磷酸生產工藝培訓知識(52張)

一、磷酸的性質次磷酸：

H?PO?亞磷酸：

H?PO?正磷酸：

H?PO?過磷酸：

H?PO?物理性質：純凈的磷酸是無色晶體，熔點42.3攝氏度，高沸點酸，可與水以任意比互溶。第一部分概論第一部分概論化學性質：磷酸是三元中強酸，分三步電離，不易揮發(fā)，不易分解，不屬于氧化性

酸，具有酸的通性。>與堿反應：NaOH+H?

PO?=NaH?

PO?+H?O2NaOH+H?

PO?=Na?

HPO?+2H?O3NaOH+H?

PO?=Na?

PO?+3H?O>與某些鹽反應：難揮發(fā)性酸制揮發(fā)性酸NaBr+H?

PO?(濃)=

NaH?

PO?+HBrrNal+H?PO?(濃)=

NaH?PO?+H

I個第一部分概論>磷酸根離子具有很強的配合能力，能與許多金屬離子生成可溶性的配合物。如Fe3+與PO43-可以生成無色的可溶性的配合物[Fe(PO4)2]3和

[Fe(HPO?)2],

利用這一性質，分析化學上常

用PO?3

掩蔽Fe3+離子。>磷酸受強熱時脫水,依次生成焦磷酸、三磷酸和多聚的偏磷酸。三磷酸是鏈狀結構，多聚的偏磷酸是環(huán)狀結構。第一部分二、

磷酸的種類及理化指標

工業(yè)磷酸食品磷酸電子級磷酸工業(yè)級磷酸理化指標概論第一部分

概論食品級磷酸理化指標第一部分概論電子級磷酸理化指標第一部分

概論飼料添加劑工業(yè)磷酸鹽食品添加劑精細磷化學品電鍍，醫(yī)藥有機合成原料阻燃劑醫(yī)藥化學品表面活性劑，染料農

藥肥料凈化正磷酸次磷酸赤磷氫氧化物氯化物硫化物磷化物主要用于生產磷

肥和各種磷化工

產品第一部分概論磷酸的主要用途三、

磷酸的主要用途黃磷磷鐵濕法磷酸磷礦將礦在石英SiO2的存在下，在電爐中用焦碳還原得到元素磷，然后呈蒸汽態(tài)逸出(升華),再經燃燒使之氧化

生成P?O?

,

用水吸收生成磷酸。Ca(PO?)?+C+6SiO?→P?1+CO1+CaSiO?P?+O?

→P?O?o+H?O

→

[HPO?

]?+H?O

→

H?PO?

熱法濕法窯法熱法(一步法，二步法)第一部分概論四、

磷酸的生產方法磷礦通過強酸酸解制得磷酸，目前常用的就是硫酸，當然還有其他強酸，如硝酸，鹽酸，氟硅酸等。主要是因為工藝不成熟，形成產業(yè)化困難，投資成本和生產成本較高。C

a?F(PO?)?+H?SO?+nH?O

→CaSO?nH?OJ+H?PO?+HFr熱法濕法

窯法法第一部分概論濕燧道窯法磷酸是采用隧道窯為主反應器，以中低品位磷礦和選礦后的尾礦為原料，通過配料、粉磨、成型，將料坯

做成建筑材料的形狀，進入窯爐燒結，含P?O?

的窯氣用水

合塔吸收，制取工業(yè)級磷酸，并回收尾氣中的氟，副產氟硅

酸鈉，脫磷后的固體殘渣直接以建筑用磚形式出窯。

熱法濕法

窯法第一部分概論窯

法第一部分概論五、

磷酸生產的發(fā)展趨勢熱法磷酸熱法磷酸工藝成熟、設備簡單、易操作管理、產

品純度高，易經進一步提純凈化生產高純級產品如電

子級磷酸。日本供應電子和半導體行業(yè)的磷酸全部由高純黃

磷加工或從熱法高純磷酸再加工而來，這也是近年我國黃磷和熱法酸大量出口的原因。隨著電子工業(yè)向中國的迅速轉移，未來國內高純電子級磷酸需求會迅速

增加，將為熱法磷酸生產電子級高純磷酸提供很好的發(fā)展機遇。第一部分概論濕法磷酸目前國內濕法磷酸凈化技術已經突破國外封鎖

，企業(yè)可

以選擇適當?shù)膬艋夹g生產工業(yè)級乃至食品級磷酸，濕法

凈化磷酸工業(yè)生產工業(yè)級食品級磷酸將會得到快速發(fā)展。

濕法磷酸生產成本與熱法磷酸相比將大幅下降，其競爭優(yōu)

