水溶率的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于硝酸磷肥生产领域，特别是涉及一种以硝酸和磷矿为原料采用间接冷冻法生产硝酸磷肥的母液氨中和的系统及工艺，用于提高硝酸磷肥产品中P2O5水溶率。
【背景技术】
[0002]硝酸磷肥生产采用间接冷冻除钙和双轴卧式造粒技术。生产工序主要包括:磷矿的硝酸分解、酸不溶物分离、硝酸钙结晶分离、母液氨中和、NP料浆的浓缩、造粒、干燥、筛分、包装以及硝酸钙的转化制备硝铵等。
[0003]在硝酸磷肥装置中和过程中，由于磷酸母液中仍含有较高的Ca2+和微量的Mg2+、Fe3+、A13+及酸不溶物等杂质，随着中和过程的进行，中和料浆中会逐步生成较多的难溶性甚至不溶性的磷酸盐，它们均为凝胶状的细小结晶体，因而造成中和料浆粘度增大，尤其是在中和pH值达到2.7和4.5时，料浆粘度将达到高峰值，甚至会使中和工艺操作无法进行，于是，磷酸母液中和工艺采用常压中和槽式反应器，分三段中和完成，各段中和PH值控制为1.6?2.0、2.8?3.2、5.6?6.0。但是随着中和度的提高，将继续生成的部分磷酸盐将转化成不溶性的磷酸钙，且母液中的Ca2+越高，生成的不溶性磷酸钙就更多，导致最终产品中的P2O5的水溶率降低，影响产品的质量。
[0004]冷冻法硝酸磷肥除结晶硝酸钙工艺具有产品浓度高，使用原料单一等优点，但其只能分离出酸解料浆中总钙的65%?75%，除钙率不够高，致使硝酸磷肥最终产品中的P2O5水溶率较低，从而降低了 P2O5的利用率。硝酸磷肥产品质量标准(GB/T 10510?2007)中，硝酸磷肥合格品P2O5水洛率执彳丁指标为40%，一等品P2O5水洛率指标为55%，优等品P2O5水洛率指标也只有70%，而磷铵产品中合格品中P2O5水溶率指标值至少要求在70%以上。
【发明内容】
[0005]针对以上冷冻法硝酸磷肥除钙工艺技术的不足，结合我国磷矿特点，本实用新型公开了一种提高硝酸磷肥产品P2O5水溶率的系统，应用该系统后的生产工艺节能环保，在提高成品P2O5水溶率的同时，向产品中补充植物所需的营养元素钾，并降低中和过程低温状态下的物料粘度，全面提升硝酸磷肥品质。
[0006]本实用新型是通过如下技术方案实现的:
[0007]一种提高硝酸磷肥产品P2O5水溶率的系统，包括:
[0008]酸解槽，用于原料硝酸和磷矿的酸解，可以选浓度为58%?62%硝酸与磷矿进行酸解，由于磷矿中含有铁、铝和硅等杂质，经酸解会产生酸不溶物；
[0009]酸不溶物沉降槽，所述酸不溶物沉降槽与酸解槽连通，用于将从酸解槽中溢流出的酸解液进行自然沉降，排出下层酸不溶物；
[0010]结晶器，所述结晶器与酸不溶物沉降槽连通，用于将酸不溶物沉降槽中的上层清液引流至结晶器中与冷却剂进行间接换热，使酸解液冷却结晶形成硝酸钙结晶悬浮液；
[0011 ]硝酸钙过滤机，所述硝酸钙过滤机与结晶器连通，用于将硝酸钙结晶悬浮液过滤，形成的硝酸钙滤饼经处理转化为硝酸铵，分离掉大部分硝酸钙后的滤液形成母液，硝酸钙分尚量约为65%?7 5% ；
[0012]中和装置，所述中和装置分别与气氨罐、硝酸铵储罐、硝酸钙过滤机和硫酸钾溶液缓冲槽连通，用于将母液、硫酸钾溶液、气氨、硝酸铵引入至中和装置进行中和反应；
[0013]氮磷蒸发器，用于将中和装置中的料浆引出进行蒸发浓缩，并将蒸发出的气氨通过氨回收装置与中和装置连通；
[0014]双轴卧式造粒机，所述双轴卧式造粒机与氮磷蒸发器连通，用于将氮磷蒸发器中浓缩的料浆输送至双轴卧式造粒机中进行造粒；
[0015]干燥机，所述干燥机与双轴卧式造粒机连通，用于将双轴卧式造粒机中造粒产生的氮磷颗粒进行干燥；
[0016]振动筛，所述振动筛分别与干燥机和双轴卧式造粒机连通，用于对干燥后的氮磷颗粒进行筛分，将尺寸不合格的颗粒返回双轴卧式造粒机进行再次造粒；
[0017]氮磷成品冷却器，所述氮磷成品冷却器与振动筛连通，用于将振动筛筛分出的尺寸合格的氮磷颗粒输送至氮磷成品冷却器进行冷却；
[0018]包裹筒，所述包裹筒与氮磷成品冷却器连通，用于将冷却后的氮磷颗粒包装得到成品。
[0019]考虑到工艺的反应程度及后期蒸发、干燥的成本问题，一般将硫酸钾溶液的浓度控制在50%?60%为宜，且硫酸钾水溶液添加量为氨中和母液运行总量的2%?15%。
[0020]作为一种优选实施方式，所述中和装置包括一段中和机构，包括或不包括再中和机构，所述一段中和机构分别与气氨罐、硝酸铵储罐、硝酸钙过滤机和硫酸钾溶液缓冲槽连通，所述再中和机构分别与气氨罐、硝酸铵储罐连通，所述一段中和机构、再中和机构、氮磷蒸发器依次以串联的形式连通；当中和装置只包括一段中和机构不包括再中和机构时，一段中和机构直接与氮磷蒸发器以串联的形式连通，使一段中和机构中流出的溶液直接流至氮磷蒸发器进行氮磷蒸发；当中和装置既包括一段中和机构又包括再中和机构时，当然再中和机构可以是一段或多段分中和机构依次串联，一段中和机构、再中和机构和氮磷蒸发器依次串联，使一段中和机构中流出的溶液进入再中和机构进行再次中和后再引流至氮磷蒸发器进行氮磷蒸发。
