濕法磷酸裝置總磷收率降低的原因分析和應(yīng)對措施

張 品，陳以明

（湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北 荊門 431910）

某公司濕法磷酸裝置采用九格方槽二水法工藝生產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為P2O530 萬t/a，2018 年總磷收率92.71%，2019 年總磷收率91.81%，降幅較大。通過對裝置生產(chǎn)狀況和工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)總磷收率下降主要是由磷礦P2O5轉(zhuǎn)化率、過濾洗滌率下降，機(jī)械泄漏損失偏大等引起的。通過采取相應(yīng)措施，2020年上半年總磷收率提高到92.21%。筆者從工藝、生產(chǎn)和操作管理等方面，分析引起該公司濕法磷酸裝置總磷收率下降的原因，介紹采取的應(yīng)對措施。

1 磷礦P2O5轉(zhuǎn)化率、過濾洗滌率降低，機(jī)械泄漏損失偏大的主要原因

1.1 磷礦P2O5轉(zhuǎn)化率降低的主要原因

1.1.1 反應(yīng)料漿循環(huán)（回漿）量降低

大量回漿能稀釋鈣離子與硫酸根離子的濃度，使反應(yīng)槽各區(qū)SO3濃度保持均勻，可提供硫酸鈣晶種，不易產(chǎn)生磷礦包裹現(xiàn)象，是制取粗大、均勻的石膏結(jié)晶的有效措施之一［1］。

在稀磷酸負(fù)荷不變的情況下，2018 年1 月—2019年10月濕法磷酸裝置工藝狀況見表1。

原因分析：由表1可知，反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行19個(gè)月后，2019年8月、9月、10月反應(yīng)料漿溫差、反應(yīng)系統(tǒng)絕對壓強(qiáng)等工藝指標(biāo)明顯異常，導(dǎo)致料漿循環(huán)量小、反應(yīng)溫差大，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率降低而影響總磷收率。進(jìn)一步查找原因時(shí)發(fā)現(xiàn)，低位閃冷器氣相閃冷回流管線嚴(yán)重結(jié)垢、低位閃冷循環(huán)泵葉輪磨損。2019 年11 月停車檢查發(fā)現(xiàn)，閃冷循環(huán)泵葉輪磨損嚴(yán)重，最大間隙約50 mm；回流管線（直徑1 600 mm）結(jié)垢，僅剩下直徑400 mm的孔洞。

1.1.2 反應(yīng)槽攪拌槳攪拌強(qiáng)度下降

適度的攪拌不僅可以改善反應(yīng)條件（有利于消除局部游離硫酸濃度過高及磷礦粉包裹現(xiàn)象［2］）、提高反應(yīng)速率，而且可以改善結(jié)晶條件和消除泡沫［1］。

該公司反應(yīng)槽1區(qū)攪拌槳運(yùn)行電流及振動值變化見表2。

表2 反應(yīng)槽1區(qū)攪拌槳運(yùn)行電流及振動值變化

原因分析：由表2可知，自2019年8月起，該公司反應(yīng)槽1 區(qū)攪拌槳運(yùn)行過程中電流大幅度下降，振動值明顯增大。反應(yīng)槽1區(qū)攪拌槳電流逐步下降的主要原因有槳葉磨損和槳軸、槳葉結(jié)垢包裹等；振動大的原因從設(shè)備角度分析有聯(lián)軸器不對中、減速機(jī)故障、攪拌槳軸故障3種情況。通過后期停車檢查發(fā)現(xiàn)，攪拌槳槳葉磨損、結(jié)垢嚴(yán)重。

1.1.3 磷礦漿細(xì)度變化的影響

提高磷礦的細(xì)度可以加快反應(yīng)速率，提高磷礦的分解率。但過細(xì)的礦粉會使槽內(nèi)過飽和度的均勻程度降低，不利于磷石膏結(jié)晶。在實(shí)際的二水法磷酸生產(chǎn)中，各廠工藝條件不完全一樣，優(yōu)選工藝條件一般需通過試驗(yàn)確定［1］。