勢將明顯增強。預計濕法酸凈化生產工業(yè)級磷酸將迅速發(fā)展起來，取代熱法磷酸的幅度將不斷增加。濕法磷酸精制裝置只能提供基本原材料，工業(yè)或食品

級磷酸產品沒有下游精細磷化工產品附加價值高，而成本

往往受到原材料價格、技術水平、裝置規(guī)模、

污染物治理管理水平等因素影響。此外，濕法磷酸精制涉及到磷礦

選礦和粗酸加工，需要配套硫磺制酸、余熱發(fā)電等裝置，

生產的凈化磷酸也還需要考慮進一步深加工。第一部分概論窯法磷酸窯法磷酸利用中低品位磷礦和選礦后的尾礦為原料進

行生產，今后必將快速發(fā)展。長遠來看，窯法磷酸是磷酸生

產的發(fā)展方向，但目前尚有許多需要完善之處，因此短時間

內還不會對熱法酸和濕法酸產生較大影響。窯法磷酸企業(yè)發(fā)展方向：①向磷酸后加工發(fā)展，生產磷酸

鹽，可結合工藝特點，將所得到的酸分級處理，將質量較好

的酸用于生產食品級、牙膏級、陶瓷級等產品，品質較差的

用于生產基礎大宗產品；②尾氣中的氟化物必須回收利用，在規(guī)模較小時可將回收的氟硅酸鈉外銷，當達到一定規(guī)模時

則可配套生產氟深加工產品；③加強磷渣利用和提高附加值

的研究。窯法磷酸中磷渣不同于黃磷，其在生產過程中可以

通過配方調節(jié)磷渣的組成，如將磷渣制成耐火材料，其附加值大大高于普通磚。生產方法工藝控制途徑工藝流程及主要設備生產異常事項分析部

分

磷酸生產——熱法磷酸熱法磷酸制備原理第

部

分

磷酸生產——熱法磷酸制備原理(1)燃燒和水合黃磷燃燒的總反應式為：P?

+5O?

=======P?O1o事實上，此反應是一個復雜的多級反應，反應物中除P?O?o

外，還存在著少量磷的低級氧化物P4O、P?O?

、P?O?

等。在不同溫度下，

P205

有不同的水合反應。230℃時，

P?Os

與

三個水分子結合，生成磷酸。P?O1o+6H?O=====4H?

PO?700℃時，

P?O?

與一個水分子結合，生成偏磷酸。P?O??

+2H?O=4HPO?450℃時，

P?O?

與二個水分子結合，生成焦磷酸。P?O?o+4H?O=2H?

P?O?第

部

分

磷酸生產——熱法磷酸(2)霧化和吸收在磷酸的實際工業(yè)生產中，最重要的是黃磷的充分霧化及磷酸酐的充分水合。磷酸酐的水合是一個放熱反應。

P?O?

吸收的完全與否

體現(xiàn)了磷酸裝置設計的經濟性。吸收完全，不僅可降低黃磷的消耗，而且也可減少環(huán)境污染等。由于用磷酸吸

收P?O?

比用水吸收速度高很多，所以多采用低溫熱法磷酸循環(huán)逐步吸收P?O?

