低品位磷礦在二水濕法磷酸生產(chǎn)中的應(yīng)用

張忠朝

（云南云天化股份有限公司 云峰分公司，云南 宣威 655413）

云南云天化股份有限公司云峰分公司磷酸廠有磨機(jī)4 臺(tái)，采用閉路磨礦工藝，由3 臺(tái)行車(chē)、3 臺(tái)棒磨機(jī)、1臺(tái)球磨機(jī)、分級(jí)濃密系統(tǒng)及相關(guān)輔助設(shè)備構(gòu)成濕法閉路磨礦系統(tǒng)。棒磨機(jī)為一段初磨，球磨機(jī)為二段細(xì)磨［1］，磨礦設(shè)計(jì)能力為干基磷礦150 t/h。使用磷礦比較復(fù)雜，以云南磷化集團(tuán)有限公司供應(yīng)的尖山礦、晉寧礦、昆陽(yáng)礦為主。

近年隨著磷礦的不斷開(kāi)采，不僅開(kāi)采難度增大，而且磷礦品位也明顯降低［2］。w（P2O5）大于30%的高品位磷礦開(kāi)采量逐漸降低，且價(jià)格持續(xù)上漲，其中w（P2O5）大于28%的磷礦不含稅成本價(jià)格達(dá)到280 元/t。而w（P2O5）在18%～22%的低品位磷礦開(kāi)采量逐漸增加，不含稅成本價(jià)格穩(wěn)定在100元/t。鑒于高品位磷礦價(jià)格上漲，以及低品位磷礦資源與價(jià)格的優(yōu)勢(shì)，二水濕法磷酸生產(chǎn)中優(yōu)化配比使用低品位磷礦勢(shì)在必行。

同時(shí)，磷復(fù)肥生產(chǎn)企業(yè)都面臨著產(chǎn)品同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)激烈，基礎(chǔ)肥、傳統(tǒng)肥料需求降低，利潤(rùn)縮減的生存發(fā)展壓力。2019 年云峰分公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)公司）為破局解困，實(shí)現(xiàn)“調(diào)結(jié)構(gòu)、推改革、求生存、謀發(fā)展”的目標(biāo)，進(jìn)一步調(diào)整了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，全力打造以生產(chǎn)NPK 復(fù)合肥為主的制造型企業(yè)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由“以生產(chǎn)基礎(chǔ)肥為主”向“以生產(chǎn)NPK復(fù)合肥為主”轉(zhuǎn)型，提升了公司NPK 復(fù)合肥產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整從基礎(chǔ)肥向NPK 復(fù)合肥轉(zhuǎn)變后，對(duì)磷酸以及磷礦品質(zhì)要求相對(duì)降低，公司結(jié)合宣威周邊低品位磷礦資源情況，在滿(mǎn)足NPK 復(fù)合肥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需求前提下，優(yōu)化組合利用高、低品位磷礦，力圖降本增效。2019 年為配合公司產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級(jí)，按比例補(bǔ)充使用部分w（P2O5）18%～22%低品位磷礦。

公司將w（P2O5）18% ～22%低品位磷礦與w（P2O5）28%磷礦按優(yōu)化配比1∶4 用于二水濕法磷酸生產(chǎn)。以下介紹使用該混合磷礦生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)指標(biāo)的調(diào)整，以及對(duì)磷酸生產(chǎn)成本的影響，并總結(jié)了濕法磷酸裝置的生產(chǎn)運(yùn)行情況。

1 磷礦指標(biāo)

2019 年公司二水濕法磷酸生產(chǎn)所用云南磷化集團(tuán)有限公司磷礦和w（P2O5）18%～22%低品位磷礦指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 2019年公司二水濕法磷酸生產(chǎn)所用磷礦指標(biāo)%

按照w（P2O5）＞30%為富礦［2］，云南磷化集團(tuán)有限公司提供的磷礦均未能滿(mǎn)足富礦要求，磷礦品位持續(xù)下降。w（P2O5）18%～22%的低品位磷礦為低鎂高倍半氧化物磷礦。