該公司2018—2019 年礦漿細(xì)度與磷石膏中非水溶性磷含量對比見表3。

原因分析：由表3可知，該公司供礦粒徑小于75 μm（-200目）顆粒占比在90%以上時(shí)，經(jīng)萃取后磷石膏中非水溶性磷含量較低，對提高磷轉(zhuǎn)化率有利。2019 年礦漿細(xì)度不穩(wěn)定，導(dǎo)致石膏中非水溶性磷波動大。

表3 稀磷酸負(fù)荷及控制參數(shù)不變情況下不同礦漿細(xì)度對應(yīng)的磷石膏中非水溶性磷變化 %

1.1.4 大量渣酸返回反應(yīng)、過濾系統(tǒng)

渣酸是濕法磷酸在貯存過程中以固體沉降物形式析出的大量化合物的統(tǒng)稱，這些化合物歸納起來可分為鈣鹽、氟鹽和繼沉淀鹽［1］。該公司濃磷酸渣酸中w（固）通常在20%以上，w（P2O5）在30%以上，濃磷酸渣酸大量返回反應(yīng)、過濾系統(tǒng)，導(dǎo)致磷石膏結(jié)晶變差，系統(tǒng)有效產(chǎn)能下降，能耗增加，使得系統(tǒng)結(jié)垢加劇，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行周期縮短。

1.2 過濾洗滌率降低的主要原因

1.2.1 過濾機(jī)上各洗水分布箱布水不均勻

原因分析：磷石膏過濾采用3次逆流洗滌，洗水在分布箱內(nèi)經(jīng)調(diào)節(jié)后分流到過濾機(jī)上。洗水分布箱使用時(shí)間較長，箱內(nèi)調(diào)節(jié)分配板因腐蝕而不能發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，導(dǎo)致洗水分配不均，使得過濾機(jī)外圈石膏上洗水面覆蓋少，從而導(dǎo)致磷石膏中水溶性磷含量上升。

1.2.2 過濾系統(tǒng)結(jié)垢導(dǎo)致過濾效果差

堿金屬的氟硅酸鹽（Na2SiF6和K2SiF6）會引起管道結(jié)垢，酸在管道中受真空引起的驟冷效應(yīng)冷卻使其中的氟硅酸鹽析出形成結(jié)垢。管道結(jié)垢達(dá)到一定的厚度就需要清理，大多數(shù)工廠每周或每隔10 d須停車清洗、清理1次結(jié)垢［3］。

原因分析：為提高產(chǎn)量，2019 年過濾系統(tǒng)長期連續(xù)生產(chǎn)，過濾機(jī)錯(cuò)氣盤、各下酸管線結(jié)垢變厚，導(dǎo)致酸液流通受阻，過濾機(jī)上酸液、洗水下不去，帶入磷石膏中的磷含量升高。

1.3 機(jī)械泄漏損失偏大的主要原因

1.3.1 過濾機(jī)給料端返料造成酸液損失

原因分析：過濾系統(tǒng)濾布洗滌區(qū)后面是過濾給料區(qū)，該公司通常用廢舊皮帶作擋皮，阻擋給料返回到濾布洗滌區(qū)。而擋皮使用一段時(shí)間后會因磨損而變薄變短，擋皮與膠帶也因此會產(chǎn)生較大間隙，從而導(dǎo)致少量料漿返回到濾布洗滌區(qū)而造成物料損失。

1.3.2 過濾機(jī)環(huán)形膠帶密封不嚴(yán)造成漏料

原因分析：過濾機(jī)環(huán)形膠帶密封性不嚴(yán)，漏料到外圈圍堰，最后進(jìn)入渣漿槽。

1.3.3 管線泄漏及誤操作損失原因分析：氣溫變化造成熱脹冷縮現(xiàn)象，遇冷時(shí)管線收縮而產(chǎn)生酸液泄漏；過濾下酸軟管出現(xiàn)破損導(dǎo)致酸液泄漏；操作不當(dāng)或直接排空管線造成酸液損失。

2 提高磷礦P2O5轉(zhuǎn)化率、過濾洗滌率，減少機(jī)械泄漏損失的措施

2.1 提高磷礦P2O5轉(zhuǎn)化率的措施

2.1.1 提高反應(yīng)料漿循環(huán)量

根據(jù)低位閃冷循環(huán)泵運(yùn)行電流、反應(yīng)絕對壓強(qiáng)（正常30 ～40 kPa）和溫差（≤3.5 ℃）等情況，判斷是否需要更換葉輪；定期清理閃冷器頂部氣相通道，保持抽真空正常，定期檢查、清理料漿回流管道，保持物料流通順暢。

