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磷酸的生产工艺

标签：热法磷酸湿法磷酸磷酸生产工艺

磷酸是制取各种工业和农业用磷制品的基础原料，目前国内外磷酸的生产工

艺主要有“热法”和“湿法”两种。二者相比较，湿法磷酸的工艺特点是产品成

本相对较低，但是质量较差，且对磷矿的品位和杂质含量都有较高的要求，目前

国际上制备工业磷酸主要采用湿法，我国湿法磷酸主要用于生产农业用化肥。热

法磷酸的工艺特点是产品质量好，但价格较贵，而且属高能耗技术，电力能源在

热法磷酸总的制造链中权重达60%。随着能源短缺日趋严重，电价节节攀升，热

法磷酸的价格也随之上涨，造成以其为原料的磷化工产品逐渐丧失市场竞争能

力。在这种形势下，磷酸工业不断改进生产工艺，以期降低能耗和生产成本。

1热法磷酸采用两步燃烧水合技术

热法磷酸工艺即以电热法生产的黄磷为原料，经过燃烧水合而制成含量85%

的磷酸。对于热法磷酸生产中热能的回收利用，20世纪50年代以前美国进行过

试验研究，但未取得很大的进展，更未实现工业化生产。80年代后期，德国有

较大规模的该类装置投入运行。近年我国云南省也有一套规模较小的装置投入试

运行。

带有热能回收装置的热法磷酸生产工艺通常采用两步法，即磷的燃烧和

P2O5的水合分别在两个设备内进行。其中，P2O5水合设备与传统的水化塔相似；

燃磷设备内设置换热管，以回收磷的燃烧热并副产蒸汽。燃磷设备的技术关键在

于如何既防止换热管被高温P2O5气体腐蚀，又能提供良好的传热条件。各国专

利技术都是通过控制工艺条件，使换热管表面形成一层特殊的磷化物来加以保

护。原德国赫司特集团对其一步法7万t/aH3PO4装置进行了改造，即在原燃烧

水化塔前面增设一个塔，专供燃磷使用，原有的燃烧水化塔则改为单纯的水化塔，

两塔的顶部以管道相连接，把燃磷塔产生的含磷气体导入水化塔进行水化。磷燃

烧塔内钢管表面没有任何防腐衬里，而是通过控制工艺条件，来防止钢管被腐蚀。

我国云南省化工研究院与清华大学工程力学系合作，对热法磷酸的热能回收

利用进行了研究。他们采用两步法，即磷的燃烧和P2O5的水化分别在两个塔内

进行。实际上燃磷塔也是热能回收装置，相当于一台余热锅炉，回收的热能用来

生产0.8MPa的蒸汽。其中热能回收装置采用膜式换热器结构，以提高热能的回

收效率并满足磷燃烧所需要的空间。该工艺已于2001年通过云南省科技厅验收

鉴定，首套1.5万t/a热法磷酸装置的热能回收工业化装置于2006年在重庆川

东化工（集团）有限公司投入运行。

2大型湿法磷酸进入工业级磷酸行业

湿法磷酸工艺即由磷矿石经过无机酸（主要是硫酸或盐酸）分解，先制得肥

料用粗磷酸，再经各种步骤净化除杂，最后浓缩制成纯度与热法工艺相当的工业

级磷酸。目前主要的净化方法有化学沉淀法、离子交换树脂法、结晶法、溶剂沉

淀法和溶剂萃取法。溶剂萃取法具有所得产品纯度高、生产工艺和设备相对简单、

能耗低、原料消耗少、生产能力大、分离效果好、回收率高、环境污染少、生产

过程易于实现自动化与连续化，而且有利于资源的综合利用等优点，因而引起了

广泛的关注。目前，溶剂萃取法已成为国外净化湿法磷酸的最有效方法之一，许

多发达国家已正式采用溶剂萃取法生产工业级和食品级磷酸。

由于我国磷矿资源绝大部分是高杂质含量的中、低品位磷矿，给湿法磷酸净

化带来困难。10多年来，我国许多科研单位开展了湿法磷酸净化的研究工作，

但迄今尚未形成大规模工业化，究其原因主要是萃取剂价格昂贵、回收困难，造

成生产成本过高。四川大学和贵州宏福实业开发有限公司合作开发了具有自主知

识产权的湿法磷酸净化技术，该工艺包括预处理、脱硫、过滤分离、萃取、深脱

硫、洗涤、反萃和浓缩等过程，工艺特点有：①在预处理阶段设置一个脱硫脱氟

缓冲槽，在萃取槽和洗涤槽中间设置一个精脱硫除铁槽；②萃取、洗涤和反萃过

程均在旋转振动筛板塔中进行；③在洗涤塔与反萃塔之间设置一个降乳化槽。该

工艺磷酸净化率为70%～80%，磷的总得率99%，溶剂消耗量6kg/t。

3窑法磷酸正式投入工业化运行

窑法磷酸工艺即在回转窑中用煤气加热低品位磷矿石粉，进行还原氧化反

应，由循环酸吸收转窑窑气制备工业磷酸。我国窑法磷酸从1988年开始试验研

究，2005年3月湖北三新磷酸有限公司先后对含磷25%、20%、18%、15%、12%、

9%等品级的磷矿进行了小试和中试，取得了成功，磷的还原率达到