,

以得到所需磷酸濃度。第

部

分

磷酸生產——熱法磷酸生產方法完全燃燒法一段法優(yōu)先燃燒法燃燒水合一步法二段法燃燒水合二步法熱法磷酸部

分

磷酸生產——熱法磷酸一步法：將電爐法制磷時所得的含磷爐氣直接燃燒

,此時不僅磷氧化為五氧化二磷，

一氧化碳也被氧化二步法：二步法有多種流程，在工業(yè)上普遍采用的有兩

種：第一種是將黃磷燃燒，得到五氧化二磷用水冷卻和吸

收制得磷酸，此法稱為水冷流程。第二種是將燃燒產物五氧化二磷用預先冷卻的磷酸進行冷卻和吸收而制成磷酸，此法稱為酸冷流程。47

酸

冷

卻

法

生

產

熱

法

磷

酸

工

藝

證

程1

-

燃

燒

水

化

塔

；

2

-

噴

嘴

；

3

電

除

霧

器

；

4

,

5

-

冷

卻

器

；

6

泵

；

了

-

排

風

機第

部

分

磷酸生產——熱法磷酸工藝控制途徑熱法磷酸生產工藝雖各有不同，但基本上都圍繞著下列三方面進行設備與流程的安排。1、

磷燃燒時所放出的大量熱量如何有效地移走。2、

結合具體情況，選擇哪些耐高溫耐腐蝕材料。3、

有效而經濟地回收磷酸霧。第

部

分

磷酸生產——熱法磷酸典型工藝流程及主要設備燃燒水合塔除霧器分離器成品磷酸一步法黃磷加壓泵送廢氣排放部

分

磷酸生產——熱法磷酸二步法黃磷

加壓泵送

燃燒塔

水化塔分離器

除霧器成品磷酸

廢氣排放雙興發(fā)第

部

分

磷酸生產——熱法磷酸食品磷酸工藝流程圖成品酸

精

濾

粗

濾

脫

砷

貯酸槽貯磷槽

打磷泵

循環(huán)酸泵

熱交換器空壓機

燃磷鍋爐

水合塔

吸收塔

配酸池尾氣風機

旋液除霧

堿洗塔

文氏除霧

貯酸槽放

空

堿洗槽

堿洗泵

文丘里泵雙興發(fā)第

部

分

磷酸生產——熱法磷酸異常生產情況的分析1、

磷酸發(fā)黃；2、

磷酸外觀不合格；3、

煙囪有黃煙排出；4、

磷酸易氧化物過高；磷酸發(fā)黃(1)磷燃燒量太大，燃燒不完全。其處理方法為控

制燃磷量并加大空氣量；(2)噴嘴霧化不好，處理方法是調整噴嘴角度保持噴嘴疏通；(3)燃燒塔頭負壓

差不夠，形成正壓，處理方法是檢查風機運行情況，

調整循環(huán)磷酸量；(4)突然停車次數(shù)太多，處理方法

是要盡量減少突然停車次數(shù)；(5)循環(huán)磷酸泵已停，要加強巡回檢查。兩種流程的對比第

部分

磷酸生產——熱法磷酸磷酸外觀不合格(1)黃磷質量差；(2)燃磷量太大，處理方法是控制

燃磷量并同時降低循環(huán)酸溫度；(3)酸中未加氧化劑處

理，處理方法是加入雙氧水或硝酸。煙囪有黃煙排出(1)循環(huán)磷酸泵已壞，需要停車修理；(2)文丘里

除霧器噴液量不夠，需要調節(jié)閥門加大噴液量。易氧化物過高(1)間歇停車，黃磷燃燒不充分；(2)由于壓縮空氣不足，或二次補風不足，造成黃磷燃燒不完全，致使酸的易氧化物含量高。第

部

分

磷酸生產——濕法磷酸定義從廣義的來說，凡是由酸性較強的無機酸或酸

式鹽分解磷礦而生產出的磷酸，都可以稱為濕法

磷酸。常用的無機酸和酸式鹽有硫酸、硝酸、鹽酸、氟硅酸、硫酸氫銨等。以硫酸為原料的工藝路線是濕法磷酸生產中最

基本的方法。硫酸分解磷礦粉所得產物為磷酸和

硫酸鈣，其中硫酸鈣以晶體形式存在于酸解料漿

中，它的溶解度很小，只需真空過濾即可將磷酸

從酸解料漿中分離出來，方法簡單，便于安排大規(guī)模的工業(yè)化生產。第

部

分

磷酸生產——濕法磷酸1、

濕法磷酸生產的理論基礎CasF(PO?

)?

+5H?SO?5nE?O=5CaSO?

nH?OI+3H?

PO?

+HF+反

應Ca?