2.1.2 提高反應(yīng)槽攪拌槳攪拌強(qiáng)度

定期檢查攪拌槳槳葉有無腐蝕磨損，一旦發(fā)現(xiàn)腐蝕磨損及時(shí)補(bǔ)焊或更換；振動過大時(shí)及時(shí)清理攪拌槳結(jié)垢。

2.1.3 提高磷礦漿細(xì)度

2020 年上半年該公司供礦漿粒徑小于75 μm（-200目）的顆粒占比大多數(shù)在90%以上，磷石膏中非水溶性磷下降。

2.1.4 減少返渣酸對系統(tǒng)的影響

通過4個(gè)方面進(jìn)行控制：一是在保證槽耙安全運(yùn)行情況下，少量多次排放酸泥；二是更改渣酸進(jìn)入反應(yīng)槽地點(diǎn)，從原來加入反應(yīng)槽（第一區(qū)）改為加入消化槽（第七區(qū)）；三是合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高公司磷酸一銨（MAP）裝置負(fù)荷以多消耗渣酸；四是精心控制操作參數(shù)，如調(diào)節(jié)過濾機(jī)轉(zhuǎn)速來控制合適的真空度、提高濾布洗水溫度和流量改善濾布沖洗效果等，改善過濾效果。

2.2 提高過濾洗滌率的措施

2.2.1 洗水均勻分布

該公司2020年6月改造了2套過濾三洗分布箱后，洗水均勻分布效果明顯好轉(zhuǎn)，對提高洗滌率有一定的促進(jìn)作用。

2.2.2 減少過濾系統(tǒng)結(jié)垢

密切關(guān)注過濾效果，每小時(shí)測二洗液、返酸密度，及時(shí)進(jìn)行過濾系統(tǒng)清洗、清理（正常每7～10 d清理1 次，遇濾布結(jié)晶或管線結(jié)垢時(shí)盡快停車清理）；在過濾下酸不銹鋼管線上開設(shè)清理人孔，便于觀察和徹底清理。

2.3 減少機(jī)械泄漏損失的措施

2.3.1 防止過濾機(jī)給料端返料進(jìn)入濾布洗滌區(qū)

安裝給料擋皮時(shí)兩端適當(dāng)留長，保持內(nèi)圈擋皮與擋邊、外圈擋皮與膠帶之間緊貼；遇擋皮兩端磨損時(shí)可加裝一小塊，從而避免產(chǎn)生間隙而造成返料；若擋皮整體磨損較嚴(yán)重應(yīng)及時(shí)更換。

2.3.2 回收過濾機(jī)環(huán)形膠帶密封不嚴(yán)造成的漏料

增設(shè)圍堰收集槽收集漏料，用泵輸送到反應(yīng)槽進(jìn)行回收利用。

2.3.3 減少管線泄漏及誤操作損失

主要采取3種措施：一是將輸送酸液管線墊片由原來普通橡膠墊片更換為彈性墊片，減少熱脹冷縮后造成的管線泄漏現(xiàn)象；二是每班巡檢過濾下酸軟管，有破損及時(shí)更換；三是加強(qiáng)日常管理，每次停泵后置換管線酸液，收集取樣和排污酸液入噸桶，通過罐區(qū)地槽回收到反應(yīng)槽。

2.4 優(yōu)化、改善后的綜合效果

采取應(yīng)對措施后，2020 年上半年總磷收率見表4。

表4 2019年與2020年上半年總磷收率對比 %

由表4可知，采取改進(jìn)措施后，2020年上半年總磷收率提高到92.21%，較2019 年提高了0.40 個(gè)百分點(diǎn)。

3 結(jié)束語

通過采取以上措施，該公司2020 年上半年磷礦P2O5平均轉(zhuǎn)化率提高了0.42個(gè)百分點(diǎn)，洗滌率受生產(chǎn)負(fù)荷加大影響略有下降，但工藝收率和總磷收率都有了提高，經(jīng)濟(jì)效益得到提升。