由磷酸盐矿生产磷酸的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用酸化磷酸盐矿石而生产磷酸的方法，也涉及为完成该方法的设备。本发明专利技术的方法和设备用以改进产品，显著地在经济上改进过去的流程并分离较高质量的废液以提供可供采用的处理方法。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通过酸化磷酸盐矿而生产磷酸的方法以及实现该方法的设备。近几十年来使用由磷酸制备的人造化肥大大增加。虽然全世界对化肥和磷酸盐化学药品的要求量要继续增长，但许多高品位和易于开采的磷酸盐岩矿藏已用尽了，而留下具有较少量的可回收的石灰骨质磷酸盐(BPL)的低品位的矿石。有必要增加流程的处理，称作富集，以除掉脉石和相结合的杂质，以增加用作酸化处理原料的磷酸盐岩的BPL含量。然而，即使用这些方法，所得到的提高品位的磷酸盐岩的总品位一般是低的。有些矿藏由于太贫化而以致提高品位是不经济的。在世界许多地方在其他因素中这些因素会增加生产磷酸的成本，并增加某些生产者继续竞争的困难。    磷酸盐矿的富集包括许多单元操作。例如，沉积矿，原料要拔顶并将细碎的送到筛分设备例如摆动筛，以生产一种粗产品(卵石)和细精砂岩的混合物。每一种大小粒度的部分都要进行洗涤并脱水。水通过大槽循环以沉淀夹带的矿泥。粗产品储存成堆便于装运。精砂混合物要进行优先浮选的连续步骤以分离这两部分。废砂与水形成泥浆泵入矿中作填料。磷酸盐精矿放到储存堆中以备装运。由矿石中拔顶的粗材料往往接近于那些要丢弃的品位原料，由于这些原料不能提高到可接受的品位，或者提高到可接受品位的成本过高。很快就可以明白，磷酸盐矿石的富集程序是昂贵的，它大大增加了生产磷酸的成本。此外，目前的富集工艺不能提高某些矿石的品位足以达到可以在现有磷酸厂中使用。在现有技术中需要一种方法和设-->备在酸化以前经济地由磷酸盐矿石中提取P2O5而不需要富集矿石而实用的方法和设备要容易适用于已有的工业规模的磷酸厂，以减少开始大规模运行时所必要的资金投资。    因此，本专利技术通过提供一种酸化磷酸盐矿石而生产磷酸的方法和为实现该方法的设备，以有助于实现现有技术中的这些要求。本专利技术的流程包括在多段反应体系的每个反应区中在磷酸水溶液中形成一种磷酸盐矿石的浆料。反应区是这样安排的，将矿石固体分成二个单独部分，一部分主要包括在磷酸溶液中的粗粒固体和磷酸钙的浆料，并有少量细粒固体。另一部分主要包括在磷酸溶液中的细粒固体和磷酸钙的浆料并具有少部分粗粒固体。这样，粗粒固体和细粒固体基本上分开处理，使每一部分都可以在适宜于它们独特性质的条件下进行处理。          从矿料进入区，第一和第二工艺液流是各个移走并分别转移，这样粗粒固体和细粒固体基本上分开。基本上处理粗粒固体的反应区称为粗粒反应区，而基本上处理细粒固体的反应区称为细粒反应区。基本上，粗粒固体以逆流方式与磷酸反应而细粒固能以并流方式与磷酸反应，这在下面要进一步描述。反应区结合的安排可以根据矿料的性质而改变，以允许处理各种从全部粗粒固体到全部细粒固体的矿料。第一流程液流是由第一粗粒反应区和从体系的每一个其他粗粒反应区流出。这液流一般由每个粗粒反应区流出的一种底流液流(underflow stream)。含有由粗粒反应区来的粗粒固体的第一流程液流转移到直接相邻的下一个粗粒反应区。这样，例如，含有来自第一粗粒反应区的粗粒固体的一种底流液流转移到第二个粗粒反应区，而由第二个粗粒反应区出来的底流液流就转移到第三个粗粒反-->应区，并依此类推。