氨中和湿法磷酸料浆的粘性及除垢方法的研究.docx

氨中和湿法磷酸料浆的粘性及除垢方法的研究夏代宽刘期崇王建华(四川联合大学 成都 610065)摘 要用 氨 中 和 以 金 河 磷 矿 生 产 的 湿 法 磷 酸, 在 维 持 中 和 温 度 20℃、50℃、110℃下, 中和度 1. 1～ 2. 0 范围内, 酸中镁含量一定, 铁、铝含量分别增大, 铁、铝含量 同时增大时, 得到了料浆粘性的规律以及结垢物质溶解性。为该酸采用管式反应器进行一次中和及一次中和、料浆二次中和提供了基本依据。主题词氨中和湿法磷酸料浆粘性垢物溶解性中图分类号442. 14TQ(A l, F e ) N H 4H 2 (PO 4 ) 2 · 1 H 2O 、“S ”化合物近 20 多年来, 人们对氨中和湿法磷酸制磷 酸铵 (M A P , DA P ) 过程的垢层形成原因、 防止结垢和除垢的方法进行了研究〔1〕。 结果表明, 对于经浓缩后较高浓度的湿法磷酸, 即 使是含固量较高的淤渣磷, 在特定的管式反应器中氨化中和也不会有垢层堵塞。但是, 采用未浓缩的湿法磷酸, 特别是以中低品位磷 矿制得的湿法磷酸, 以管式反应器进行中和时, 常常在反应器中产生结垢, 给操作带来麻烦。当反应热未及时被蒸发的水分带走时, 会 造成局部升温, 使生成的磷酸盐聚合而结垢。严重时造成堵塞, 使装置不能正常运行。日本秋山尧〔5〕在槽式反应器中, 以氨中和含 30% P 2O 5 的湿法磷酸, 在 50～ 100℃范 围内, 分成 50℃、70℃、100℃三个档次, 研究 了不同 pH 值下, 中和料浆的粘度和磷酸中 不同的钙、镁、氟杂质含量下, 被氨中和至不 同 pH 值时, 磷酸盐“Q ”、“S ”、“R ”、“T ”、“U ” 化合物的生成情况与中和料浆粘度的关系。 首先将含杂质的湿法磷酸用氨中和至 pH =2. 7 左右, 使生成的“Q ”、“S ”化合物沉淀, 大 部分杂质化合物分离出来, 再继续中和, 这时多 数 是 生 成“R ”、“T ”、“U ”化 合 物。 因 无 “Q ”、“S ”化合物与磷酸铵共混, 对料浆的粘性影响不甚明显。研究结果表明,“Q ”化合物2(A l, F e ) N H H F PO 、“R ”化 合 物 (A l,4 2 4F e) 3N H 4H 8 (PO 4 ) 6 ·6H 2O 、“U ”化合物 (A l,F e) 2N H 4 ( PO 4 ) 2O H · 2H 2O 在 水 中 都 不 溶 解。 湿 法 磷 酸 被 氨 连 续 中 和 时,“Q ”、“S ”、“R ”化合物会与磷酸铵共混, 使中和料浆粘 性增大, 化合物晶粒变大而产生垢层〔3, 4〕, 发生堵塞而使操作恶化。因此, 研究杂质含量高的金河磷矿制得 的湿法磷酸, 以氨中和时料浆粘性的规律及 垢层的生成、溶垢清洗方法, 对于管式反应器制磷铵, 具有重要的意义。1实验研究方法1·1实验用磷酸及主要仪器( 1)表 1。表 1 金河磷矿制得的湿法磷酸组成金河磷矿制得的湿法磷酸组成见组成P 2O 5C aO M gO F e2O 3 A l2O 3F SO 3含量% 21. 750. 13 1. 84 0. 16 1. 841. 64 3. 98(2)实验用化学药品气氨纯度 99. 9%成都化肥总厂产硫酸亚铁化学纯成都化学试剂厂产氧化铝分析纯成都化学试剂厂产 磷酸化学纯德阳化学试剂厂产(3)实验用主要仪器磷 肥 与 复 肥1998 年第 3 期— 15 —N D J - 4 旋转粘度计 上海天平仪器厂产501 型超级恒温器 上海市实验仪器厂产pH 计 D - 1B 型 南充师范学院产GS101- 1A B 型电热鼓风干燥箱重庆试验 设备厂产1·2实验装置 制磷酸铵料浆的实验装置如图 1 所示。在 100℃恒温下, 将粘度计的转子插入磷铵 料浆中测定粘度。 磷铵料浆蒸发在电热鼓风 干燥箱中进行。 结块状磷铵的溶解性实验在恒温水浴中进行。燥箱中, 在 110℃下 浓 缩 6 小 时 左 右, 160℃干燥数小时, 得到小块状磷铵, 将此块状磷铵 进行溶解性试验。在镁含量一定时, 将一定量 的铁、铝杂质预先加入磷酸中, 考察铁、铝等 杂质对磷铵料浆粘度、溶解性的影响〔3〕。2 氨中和湿法磷酸的化学反应氨中和磷酸主要发生如下化学反应〔2、3〕:H 3 PO 4液 + N H 3气N H 4H 2 PO 4固 + 147. 0 kJ(N H 4 ) 2H PO 4固 + 215. 0 kJH 3 PO 4液 + 2N H 3气(N H 4 ) 2 SO 4H 2 SO 4 + 2N H 3+ 283. 3 kJ一定条件下, 磷酸中一些杂质发生的主要化学反应为:(F e, A