磷酸是怎么产生的？

磷酸是制备各种工农业磷产品的基本原料。目前，国内外磷酸的生产工艺主要有“热法”和“湿法”两种。两者相比，湿法磷酸的特点是产品成本相对较低，但质量较差，对磷矿品位和杂质含量要求较高。目前，世界上主要用湿法磷酸制备工业磷酸，我国主要用湿法磷酸生产农用化肥。热法磷酸的工艺特点是产品质量好，但价格贵，是高能耗技术。在整个热法磷酸制造链中，电能的权重为60%。随着日益严重的能源短缺和电价上涨，热法磷酸的价格也随之上涨，导致以其为基础的磷化工产品逐渐失去市场竞争力。在这种情况下，磷酸行业不断改进其生产工艺，以降低能耗和生产成本。热法磷酸采用两步燃烧水合技术，即以电热法生产的黄磷为原料，燃烧水合制得含量85%的磷酸。对于热法磷酸生产中热能的回收利用，美国在20世纪50年代以前就进行了实验研究，但没有取得很大进展，更谈不上实现工业化生产。20世纪80年代末，一个大型的这种装置在德国投入运行。近年来，一个小型装置已在云南省投入试运行。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的水合分别在两个装置中进行。其中P2O5水合设备类似于传统的水合塔；在磷燃烧设备中设置换热管，回收磷和副产蒸汽的燃烧热。燃磷设备的技术关键在于如何防止换热管被高温P2O5气体腐蚀，并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，在换热管表面形成一层特殊的磷化物来保护的。原德国赫斯特集团对其一步法7万t/a H3PO4装置进行改造，即在原燃烧水合塔前增加一个塔用于燃磷，将原燃烧水合塔改为简易水合塔。两塔顶部用管道连接，燃磷塔产生的含磷气体引入水合塔进行水合。磷燃烧塔钢管表面无防腐衬里，但通过控制工艺条件防止了钢管的腐蚀。云南化工学院与清华大学工程力学系合作研究热磷酸的热能回收利用。他们采用两步法，即磷的燃烧和P2O5的水合分别在两个塔中进行。燃磷塔其实也是一个热量回收装置，相当于一个余热锅炉。回收的热能用于产生0.8兆帕的蒸汽。热能回收装置采用膜式换热器结构，提高热能回收效率，满足磷燃烧所需空间。该工艺已于2001通过云南省科技厅验收鉴定，65438+50万t/a热法磷酸装置第一批热能回收产业化装置于2006年在重庆川东化工(集团)有限公司投产。大规模湿法磷酸进入工业级磷酸工业的湿法磷酸工艺，即用无机酸(主要是硫酸或盐酸)分解磷矿，先制得肥料用粗磷酸，再经过各种步骤净化提纯，最后浓缩制成纯度与热法相当的工业级磷酸。目前主要的纯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、环境污染小、生产过程易于自动化和连续化、有利于资源综合利用等优点，因此受到广泛关注。目前，溶剂萃取已成为国外净化湿法磷酸最有效的方法之一，许多发达国家已正式采用溶剂萃取生产工业级和食品级磷酸。由于我国磷矿资源多为中低品位磷矿，杂质含量高，湿法磷酸净化难度大。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，但至今未形成大规模产业化。主要原因是萃取剂价格昂贵且难以回收，导致生产成本高。四川大学与贵州宏福实业发展有限公司联合开发了具有自主知识产权的湿法磷酸净化技术，该技术包括预处理、脱硫、过滤分离、萃取、深度脱硫、洗涤、反萃和浓缩。工艺特点是:①预处理阶段设置脱硫脱氟缓冲罐，萃取罐和洗涤罐之间设置精脱硫除铁罐；(2)萃取、洗涤和反萃均在旋转振动筛板塔中进行；(3)在洗涤塔和汽提塔之间设置破乳罐。磷酸净化率70% ~ 80%，磷总收率99%，溶剂消耗6 kg/t，窑法磷酸正式投入工业运行，即在回转窑内用气体加热低品位磷矿粉进行还原氧化反应，用循环酸吸收回转窑气体制取工业磷酸。我国窑法磷酸于1988开始实验研究。2005年3月，湖北三鑫磷酸有限公司先后对磷含量为25%、20%、18%、15%、12%、9%的磷矿进行了小试和中试，并取得成功。在此基础上，公司建成了1万t/a工业磷酸CDK装置。窑法磷酸新工艺的主要特点是:可以用杂质含量高的中低品位磷矿生产高质量、高浓度的磷酸；当磷矿中二氧化硅含量较高时，P2O5含量可低至17%。制得的磷酸质量和浓度可以达到或接近热法磷酸。此外，该工艺充分利用了生产过程中的化学反应热，显著降低了生产能耗。此外，该工艺可以使用煤作为燃料，这使得产品成本相对较低。据估计，窑法磷酸的产品成本介于热法磷酸和湿法磷酸之间。与湿法磷酸相比，不受磷矿品位和杂质含量的限制，也不受硫资源的限制；与热法相比，大大降低了生产能耗，并可避免使用昂贵的电能。因此，该工艺符合我国磷资源的特点，具有良好的发展前景。盐酸制磷酸新工艺在实验室走出了制约磷矿工业发展的瓶颈——低品位矿石利用的技术难题。由武汉化工研究院承担的湖北省科技攻关项目中试装置于2006年8月底试车成功，生产的肥料级磷酸和工业级磷酸质量达到国家标准。这意味着，经过多年的努力，“盐酸法”终于走出了实验室，向工业化生产迈出了一大步。“盐酸法”可直接利用低品位磷矿生产工业磷酸，无需选矿，可节约大量电、煤、硫资源。该方法适用于任何品位的磷矿，P2O5总回收率可达93%以上。建议现有热法磷酸工艺采用两步法回收热能，降低生产成本。湿法磷酸的精制技术需要进一步完善，以降低工业湿法商品磷酸和磷酸盐的生产成本，用精制湿法磷酸替代部分热法磷酸，特别是食品级磷酸。生产方法有很多种，取决于生产条件、当地环境和当前市场供求情况。