第二个流程液流包括细粒固体和含有磷酸—钙的磷酸溶液，这是由最后的粗粒反应区和从系统的每个其他粗粒反应区中流出来的，第二流程液流一般是由粗粒反应区来的溢出液流。由每个粗粒反应区来的第二流程液流是转移到系统的直接相邻的前面一个粗粒反应区。这样第二流程液流流经系统的方向和第一流程液流的流动方向是相反的。在整个循环中保持了不同的磷酸浓度，其浓度是随着液相流动的方向而递减。    在由第一粗粒反应区流出的第二流程液流中的许多细粒固体含有P2O5。这些细粒固体在液流中与磷酸反应直到基本上全部P2O5都由细粒固体中浸提出来。这可以在细粒反应器中方便实现，该反应器将在下面描述。所得悬浮液由细粒反应区流出而转移到沉降区，基本上没有粗粒固体。在沉降区中，悬浮液与絮凝剂相结合而形成浆料，主要包括在磷酸溶液中溶解的磷酸—钙和包括含有细粒固体的絮凝物的固相。然后将固相由悬浮体的液相中部分分离以产生一种含有磷酸—钙—磷酸溶液的基本上澄清的液体和一种含固体和溶液的更浓的浆料。这可以在沉降器中用比重沉降澄清方法来完成。澄清的溶液转移到一个容器中，其中磷酸—钙和硫酸反应而形成硫酸钙晶体和另外的磷酸。最好的是，晶体是石膏型的硫酸钙〔CaSO4·2H2O〕但是它们也可能是半水合型〔CaSO4·1/2H2O〕。硫酸钙晶体由磷酸溶液中移去，而一部分酸溶液再循环到流程的最后粗粒固体反应区。其余的磷酸溶液作为产品由流程中移去。在本专利技术的一个较好的实施方案中，由悬浮液相中分离的絮凝物-->浆料由连续逆流洗涤处理，而其中至少有一部分P2O5转移到洗涤水流中。富集有P2O5的洗涤水流可以与淤渣沉降器中或加有絮凝剂的容器中的悬浮体相结合而到任何反应区，为了在其后加入硫酸而作为酸产品回收P2O5。为了有利于回收溶解P2O5，逆流洗涤系统可以包括压差式滤器例如带式压滤器。这些能与洗涤段以任何适宜方式相连结，例如，在洗涤段之间或接在最后的洗涤段之后。含有由滤器中回收的P2O5溶液，在适当的P2O5强度点上返回到洗涤系统。压差式滤器可以单独使用以代替洗涤装置，这是本专利技术的另一个实施方案。在专利技术的一个实施方案中，絮凝物是通过用水逆流洗涤而处理的，并在洗涤段之间使用离心机以实现固/液分离。在另一实施方案中，使用倾析器代替离心机。本专利技术的设备描述如下。至少有二个用于酸化磷酸盐岩石的粗粒固体反应装置相串联。粗粒反应器装置包括第一反应器装置和第二或最后反应器装置。反应器装置一般是有搅拌的浸提容器。装置备有将磷酸盐矿石或岩石引入第一反应装置的设备，装置备有将浸蚀矿石的酸引入最后粗粒反应装置的设备。设备也包括用于转移第一流程液流从每一个反应器装置到该系列中直接相邻的下一个反应器的装置，该第一流程液流包括粗粒固体和少部分液相，其流向与磷酸流向相反。同样地，装置配备有用于转移第二流程液流由每一个粗粒反应器装置到直接相邻的前面的粗粒反应器装置，(除了系列中最后的粗粒反应器装置)。该第二流程液流包括一种液相和细粒固体。这些转移装置一般可以是液体输送管道、泵和液/固分离装置。-->在设备中包括一种细粒反应器。转谱爸檬怯糜诮诙鞒桃毫?从第一粗粒反应器装置转移到细粒反应器。由第一反应器装置流出的第二流程液流含有细粒固体和有磷酸—钙溶解在内的液相。    设备还包括的装置如混合容器，用于使絮凝剂与液体和由细粒反应器来的细粒固体相结合面产生絮凝状固体浆料和有磷酸—钙溶解在内的液体。分离装置，如重力沉降器，包括用于由液体中分离絮凝固体以产生一种絮凝固体的浓缩物和基本上澄清的液体。提供的装置也用于在液体中的磷酸—钙与硫酸反应而在磷酸溶液中产生硫酸钙晶体。这可以在结晶器中方便地实现。最后，提供了另外的分离装置用于从磷酸溶液中分离硫酸钙晶体。