磷是一种重要的、难以再生的非金属矿产资源,最重要的下游应用是生产化肥,全球大约71%的磷矿石用于生产磷酸,90%的磷酸用于生产化肥,因此磷资源对世界粮食生产有着重要作用。
凡是有一定磷酸盐含量的岩石其实都可以称为磷矿,但是由于工艺、成本及其他因素,适合利用的磷矿主要是磷灰石类的,另外还有其他矿石,因地适宜,比如海岛上长期积累的鸟粪形成的石头里面有非常高的磷含量。磷矿中如果含磷量很高,也称作高品位矿石,那么直接就可以进行后续加工,如果品味低,就需要筛分等等。
在磷矿品位上,我国整体上品味较低,一级磷矿仅占总量的10%不到,二级磷矿也仅比10%多一点,相对于国外的高品位高储量来讲,我国磷资源确实存在量和质的差距。由于中国的磷矿以中低品味磷矿为主的特殊国情,目前国内的磷酸生产以湿法磷酸为主。
湿法是用硫酸、硝酸或盐酸等无机酸分解磷矿粉得到粗磷酸,通过净化得到磷酸产品,优点是原料来源广泛,成本比热法低20-25%、能耗约为热法1/3,净化后的磷酸产品可与热法磷酸相媲美等优点。当前国内外湿法磷酸的净化技术有:萃取法、结晶法、电渗析法、离子交换法和吸附法等。其中,溶剂萃取法净化湿法磷酸过程可连续生产,萃取剂对磷酸和杂质离子的分离效果较好,净化效果较好,产品纯度较高,是使用最广泛的湿法磷酸净化技术。
溶剂萃取法净化湿法磷酸是基于磷酸溶于有机溶剂,而杂质在有机溶剂中的溶解度小的特点,利用萃取过程使大部分杂质留在水相之中,而磷酸富集在有机相之中。萃取后,分离有机相,并对其经过水洗、反萃、蒸馏浓缩等环节,最终得到质量分数75%的净化磷酸。
溶剂萃取法虽然对湿法磷酸净化效果显著,是去除金属离子的主要手段。但其仍然存在一些问题和改进空间:如萃取过程存在一定的溶剂损失,工艺流程较复杂,成本较高,萃取率和萃取酸的利用率有待提高,磷酸对设备腐蚀性较强,磷酸三丁酯等含磷萃取剂的直接排放会对环境产生一定的污染等。
因此可以从以下几个方面解决这些问题;
①筛选新型复合萃取剂,减少萃取剂用量,提高萃取率,提升产品品质;
②开发新型萃取设备,增大水相与油相之间界面面积,提高传质速率,提高萃取速率;简化改进工艺路线,降低投资和操作成本;对关键设备或设备的关键部位包裹或内衬聚四氟乙烯等防护层,防止设备被腐蚀
③开发新的萃余酸利用途径,提高磷酸的利用率等方面去入手。
其中CWL-M离心萃取机在湿法磷酸净化中应用显著
CWL-M离心萃取机优点
01结构简单、稳定
采用上悬单支点结构,处理区域无底部轴承和机械密封,无渗漏风险,解决了离心萃取机故障频繁、使用寿命短的难题,节约了设备维护费用。
02节能
处理量更大、更节能(同等处理量的情况下,其功耗是传统环隙式结构离心萃取机的1/10~1/3)。
03耐腐蚀
设备可选择采用全氟高分子材料制造,可耐强酸(盐酸、混合酸等)的腐蚀。
04混合、分离效果好
多种混合结构可选配,分离效果高,可适用于易乳化的体系。
05重相堰板更换方便
料液体系变更时,重相堰板可实现快速更换,操作简单方便。
06设备存液量小
设备有效容积小。
07自动化程度高
可实现在线实时监控设备运转数据,可选配符合GMP标准的在线清洗系统、完全能适应间歇式和连续式运转。