耗高、流程长等条件的影响,工业应用极少。

盐酸法

上世纪60年代初,以色列矿业工程公司(I.M.I)开发了著名的IMI法,首次实现了盐酸法生产磷酸的工业化[5]。它是将磷矿与盐酸反应,生成磷酸和氯化钙水溶液,然后用有机溶剂(如脂肪醇、丙酮、三烷基磷酸脂、胺或酰胺等)萃取分离出磷酸。但该法存在工艺复杂、副产物氯化钙难以经济回收等问题。

硫酸法

硫酸法的特点是矿石分解后的产物磷酸为液相,副产物硫酸钙是溶解度很小的固相。两者的分离是简单的液固分离,具有其他工艺方法无可比拟的优越性。因此,硫酸法生产磷酸工艺在湿法磷酸生产中处于主导地位。但是其产生的大量磷石膏废渣无法得到有效的利用,三废问题严重。

反应式中n的值取决于硫酸钙结晶的形式,可以是0,1/2,2。在不同的反应温度和磷酸浓度下,可以生成无水硫酸钙(CaSO4),半水硫酸钙(CaSO4·0.5H2O)和二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)。

二水法流程至今仍存在着一些难以克服的缺陷。由于加工工艺粗放,矿石中的有害杂质大部分进入磷酸中。特别是氟元素,一旦进入液相,很难再分离出来。更严重的是,产生大量的磷石膏废料,造成严重的污染和浪费。因此,陈学玺等通过研究,对现行的工艺过程进行了改进,分两步进行反应。

第一步:采用磷酸浸取磷矿石,从控制化学反应的条件出发,减少化学反应本身对目标产物的污染。磷酸与磷矿的主要反应方程式如下:

Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 +5 H2O → 5Ca(H2PO4)2·H2O + HF 

第二步:提供适宜的结晶条件,使副产磷石膏中的杂质含量,尤其是磷含量显著降低,提高磷回收率,使磷石膏满足建筑材料生产的要求,从源头上解决磷石膏污染的难题。硫酸的离子化反应可瞬时完成:

Ca(H2PO4)2·H2O + H2SO4 +(n-1)H2O → CaSO4·nH2O + 2H3PO4 

这种分步反应的思想方法与“先污染后治理”的传统思路完全不同,符合绿色化学的基本原理,完全符合可持续发展战略的要求。次方法有待实际的考验。



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