一种半水-二水法制备磷酸联产高纯石膏工艺
技术领域
本发明属于磷酸制备领域，具体涉及一种半水-二水法制备磷酸联产高纯石膏工艺。
背景技术
湿法磷酸生产工艺分半水法、二水法、半水二水法，其中以二水法工艺是最为成熟，半水工艺对磷矿质量要求比较高，否则萃取率不高，矿采用干磨，以矿粉的形式加入。半水—二水工艺与半水工艺一样。磷矿中主要化学成分是Ca5F(PO4)3，当它与硫酸反应时候，生成磷酸和难溶性硫酸钙结晶。其化学反应式如下：
当反应温度，硫酸加入量等条件不同，硫酸钙可以以三种不同 的结晶形态沉淀出来，分别为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)，半水硫 酸钙(CaSO4·1/2H2O)和无水硫酸钙(CaSO4)。半水-二水法生产 工艺技术是控制反应条件，先结晶生成半水硫酸钙，同时伴随高浓度 磷酸，再改变反应条件，水合重结晶生成二水硫酸钙，称之为半水-二水法工艺。传统二水法制的磷石膏的磷石膏因为含杂质较高往往作为废料堆弃，造成固体污染，浪费资源。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种半水-二水法制备磷酸联产高纯石膏工艺，能够得到纯度比较高的石膏。
具体技术方案为：一种半水-二水法制备磷酸联产高纯石膏系统，包括萃取槽、过滤机I、中和池、澄清池、养晶槽、压滤机、转化池、过滤机II，萃取槽上方设置有磷矿粉入口和硫酸入口，萃取槽下端设置有浆料出口，浆料出口与过滤机I连接；过滤机I的滤液出口与中和池连接，中和池上方设置有矿粉入口；中和池下端通过管道与澄清池连接；澄清池的清液出口与养晶槽连接，澄清池的稠浆出口通过管道与萃取槽连接；养晶槽上方设置有硫酸入口，养晶池出口与分离器连接，分离器出口与洗涤池连接，洗涤池出口压滤机连接，压滤机液体出口与转化池连接，过滤机I中的滤饼I进入转化池中；转化池的料浆出口与过滤机II连接，转化池中形成的料浆进入过滤机II中过滤，滤液II出口与萃取槽连接，滤饼II为二水磷石膏，压滤机固体出口为高纯石膏。
其工艺为：磷矿粉和硫酸在萃取槽中进行半水萃取，料浆经过过滤机I过滤后，滤液I在中和池中与矿粉再次进行萃取反应，澄清后稠浆返回萃取槽中进行再次萃取，清液进入养晶槽中进行回调晶体析出，经过分离器分离固体进入洗涤池进行洗涤，洗涤后的混合物经压滤机固液分离，分离晶体经过洗涤后得到高纯石膏，分离、洗涤液体为磷酸和少量硫酸，洗涤液与滤饼I进行反应，料浆经过过滤机II过滤后滤饼II为二水磷石膏，滤液II进入萃取槽中继续进行萃取。
有益效果：
（1）半水制磷酸，得到40%五氧化二磷的磷酸，不用浓缩或者很少的浓缩，节约能源；（2）把得到的磷酸利用矿粉进行预中和，充分利用硫酸根离子和氢离子的浓度，得到比较清的浓的磷酸和比较高纯度的石膏，直接可以做为商品销售。
附图说明
图1为本发明的示意图。
具体实施方式
一种半水-二水法制备磷酸联产高纯石膏系统，包括萃取槽、过滤机I、中和池、澄清池、养晶池、洗涤池、转化池、过滤机II，
萃取槽上方设置有磷矿粉入口和硫酸入口，萃取槽下端设置有浆料出口，浆料出口与过滤机I连接；过滤机I的滤液出口与中和池连接，中和池上方设置有矿粉入口；中和池下端通过管道与澄清池连接；澄清池的清液出口与养晶槽连接，澄清池的稠浆出口通过管道与萃取槽连接；养晶槽上方设置有硫酸入口，养晶池出口与分离器连接，分离器出口与洗涤池连接，洗涤池出口压滤机连接，压滤机液体出口与转化池连接，过滤机I中的滤饼I进入转化池中；转化池的料浆出口与过滤机II连接，转化池中形成的料浆进入过滤机II中过滤，滤液II出口与萃取槽连接，滤饼II为二水磷石膏，压滤机固体出口为高纯石膏。
P2O5含量≥28%的磷矿，加工为-100目≥70%的磷矿粉，检测P2O5含量，经计量后从萃取槽上方设置有磷矿粉入口加入；98%的硫酸经计量后从萃取槽硫酸入口加入；返回稠浆测比重后，经过计量从萃取槽返回稠浆口加入；
磷矿粉在萃取槽中发生反应：Ca5F(PO4)3+5H2SO4+mH2O==3H3PO4+5CaSO4.m/5H2O+HF，该反应实际分两步进行，第一步：Ca5F（PO4）3+7H3PO4==5Ca（H2PO4）2+HF，第二步为5Ca（H2PO4）2+5H2SO4+mH2O==10H3PO4+5CaSO4.m/5H2O，当反应温度，硫酸加入量等条件不同，硫酸钙可以以三种不同 的结晶形态沉淀出来，分别为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)，半水硫 酸钙(CaSO4·1/2H2O)和无水硫酸钙(CaSO4)。
通过控制硫酸加入量为总需求量的90%，保持硫酸根离子不足、钙离子过剩；让硫酸钙处于CaSO4-H2SO4-H3PO4-H2O四元平衡体系中的半水介稳定区，形成粗大的半水磷石膏。
过滤区滤液部分进入澄清池，澄清池与磷酸储槽连接，清液作为二水磷酸进入磷酸储槽，供后工序使用或进行浓缩，二水磷酸取酸量由进萃取槽的P2O5量决定，按照P2O5系统收率96%左右进行取酸，保持系统P2O5平衡，当指标有所波动的时候对取酸量进行微调；稠浆作为返酸返回磷酸系统。
洗涤池底部设置有出口，出口通过分离器接转化池，在转化池中加入98%硫酸（有计量装置），调节硫酸加入量，保持料浆中，料浆三氧化硫3-4%，使硫酸根离子过量，钙离子含量不足，通过闪冷系统控制料浆温度在70-80℃之间，让硫酸钙处于CaSO4-H2SO4-H3PO4-H2O四元平衡体系中的二水稳定区，生成粗大的二水磷石膏；
转化池出口连接输送泵，泵出口连接过滤机II,过滤机II得到的滤饼II为可直接作为商品出售的二水磷石膏，滤液进入萃取槽。指标见表1。