2 低品位磷礦使用量

2019 年公司二水濕法磷酸生產(chǎn)全年使用w（P2O5）18%～22%低品位磷礦共計(jì)115 193 t，月消耗磷礦量如表2所示。

表2 2019年公司二水濕法磷酸生產(chǎn)用磷礦指標(biāo)及消耗量

3 補(bǔ)充低品位磷礦后生產(chǎn)中設(shè)備技改、工藝指標(biāo)調(diào)整

3.1 設(shè)備技改

為降低過(guò)濾系統(tǒng)結(jié)垢速率，對(duì)設(shè)備進(jìn)行技改。對(duì)二水濕法磷酸過(guò)濾機(jī)易結(jié)垢部位錯(cuò)氣盤(pán)、產(chǎn)品磷酸和返磷酸下液管進(jìn)行蒸汽保溫技術(shù)改造，降低結(jié)垢速率。

3.2 工藝指標(biāo)調(diào)整

為滿(mǎn)足NPK 復(fù)合肥、磷酸一銨（MAP）生產(chǎn)用磷酸酸質(zhì)要求，對(duì)二水濕法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中工藝指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。其中磷礦漿指標(biāo)調(diào)整見(jiàn)表3，萃取指標(biāo)調(diào)整見(jiàn)表4，濃縮過(guò)程控制參數(shù)指標(biāo)調(diào)整見(jiàn)表5，濃磷酸指標(biāo)調(diào)整見(jiàn)表6。

表3 磷礦漿指標(biāo)

表4 萃取指標(biāo)調(diào)整

表5 濃縮過(guò)程控制參數(shù)指標(biāo)調(diào)整 m3/h

表6 濃磷酸指標(biāo)調(diào)整 %

3.3 NPK復(fù)合肥產(chǎn)品指標(biāo)調(diào)整

二水濕法磷酸酸質(zhì)下降，對(duì)于NPK 復(fù)合肥系列產(chǎn)品指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。NPK復(fù)合肥產(chǎn)品總養(yǎng)分w（N＋P2O5+K2O）均＜40%。

NPK復(fù)合肥產(chǎn)品對(duì)磷酸品質(zhì)需求：在條件允許的情況下，磷酸的濃度越高，所得中和料漿的水含量越低，系統(tǒng)生產(chǎn)能力越大，能耗越低。但這受到磷酸濃縮系統(tǒng)的制約，考慮到系統(tǒng)運(yùn)行狀況，NPK復(fù)合肥產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)磷酸w（P2O5）應(yīng)≥42%，w（固）以10%為宜。

生產(chǎn)不同規(guī)格的NPK 復(fù)合肥產(chǎn)品，因磷含量不同，對(duì)磷酸品質(zhì)要求亦不同，生產(chǎn)普通型15-15-15、16-16-16產(chǎn)品，磷酸w（固）需要在9%～12%。w（P2O5）18%～22%低品位磷礦與w（P2O5）28%磷礦按照1∶4 質(zhì)量配比使用時(shí)生產(chǎn)指標(biāo)及所得磷酸品質(zhì)如下：礦漿w（固）61.5%～62.5%，萃取濾液密度1.250 ～1.275 g/mL，稀磷酸w（P2O5）21.0%～22.5%，濃磷酸w（P2O5）43%～45%，濃磷酸經(jīng)沉降后w（固）6%～9%。

4 磷礦優(yōu)化使用后消耗分析

1） 硫酸消耗對(duì)比

w（P2O5）18% ～22%的低品位磷礦的鈣磷質(zhì)量比為1.378［3］，與云南磷化集團(tuán)有限公司磷礦鈣磷質(zhì)量比（1.38）基本一致，故磷礦混配后硫酸消耗成本基本持平。

2） 蒸汽消耗對(duì)比

磷礦混配后w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，生產(chǎn)所得稀磷酸w（P2O5）由23.50%下降至22.56%，降低0.94個(gè)百分點(diǎn)。濃縮蒸汽利用率相同情況下，濃縮1 t 稀磷酸（以P2O5計(jì)），將w（P2O5）由23.5%提升到46.0%需蒸發(fā)水量2.08 t，將w（P2O5）由22.56%提高到46.0%需蒸發(fā)水量2.26 t。按照濃縮低壓蒸汽蒸發(fā)1 t水需要消耗蒸汽1.1 t計(jì)算，多耗蒸汽0.198 t，蒸汽價(jià)格以78元/t計(jì)，蒸汽成本上升15.44元/t。