在本专利技术的一个实施方案中，设备包括连续逆流的洗涤系统，用于处理絮凝固体的浓缩物以回收P2O5。因此回收的P2O5可以再循环到相应的设备中以确保转变成磷酸产品。在另一个实施方案中，采用逆流倾析作为洗涤设备。在本专利技术中还有一个实施方案，絮凝固体物是在逆流倾析的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个从磷酸盐矿石中回收Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］，而生产磷酸的工艺流程，其方法包括：在多区反应体系的每个反应区中，形成一种磷酸水溶液的磷酸矿石浆料，其中，反应区包括串联的体系，所述多区反应体系包括第一反应区和最后的反应区；将所述磷酸盐矿石 引入所述的第一反应区；将磷酸引入所述最后的反应区；在每个反应区中，磷酸盐矿石与其中磷酸反应，在磷酸溶液中基本上形成一种由粗粒固体、细粒固体和磷酸一钙所组成的浆料；移走含有来自系统第一反应区和每个其他反应区（除最后反应区外）的粗粒 固体的第一工艺液流，并将每个第一工艺液流从每个反应区转到相邻的后续的反应区；将来自每个反应区的第一工艺液流中的粗粒固体与所说液流的磷酸反应，以进一步从粗粒固体中浸提Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］；从最后反应区排出在液相中含粗粒固体的浆料，所述 的液相含有溶解在磷酸溶液中的磷酸一钙，并且含有少量细粒固体；移出含细粒固体和磷酸溶液的第二工艺液流，该磷酸溶液包括来自系统的最后反应区和每个其他反应区（除第一反应区外）的磷酸一钙，并以与第一工艺液流逆流方向，而与从最后反应区流向第一反应 区的磷酸并流的方向，将每个第二工艺液流转送到相邻的前面的反应区；在反应区之间要保持不同的磷酸浓度，并按第二工艺液流从第一反应区流到最后反应区的流动方向，使每个反应区的浓度逐级下降；将来自每个反应区的第二工艺液流的细粒固体与在所说液流 中的磷酸反应，以进一步从细粒固体中浸提Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］；将来自第一反应区的第二工艺液流所形成的悬浮体输入贮留区，并在所述贮留区中保持所述悬浮体，以进一步从细粒固体中浸提Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］。把来自细粒贮留区的反应悬浮体输入澄清区 ，并将悬浮体与絮凝剂结合，而形成基本上含有磷酸一钙的磷酸溶液所组成的液相和含细粒固体在内的絮凝物固相的浆料；将固相从悬浮液的液相中分离；将来自悬浮液的液相中的磷酸一钙与硫酸反应，在磷酸溶液中形成硫酸钙晶体；将硫酸钙晶体从磷酸溶液 中分离。...

【技术特征摘要】
US 1987-7-28 078,6081.一个从磷酸盐矿石中回收P2O5，而生产磷酸的工艺流程，其方法包括：    在多区反应体系的每个反应区中，形成一种磷酸水溶液的磷酸矿石浆料，其中，反应区包括串联的体系，所述多区反应体系包括第一反应区和最后的反应区；    将所述磷酸盐矿石引入所述的第一反应区；    将磷酸引入所述最后的反应区；在每个反应区中，磷酸盐矿石与其中磷酸反应，在磷酸溶液中基本上形成一种由粗粒固体、细粒固体和磷酸—钙所组成的浆料；移走含有来自系统第一反应区和每个其他反应区(除最后反应区外)的粗粒固体的第一工艺液流，并将每个第一工艺液流从每个反应区转到相邻的后续的反应区；将来自每个反应区的第一工艺液流中的粗粒固体与所说液流的磷酸反应，以进一步从粗粒固体中浸提P2O5；从最后反应区排出在液相中含粗粒固体的浆料，所述的液相含有溶解在磷酸溶液中的磷酸—钙，并且含有少量细粒固体；移出含细粒固体和磷酸溶液的第二工艺液流，该磷酸溶液包括来自系统的最后反应区和每个其他反应区(除第一反应区外)的磷酸—钙，并以与第一工艺液流逆流方向，而与从最后反应区流向第一反应区的磷酸并流的方向，将每个第二工艺液流转送到相邻的前面的反应区；    