脱重磷酸澄清技术研究与应用

解 秘，李建闻，朱桂华

（云南磷化集团有限公司，云南 昆明 650600）

磷酸是生产饲料级磷酸钙盐的基础原料，为达到产品标准，必须对磷酸进行净化处理，脱除砷、铅、氟等杂质［1-3］。磷酸净化生产中主要采用化学沉淀法，在酸中加入Na2S，使磷酸中的As3+、Pd2+等转化成As2S3、PdS 等沉淀物而脱除［4-8］。磷酸脱除重金属过程形成的硫化物沉淀颗粒细小，在黏度较大的浓磷酸中难以沉淀。在以往的生产过程中，大多采取简单的添加絮凝澄清剂进行澄清［9-12］，但由于磷酸杂质成分和含量波动较大，絮凝澄清剂的适应性较差，经常出现脱重磷酸不沉降的问题。在云南磷化集团有限公司磷酸盐厂饲料级磷酸实际生产过程中，为了进一步降低清酸固含量以满足成品酸要求，对脱重磷酸上层清酸采用超膜过滤机进行二次固液分离［13］，从而得到高品质清酸。以往生产中使用絮凝澄清剂澄清后的磷酸固含量较高，易造成超膜过滤机膜棒堵塞，造成较大的经济损失。

为了解决实际生产中脱重磷酸难澄清和清酸固含量较高的问题，通过研究澄清剂类型、澄清剂用量、澄清温度、澄清时间、澄清剂添加方式等因素对脱重磷酸澄清的影响，得出最佳澄清工艺条件，并对装置生产工艺进行优化改造。

1 磷酸脱重金属生产工艺流程

磷酸经浓缩后进入脱重工序进行重金属脱除，脱重后的浓磷酸经澄清后，上层清酸采用超膜过滤机进行深度过滤；下层渣酸用板框压滤机进行固液分离后，液相与膜过滤后清酸一起进入深度脱氟工序。具体生产工艺流程如图1所示。

图1 磷酸脱重金属生产工艺流程

脱重磷酸澄清过程使用聚丙烯酰胺类絮凝剂作为澄清剂，直接从输酸管道中加入与酸混合，添加过程采用人工调节控制。由于脱重磷酸澄清效果较差、效率较低，造成超膜过滤机堵塞，严重影响饲料级磷酸的生产。另外，由于出酸量波动，人工调节波动较大，造成澄清剂消耗高，增加了生产成本。

2 实验部分

2.1 实验原料

脱重磷酸：w（固）为2.38%，w（P2O5）为41.6%，相对密度为1.507；澄清剂：聚丙烯酰胺类、改性聚丙烯酰胺类、聚天冬氨酸类、聚乙烯酸钠类。

2.2 实验方法

取一定量澄清剂，将其配制成质量分数为0.1%的溶液使用。分别取一定量固含量和密度相同的脱重磷酸1 000 g 于同等型号的烧杯中，保持各组实验液位高度一致。将烧杯置于一定温度的恒温水浴锅中，加入一定量澄清剂，测定上层清液高度并检测清液固含量。采用单一变量分别探究澄清剂类型、澄清剂用量、澄清温度、澄清时间、澄清剂添加方式等因素对脱重磷酸澄清效果的影响。通过上层清液高度的变化表征固体颗粒沉降速率，通过上层清液固含量表征澄清效果。

3 结果与讨论

3.1 澄清剂类型对脱重磷酸澄清效果的影响

在70 ℃、澄清剂添加量为脱重磷酸质量0.004 0%、澄清时间30 min、澄清剂一次性添加的条件下，研究聚丙烯酰胺类、改性聚丙烯酰胺类、聚天冬氨酸类、聚乙烯酸钠类澄清剂的澄清效果，结果见表1。

表1 不同澄清剂实验结果

由表1 可看出，使用澄清剂可大大加快沉降速率，降低上层清液固含量；脱重磷酸使用不同澄清剂后沉降速率和澄清效果均不同。澄清30 min 后，使用聚乙烯酸钠类澄清剂的脱重磷酸上层清液高度最高，说明沉降最快，但上层清液固含量较高，澄清效果较差；使用聚天冬氨酸类澄清剂的脱重磷酸上层清液高度低于使用聚乙烯酸钠类澄清剂的脱重磷酸，但上层清液固含量最低，澄清效果最佳。考虑到脱重磷酸澄清主要指标为清液固含量，因此选用聚天冬氨酸类澄清剂作为脱重磷酸澄清剂最佳。

3.2 澄清剂用量对脱重磷酸澄清效果的影响

在70 ℃、聚天冬氨酸类澄清剂作澄清剂、澄清时间30 min、澄清剂一次性添加的条件下，考察澄清剂用量对脱重磷酸澄清效果的影响，上层清液高度随澄清剂用量变化如表2所示。