F(PO?

)?

+7H?

PO?

=5

Ca(H?

PO?

)?

+HFf5Ca(H?PO?)?+5H?SO?+10H?O=

5CaSO?

nH?OJ+

10H?

PO?>1.CaF?+H?SO?=

CaSO?+2HFr>2.

6HF+SiO?=

H?SiF?+2H?O>3.

3SiF?+2H?O=2H?SiF?+

SiO?4.CaCO?

+H?SO?

=CaSO?

+CO?

+H?O>5.

R?O?

)+2H?

PO?

=2RPO?

+3H?O>6.H?SiF?

△SiF?

+2HF1>

7.

R?O+H?SiF?=R?SiF?+H?O應毒

度第

部

分

磷酸生產——濕法磷酸>濕法磷酸生產過程中的化學反應硫酸分解磷礦粉的主要化學反應為：Ca?

(PO?

)3F+5H?SO?

+nH?O====3H?

PO?

+5CaSO?

nH?O+HF式中n可以等于0、1/2、2。>上述反應實際上是分兩個階段完成的。

第一階段是返磷酸將磷礦粉分解生成磷酸

一鈣溶液；第二階段是硫酸與磷酸一鈣反應生成磷酸

和硫酸鈣(即磷石膏)。第

部

分

磷酸生產——濕法磷酸用返磷酸預先分解磷礦粉的好處是避免了磷礦粉

與硫酸直接接觸，減少了磷礦粉粒子表面被新生成

的硫酸鈣薄膜包裹的現(xiàn)象，有利于磷礦粉分解率的

提高。同時，返磷酸的加入也可為磷石膏晶體的生

長創(chuàng)造有利條件由于水合物形式不同的硫酸鈣晶體的性狀差別很

大，其生長條件也不一樣，致使生產工藝有著明顯

區(qū)別，因此硫酸法生產濕法磷酸工藝按其生成的硫

酸鈣水合結晶形式劃分，可分為二水物流程、半水

物流程、無水物流程等。第

部

分

磷酸生產——濕法磷酸磷礦粉的分解過程硫酸鈣的結晶過程>濕法磷酸的生產是一個多相反應，反應

后得到的是一個固、液相混合在一起的料

漿。要得到磷酸就必須借助抽吸過濾，使

料漿中的磷酸和磷石膏分離開來。

一般來說磷礦粉的分解反應比較快，容易完成，因此磷石膏與磷酸的分離就成了關鍵的問題。第

部

分

磷酸生產——濕法磷酸磷礦粉的分解過程硫酸分解磷礦粉是一個多相化學反應過程。其反應

速度與液相氫離子濃度、反應溫度、磷礦粉的反應活

性、磷礦粉顆粒細度以及物料的攪拌強度等因素密切

相關。硫酸鈣的結晶過程>由于硫酸鈣的結晶過程在濕法磷酸生產中至關重要

,因此酸解料漿中硫酸鈣晶體生長的好壞將直接影響

到其液固相的分離。若晶體生長的好，則料漿過濾及濾餅洗滌的速度快，

P?O?

的收率高，反之則生產效果

差。晶體學認為過飽和度是結晶過程的動力，要想得到

有利過濾和洗滌的晶體，必須嚴格控制硫酸鈣的過飽

和度。第

部

分

磷酸生產——濕法磷酸

料漿的過濾和濾漿餅的洗滌>過濾目的是將酸解料漿中的液固相分開，得到濕法

磷酸。而洗滌則是將過濾之后殘留在濾餅中的已經萃

取出的水溶性P?O?