在反应区之间要保持不同的磷酸浓度，并按第二工艺液流从第一反应区流到最后反应区的流动方向，使每个反应区的浓度逐级下降；将来自每个反应区的第二工艺液流的细粒固体与在所说液流中的磷酸反应，以进一步从细粒固体中浸提P2O5；将来自第一反应区的第二工艺液流所形成的悬浮体输入贮留区，并在所述贮留区中保持所述悬浮体，以进一步从细粒固体中浸提P2O5。把来自细粒贮留区的反应悬浮体输入澄清区，并将悬浮体与絮凝剂结合，而形成基本上含有磷酸—钙的磷酸溶液所组成的液相和含细粒固体在内的絮凝物固相的浆料；将固相从悬浮液的液相中分离；将来自悬浮液的液相中的磷酸—钙与硫酸反应，在磷酸溶液中形成硫酸钙晶体；将硫酸钙晶体从磷酸溶液中分离。2.权利要求1限定的工艺，其中至少含有粗粒固体的第一工艺液流中之一个也含有细粒固体和含磷酸—钙的磷酸溶液的液相，而且工艺还包括：将第一工艺液流从反应区转入分离区；将所述粗粒固体从第一工艺液流的细粒固体和溶液中分离；将产生的细粒固体和溶液回流到排出第一工艺液流的反应区；将分离后得到的粗粒固体转入相邻的后续的反应区。3.权利要求1或2限定的工艺，包括：将来自第一反应区的第二工艺液流所得的悬浮体转入分离区；在所述的悬浮体中分离粗粒固体；将分离的粗粒固体转到第一反应区；将所述悬浮体的残余部分输入贮留区。4.权利要求2限定的工艺，还包括将分离后得到的至少部分所述粗粒固体转到第一工艺液流排出的反应区或转到所述多区系统的前面反应区中。5.权利要求1，2或3限定的工艺，其中至少部分由硫酸钙晶体中分离的磷酸溶液再循环到所述多区系统的所说的一个反应区。6.权利要求5限定的工艺，其中至少部分由所述硫酸钙晶体中分离的磷酸溶液再循环到所述的最后反应区。        7.权利要求1限定的工艺，其中所说磷酸盐矿石是未经高集的矿石。8.权利要求1限定的工艺，其中所述磷酸盐矿石是低品位的富集过的磷酸盐矿石或部分富集过的矿石。9.权利要求1限定的工艺，还包括从所述浆料的所述细粒固体和液体中分离所述粗粒固体，该浆料是由所述的最后反应区中排出的，将所述的细粒固体和液体转到所述的一个反应区，  用水洗涤所述的分离的粗粒固体，以除去夹带的酸；将所述洗涤水和酸转到一个反应区中。10.权利要求9限定的工艺，其中洗涤水和酸转入到所述的最后反应区中。    11.权利要求1，2或3跟定的工艺，其中含有磷酸—钙的磷酸溶液是吸留在絮凝物中、并夹带在絮凝物而作为从分离区中的主要工艺液流中分离出的部分浆料，工艺还包括：通过连续地逆流洗涤处理絮凝物、吸留的溶液和夹带的溶液以将在吸留的和夹带的溶液中的至少部分P2O5转送到洗涤水流，将已经富集P2O5的洗涤水液流与悬浮液混合，在分离区向悬浮液中加入絮凝剂。    12.权利要求1，2或3限定的工艺，其中含有磷酸—钙的磷酸溶液是吸留在絮凝物中，并可以夹带在絮凝物而作为从分离区的主要工艺液流中分离出的部分浆料，工艺还包括：通过连续逆流洗涤处理絮凝物、吸留的溶液和夹带的溶液以将在吸留的和夹带的溶液中的至少部分P2O5转送到洗涤水流中，将得到的已富集P2O5的洗涤水流加到所述的一个反应区中。13.权利要求11限定的工艺，还包括：通过连续逆流洗涤处理絮凝物、吸留的溶液和夹带的溶液，以基本上将吸留的和夹带的溶液中的全部P2O5输送到所述洗涤水液流中。    