3） 動(dòng)力電消耗對(duì)比

從蒸發(fā)室蒸發(fā)強(qiáng)度計(jì)算，磷礦w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，同等運(yùn)行率情況下，濃縮產(chǎn)量由28.04 t/h 下降至25.81 t/h，噸電耗由195 kW·h上升到212 kW·h，噸電耗升高17 kW·h，電價(jià)以0.49元/（kW·h）計(jì)，對(duì)應(yīng)成本上升8.33元/t。

4） 一次新鮮水耗對(duì)比

按產(chǎn)量由28.04 t/h 下降至25.81 t/h，水耗由0.608 t/t 升高到0.660 t/t，水價(jià)以2.15 元/t 計(jì)，噸磷酸水耗成本上升0.12元/t。

5） 磷礦消耗對(duì)比分析

磷礦中w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，噸P2O5磷酸耗實(shí)物磷礦由3.959 t 上升到4.157 t，噸P2O5磷酸耗實(shí)物磷礦增加0.198 t，磷酸消耗磷礦成本下降：（3.959×280-4.157×4×280/5-4.157×100/5）元/t=94.21元/t。

6） 噸磷酸生產(chǎn)成本對(duì)比

使用低品位磷礦噸磷酸蒸汽、硫酸、水、電成本上升，磷礦消耗成本下降。

綜合降低生產(chǎn)成本：（94.21-15.44-8.33-0.12）元/t=70.32元/t。

7） 萃取負(fù)荷率對(duì)比

磷礦中w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，同等運(yùn)行率情況下，每小時(shí)稀磷酸產(chǎn)量由28.08 t/h下降至26.74 t/h，下降1.34 t/h，裝置萃取負(fù)荷率由101.09%下降至96.27%。

8） 濃縮負(fù)荷率對(duì)比

磷礦中w（P2O5）由28.30%下降至26.95%，同等運(yùn)行率情況下，每小時(shí)濃縮產(chǎn)量由28.04 t/h下降至25.81 t/h，下降2.23 t/h，裝置濃縮負(fù)荷率由100.94%下降至92.92%。

5 存在的問(wèn)題

優(yōu)化配比使用w（P2O5）18%～22%的低品位磷礦制取的磷酸，雜質(zhì)較多，黏度大，液固靜置沉降困難；磷酸中w（R2O3）可達(dá)3%～5%，MER值在0.115 ～0.130；磷酸在酸槽中攪拌不均勻，分散性較差，后續(xù)MAP、NPK 復(fù)合肥生產(chǎn)料漿經(jīng)噴頭加壓后霧化效果不佳，潮綿性物料落于流化床層后不易被熱風(fēng)吹出塔外，床層物料堆積，疤塊失水后無(wú)序脫落。

6 效果評(píng)估

w（P2O5）18%～22%的低品位磷礦資源優(yōu)化組合利用，使磷酸生產(chǎn)成本降低70.32元/t，不僅提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，增加利潤(rùn)，而且為企業(yè)下游磷復(fù)肥生產(chǎn)提供廉價(jià)原料，使下游磷復(fù)肥產(chǎn)品生產(chǎn)成本降低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提升。

NPK復(fù)合肥產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)磷酸w（P2O5）應(yīng)不小于42%，w（固）以9%～12%為宜。將w（P2O5）18%～22%的低品位磷礦與w（P2O5）28%的磷礦按照質(zhì)量比1 ∶4生產(chǎn)的濕法磷酸，能滿(mǎn)足NPK復(fù)合肥、MAP生產(chǎn)用磷酸需求。w（P2O5）18%～22%的低品位磷礦在二水濕法磷酸生產(chǎn)中的應(yīng)用，既能適應(yīng)磷礦日益貧化的現(xiàn)狀，同時(shí)也能取得很好的成本效益，值得在同行業(yè)中推廣使用。