[0021]作为一种优选实施方式，所述中和装置包括一段中和机构和再中和机构，所述再中和机构包括二段中和机构和三段中和机构，所述二段中和机构和三段中和机构分别与气氨罐、硝酸铵储罐连通，所述一段中和机构、二段中和机构、三段中和机构、氮磷蒸发器依次以串联的形式连通，即，所述经硝酸钙过滤机过滤后的母液和硫酸钾溶液只加入到一段中和机构中，所述气氨和硝酸铵分别加入到一段中和机构、二段中和机构和三段中和机构中。
[0022]当然母液氨中和工段中所用的气氨可以包括从氮磷料浆浓缩工段中回收的气氨。
[0023]由于母液中除含有H3P04、HN03外，还含有较高的Ca(NO3)2和微量的Mg(N03)2、Fe(N03)3、A1(N03)3及一些酸不溶物，在中和装置中，使一段中和槽中绝大部分的Ca(NO3)2与K2SO4反应生成微溶的CaS04，使中和装置中的Ca2+的量很少，转化成CaHPO4和Ca3(PO4)2极少，提高成品中P2O5水溶率，提升P2O5利用率；
[0024]如果本技术方案的中和装置采用一、二、三段中和机构依次连接，则可将一、二、三段中和机构中的pH值控制为1.6?2.0、2.8?3.2、5.6?6.0，在中和装置中，随着中和pH值的增加，依次发生下列化学反应:
[0025]首先在第一段中和时，气氨与母液中的硝酸和磷酸发生反应，生成硝酸铵和磷酸一钱，反应式为:
[0026]Ca(NO3)2+ K2SO4= CaSO4 + 2KN03
[0027]NH3+HNO3= NH4NO3
[0028]NH3+H3PO4= NH4H2PO4
[0029]在中和第二段，磷酸一铵继续与气氨发生反应，生成磷酸二铵，反应式为:
[0030]NH4H2PO4+NH3= (NH4) 2HPO4
[0031]以上反应即为中和过程的主反应，在发生主反应的同时，磷酸一铵又与母液中的Ca(NO3)2和Mg(NO3)2发生一系列副反应，反应式如下:
[0032]2NH4H2P04+Ca(N03)2= Ca (H2PO4 )2+2NH4N03
[0033]2NH4H2P04+Mg(N03)2= Mg (H2PO4 )2+2NH4N03
[0034]若继续中和至第三段，磷酸一钙与磷酸一镁又能转化生成磷酸二钙和磷酸二镁，反应式为:
[0035 ] Ca (H2PO4) 2+Ca (NO3) 2+2NH3=2CaHP04+2NH4N03
[0036]Mg (H2PO4) 2+Mg (NO3) 2+2NH3=2MgHP04+2NH4N03
[0037]若继续中和下去，则二钙和二镁又转化成三钙和三镁，反应式为:
[0038]2CaHP04+Ca (NO3) 2+2NH3= Ca3 (PO4) 2+2NH4NO3
[0039]2MgHP04+Ca (NO3) 2+2NH3= Mg3 (PO4) 2+2NH4NO3
[0040]随着中和过程的进行，中和料浆中会逐步生成较多的难溶性甚至不溶性的磷酸氢盐和磷酸正盐，使最终成品的P2O5水溶率降低，影响成品质量，因此，使母液中Ca2+，尤其是进入二、三段中和机构中料浆中Ca2+的含量越低越好，在本技术方案的一段中和机构中引入硫酸钾溶液，使一段中和机构中绝大部分的Ca(NO3)2与K2SO4反应生成微溶的CaS04，使进入二、三段中和机构中Ca2+的量很少，转化成CaHPO4和Ca3(PO4)2极少，提高成品中P2O5水溶率，提升P2O5利用率。
[0041]作为一种优选实施方式，所述一段中和机构是由I个一段中和槽构成的。
[0042]作为一种优选实施方式，所述一段中和机构是由至少2个一段中和槽并联构成的，所述各个一段中和槽分别与气氨罐、硝酸铵储罐、硝酸钙过滤机和硫酸钾溶液缓冲槽连通。
[0043]作为一种优选实施方式，所述一段中和机构、二段中和机构、三段中和机构分别是由I个一段中和槽、二段中和槽、三段中和槽构成的，所述一段中和槽、二段中和槽、三段中和槽与氮磷蒸发器依次以串联的形式连通。
[0044]作为一种优选实施方式，所述一段中和机构、二段中和机构、三段中和机构中至少有I个中和机构是由至少2个中和槽并联后再与相邻N段中和机构(N为一、二或三)或氮磷蒸发器依次以串联的形式连通。
[0045]与现有技术相比本发明具有如下特点:
[0046](I)硫酸钾水溶液加入中和一段中和槽，利用中和分段反应生成物不同的反应机理，将母液组分中的残留的少部分硝酸钙与硫酸钾在第一段中和反应，形成硫酸钙，减少母液中残留硝酸钙在第三段中和时反应量；
[0047](2)控制50%?60%浓度的硫酸钾水溶液添加量为氨中和母液运行总量的2%?15%，