表2 脱重磷酸上层清液高度随澄清剂用量变化

由表2 可看出，随着澄清剂用量增加，脱重磷酸上层清液高度变化不大，说明澄清剂用量对沉降快慢的影响并不明显。

脱重磷酸澄清后上层清液固含量随澄清剂用量变化如图2所示。

图2 上层清液w（固）随澄清剂用量的变化

由图2 可看出，随着聚天冬氨酸类澄清剂用量增加，澄清后脱重磷酸上层清液固含量逐渐降低，当用量大于0.005 0%后，上层清液固含量几乎不变。因此，聚天冬氨酸类澄清剂在脱重磷酸澄清中的最佳用量为0.005 0%。

3.3 澄清温度对脱重磷酸澄清效果的影响

在聚天冬氨酸类澄清剂用量为脱重磷酸质量的0.005 0%、澄清时间30 min、澄清剂一次性添加的条件下，考察澄清温度对脱重磷酸澄清效果的影响，结果见表3。

表3 上层清液高度和w（固）随澄清温度变化

由表3 可知，温度对脱重磷酸澄清的影响较小，当温度从60 ℃升至70 ℃时，上层清液高度增加0.1 cm，继续升高温度清液高度不再变化；上层清液固含量随温度的升高而降低，但变化幅度并不明显。在实际生产过程中，脱重磷酸温度为70 ～80 ℃，可不考虑温度因素的影响。

3.4 澄清时间对脱重磷酸澄清效果的影响

在70 ℃、聚天冬氨酸类澄清剂用量为脱重磷酸质量0.005 0%、澄清剂一次性添加条件下，考察澄清时间对脱重磷酸澄清效果的影响，结果见图3。由图3 可看出，随着澄清时间增加，脱重磷酸上层清液高度先快速增大后逐渐保持稳定，澄清30 min 后固体颗粒沉降变缓，60 min 时达到沉降终点；上层清液固含量在前20 min内快速降低，澄清60 min时w（固）降至0.14%后不再变化。

图3 上层清液高度和w（固）随澄清时间的变化

3.5 澄清剂添加方式对脱重磷酸澄清效果的影响

在70 ℃、聚天冬氨酸澄清剂添加量为脱重磷酸质量的0.005 0%、澄清时间60 min条件下，考察澄清剂添加方式对澄清效果的影响，结果见表4。

表4 上层清液高度和w（固）随澄清剂添加方式变化

由表4可知，澄清剂3种方式加入脱重磷酸中，澄清后上层清液高度均相同，但澄清剂以等比预混添加澄清后的上层清液固含量最低，澄清效果最好。

4 生产工艺优化改造

将聚天冬氨酸类澄清剂配制成质量分数为0.1%的溶液使用，按脱重磷酸质量的0.005 0%添加澄清剂，引入自动控制技术将澄清剂和脱重磷酸按体积流量1.0 ∶14.5 添加，并在管道中增加预混器，澄清剂从预混器中加入使其与脱重磷酸充分混合，并通过多槽搭配使用保证脱重磷酸有足够的澄清时间。改造后澄清工艺流程见图4。

图4 改造后澄清工艺流程

改造后，脱重磷酸澄清上层清液固含量降低40%以上，满足超膜过滤机指标要求，清酸产量增加约30%；生产P2O51 t 澄清剂用量稳定在121 g，比人工调节降低了6.9%。

5 结论

本实验考察了澄清工艺条件对澄清效果的影响，并对装置生产工艺进行优化改造。实验得出以下结论：

（1）使用澄清剂可大大加快沉降速率，降低上层清液固含量；使用不同澄清剂脱重磷酸沉降速率和澄清效果均不同，使用聚乙烯酸钠类澄清剂时沉降最快，但上层清液固含量较高，澄清效果较差；使用聚天冬氨酸类澄清剂的脱重磷酸上层清液固含量最低，澄清效果最佳。

（2）随着聚天冬氨酸类澄清剂用量增加，澄清后脱重磷酸上层清液固含量逐渐降低，当用量大于0.005 0%后，上层清液固含量几乎不变；澄清剂用量对沉降快慢的影响不明显。

（3）温度对脱重磷酸澄清的影响较小。

（4） 选用聚天冬氨酸类作为澄清助剂，在70 ℃条件下按0.005 0%的添加量一次性加入脱重磷酸中，随着澄清时间延长，脱重磷酸上层清液高度先快速增大后逐渐保持稳定，澄清30 min 后固体颗粒沉降变缓，60 min 时达到沉降终点；上层清液固含量在前20 min内快速降低，澄清60 min时w（固）降至0.14%后不再变化。

（5）澄清剂以等比预混添加澄清后的上层清液固含量最低，澄清效果最好。

（6）根据实验探究结果对生产工艺进行优化和改造后，脱重磷酸澄清上层清液固含量降低40%以上，满足超膜过滤机指标要求，清酸产量增加约30%；使用等比自动控制技术后，生产P2O51 t澄清剂用量稳定在121 g，较人工调节降低了6.9%。