[发明专利]由磷酸盐矿生产磷酸的方法和设备

说明书

本发明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，本发明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。

本发明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体是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。这液流一般是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一钙的磷酸溶液，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一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。