盡可能完全地回收。在濕法磷酸生產過程中維持水平衡是非常重要的，

為使一定量的洗水獲取更好的洗滌效果，

一般都采用

逆流洗滌：用前次洗滌得到的二洗液，做為本次洗滌

的一洗水；用前次洗滌得到的三洗液，做為本次洗滌的二洗水；用清水做為三洗水?？刂葡此臏囟纫埠苤匾?，

一般都用熱水洗滌。廢氣處理反應單槽盤式過濾氣液分離磷酸貯槽成品磷酸2、

濕法磷酸生產的工藝流

典型的二水物流程及主要設備廢氣排空廢液處理補充水磷石膏第二部分

磷酸生產——濕法磷酸磷礦粉硫酸磷酸程第

部

分

磷酸生產——濕法磷酸

濕法磷酸生產的其它工藝>半水物流程半水法的主要優(yōu)點是能夠直接制得高濃度的磷酸(40.45%P?O?),

而且對礦石的研磨要求較低，使

用較粗的礦粉也可得到滿意的反應速率。主要缺點是

:結晶小，過濾速率較慢；>半水—二水法流程先使硫酸鈣形成半水物結晶，然后再水化重結晶

為二水物，半水一二水法又分為一次過濾的稀酸流程

(也稱

“H”法流程)和二次過濾的濃酸流程(也稱

“C”法流程)。第二部分

磷酸生產——濕法磷酸>二水一半水法先使磷礦粉在二水物生產條件下被分解生成二水物結晶，反應完成后過濾得到35%左右P?O?的磷酸。濾出的二水磷石膏再送入晶體轉化器，脫水轉化為半水物。采用此法得到的α—型半水石膏，可制作高強度的石膏板。第

部

分

磷酸生產——濕法磷酸3、工藝條件的選擇和操作

酸解過程工藝條件的選擇磷礦的酸解過程必須嚴格控制，以期達到最大的

P?Os

轉化率及盡可能濃的磷酸；同時還要求反應生成

的硫酸鈣晶體粗大、整齊和易過濾。為此必須精心選

擇工藝條件并在操作中嚴格控制。1、

停留時間T

(或反應槽容積)指反應槽內平均停留時間，其目的是使石膏結晶長大，并消除過飽和度，提高過濾能力。第

部

分

磷酸生產——濕法磷酸反應槽的停留時間由反應槽容積決定，反應

槽容積滿足：1、

為磷礦的全部轉化提供足夠的停留時間。2、

為正常的結晶成長和生產合格的結晶粒度提

供足夠的停留時間。3、

容許在反應工段消除料漿中泡沫和乳化現(xiàn)象。2、

礦份細度(礦粒度)磷礦的分解速度與礦表面積成正比，因此提高礦粉細度，可以加快反應速度，提高礦的分解率；

但過細的礦粉會增加動力消耗，同時反應槽加礦區(qū)

由于反應劇烈造成局部過飽和現(xiàn)象。攪拌器又被稱作葉輪或槳葉，它是攪拌設備的核心部件。

根據攪拌器在攪拌時產生的流型，可以分為軸向流和徑向

流兩種。攪拌器的作用：1、

使料漿和加入的原料充分混合。2、

加快傳熱、傳質速度。4、回漿量

作用：1、

溶解磷礦。2、

提供晶種。3、

控制溫度。第二部分3、

攪拌強度磷酸生產——濕法磷酸第二部分

磷酸生產——濕法磷酸5、

液相SO?

濃度液相SO?濃度對磷礦分解、硫酸鈣晶核生成、晶體的成長和外形、晶體的轉

化及HPO24

有很大影響。SO

?

對反應的影響：1、

影響石膏的結晶。2、

影響磷酸原料的消耗。3、

影響磷的收率。操作時注意事項：SO?

應緩慢調節(jié)，幅度過大不利于結晶過程。第

部

分

磷酸生產——濕法磷酸6、

反應溫度二水法磷酸反應溫度控制可以采用空氣吹掃冷卻和真空閃蒸冷卻。反應溫度對裝置的影響：1、

影響石膏的結晶。2、

過高的溫度加快裝置設備的腐蝕。3、

過高的溫度加快過濾機濾布破損。操作時注意：當?shù)V品位低、雜質含量高時，溫度控制適當提高。第

部

分

磷酸生產——濕法磷酸7、

液相P?O?

濃度液相P?O?

濃度濃度控制即為稀磷酸濃度的控制。液相

P?O?

對裝置的影響：1、

影響石膏的結晶。2、

過高的溫度加快裝置設備的腐蝕。3、

過高的溫度加快過濾機濾布破損。操作時注意：在實際操作中，反應槽液相P?O?

濃度一般在26%~

30%,但當?shù)V中MgO

和R?O?含量增加時，濾液密