14.根据权利要求11的工艺，还包括：为了释放吸留的溶液，把絮凝物破碎成絮凝颗粒；为了再形成絮凝物，将絮凝颗粒与絮凝剂相结合；从洗涤水中分离所产生的再形成的絮凝物。15.权利要求1限定的工艺，还包括：控制磷酸—钙与硫酸的反应温度和浓度，以便形成二水硫酸钙晶体。16.权利要求1限定的工艺，还包括：控制磷酸—钙与硫酸的反应温度和浓度，以便形成半水硫酸钙晶体。17.根据权利要求1的工艺，还包括：在水溶液反应介质中，进行磷酸—钙与硫酸的反应，通过蒸发水溶液介质中的水分，以冷却水溶液介质。18.权利要求1限定的工艺，其中硫酸钙晶体中含有残余的P2O5，工艺还包括：用水洗涤硫酸钙晶体以除去残余的P2O5；至少把部分生成的磷酸溶液输入多区反应系统的至少一个反应区中。    19.权利要求11限定的工艺，其中液相中的磷酸—钙与硫酸反应而在磷酸溶液中形成硫酸钙晶体，将所述晶体从磷酸溶液中分离，工艺还包括：用水洗涤分离硫酸钙晶体，以除去晶体中残存的P2O5，因此形成第二磷酸液流，    至少将部分第二磷酸液流输送到多区反应体系的至少一个反应区。20.权利要求19限定的工艺，其中将部分第二磷酸液流所输送到的所说的至少一个反应区是最后反应区。21.权利要求19所限定的工艺，其中从最后反应区排出的浆料基本上含有粗粒固体和含磷酸—钙的磷酸溶液的液相，所述的粗粒固体主要含有砂子，工艺还包括：    从最后反应区中排出的浆料中分离砂子，    把生成的液相回流到一个反应区中。22.权利要求21限定的工艺，其中，从来自最后反应区的浆料中分离出来的砂子含有残存的P2O5，其工艺还包括：    用水洗涤砂子，使P2O5转入水中，将含P2O5的水送到一个反应区中。    23.权利要求19限定的工艺，还包括：    为了释放吸留的和夹带的溶液，将絮凝物破碎成絮凝颗粒；为了再形成絮凝物，将絮凝颗粒与絮凝剂相结合；将生成的再形成絮凝物从洗涤水中分离。24.通过磷酸盐矿石的酸化生产磷酸的设备，其设备包括：至少两个串联的反应器装置，并含有第一反应器装置和最后反应器装置；用于把磷酸盐矿石输入第一反应器装置中的装置；用于将浸蚀磷酸盐矿石所用的酸输入最后反应器装置的装置；用于将来自第一反应器装置和各个贮留反应器装置的含有液相和粗粒固体的第一工艺液流输送到直接相邻的后续并串联的反应器装置的装置；用于将来自最后反应器装置和各个贮留反应器装置的含有液相和细粒固体的第二工艺液流输送到直接相邻的前面的反应器装置的装置；细粒反应器装置；将第二工艺液流从第一反应器装置转送到细粒反应器装置的装置其中液流含有溶解有磷酸—钙的液相和细粒固体；用于将絮凝剂与来自细粒反应器装置的液体和细粒固体相结合而在溶有磷酸—钙的液相中形成絮凝固体的浆料的装置；用于从液体中分离絮凝固体以产生絮凝固体的浓缩物和基本上澄清的溶解有磷酸—钙的液体的第一分离装置；用于将磷酸—钙与硫酸反应而产些在磷酸溶液中的硫酸钙晶体的装置；用于从磷酸溶液中分离硫酸钙晶体的第二分离装置25.权利要求24限定的设备，其中的设备还包括：用于从来自至少一个反应器装置的第一工艺液流中分离粗粒固体的第三分离浆置。用于将从液流中分离的粗粒固体返回到产生液流的反应器中的直接相邻的后续的反应器装置的装置。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：加里D德杜尔，威廉R埃里克森，罗宾L菲尼，詹姆斯D威尔逊，
申请(专利权)人：萨斯喀彻温钾盐公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]