一种酸化液循环洗涤磷矿脱镁系统的制作方法

本发明属于肥料生产技术领域，特别涉及一种酸化液循环洗涤磷矿脱镁系统。

背景技术：

磷是农作物必不可少的元素。随着科学技术的发展，磷的用途也在不断扩大。磷矿资源则是发展磷化工的重要基础原料，磷矿的主要矿物成分为胶磷矿和微晶磷灰石，次要矿物有石英、白云石、方解石及长石碎屑、碳泥质物和少量海绿石等。磷矿主要用来制作磷酸，磷酸作为最终化工产品或其他磷化工产品的中间产品，对国民经济的发展起到很大的作用。它主要体现在以下两个方面: 一，用于生产各种肥料，例如磷酸一铵、磷酸二铵、重过磷酸钙等。二，作为化工中间产品，用于生产高附加值的精细磷化工产品。如医药级磷酸盐、食品级磷酸、电子级磷酸、磷酸盐光电材料，水的软化剂，酸型去垢剂的缓冲剂等等。

成熟的浮选工艺是磷矿石主要而有效的选别方法，它被用来选别沉积矿床矿石和带有硅质脉石的内成磷灰石。磷矿的浮选法包括直接浮选，反浮选，反—正浮选，正—反浮选和双反浮选，脱泥—反浮选等流程，尤以正—反浮为佳，其余流程的精矿质量相对差些。脱泥—反浮选流程与双反浮选虽较简单，但精矿质量与回收率难以兼顾。双反浮选，特别是脱硅反浮选，泡沫较黏，用于生产会造成泡沫输送困难，所用的捕收剂混合胺价格也很高。常见的磷矿脱镁方法包括以下几种。

（1）擦洗脱泥：目前对于风化程度较高的矿石，采用擦洗脱泥的洗选工艺已经很成熟，其流程结构一般为两段洗矿，主要设备为圆筒洗矿机或槽式洗矿机，而在第一段常配置洗矿筛。这些装置目前存在共同问题是矿泥中磷品位高，有用成分损失较大。擦洗脱泥工艺在国外应用较多，但我国风化矿仅占1.5％。因而推广应用的范围有限。磷矿的擦洗脱泥工艺在生产中的实践表明，只能提高1～3个品位，随着高品位磷矿储量的日益减少，中低品位的磷矿的开采，简单的擦洗脱泥工艺，已经不能满足加工的需要。

（2）重选；重力选矿法应用于磷矿的分选，在前苏联和美国较多。在实验室用重介质设备分选佛罗里达高镁磷矿，获得了较好的结果。重介质分选工艺具有分离效率高、环境污染小的特点，成为这几年研究的热点；但重介质选矿仅适于一定的粒度范围的磷矿，其细粒级部分仍需辅以浮选法选别。

（3）化学选矿：该法主要适用于碳酸盐含量不高且嵌布粒度较细的钙质磷矿石和分离浮选精矿中的杂质。化学选矿是降低磷矿中MgO含量的有效技术，但加工费用较高，设备要求高，一般不采用。

（4）光电选矿：光电选矿是利用磷矿物和脉石之间的色差来进行选别的，是近年来电子发展的结果，其应用越来越受到重视。其他的选矿流程如：焙烧—消化工艺、磁选矿技术以及联合选矿流程，在磷矿的脱镁降硅生产中不常应用。

我国有丰富的磷矿资源。但绝大部分都是中低品位沉积磷块岩矿，一般都有一定数量的白云石矿物伴生，其中的MgO对酸法加工有十分不利的影响。例如可导致过磷酸钙转化率低；严重吸湿结块；湿法磷酸料浆过滤强度和装置生产能力大大降低，P₂O₅转化率或回收率低等。低镁高品位磷矿供应的困难在相当程度上阻碍了我国酸法磷肥和磷化工产品的发展，它给制肥工艺造成困难，增加酸耗，降低产品的质量，影响了企业的经济效益，因此降低磷矿中MgO的含量对磷矿的后续加工非常重要。胶磷矿中的镁一般以白云石CaO·MgO·(CO₂)₂的形式存在。以往磷矿脱镁的方法有两类：热法和酸法。热法即煅烧消化法，是在约850℃高温下煅烧25-30mm的磷矿，使碳酸盐分解，然后用水消化，使CaO和MgO转化为溶液和细粒悬浮态Ca(OH)₂和Mg(OH)₂而随消化水流走，从而与磷矿物相分离，这种方法能耗大；磷矿粉碎造成的磷损失很大。

酸法是利用白云石和磷矿物与酸性物质反应活性的差异。酸性物质有许多种，但从原料廉价易得、流程设备简单、经济合理的观点来看、以酸化剂作为酸性物质来源显然具有无可比拟的优点。1973年Petersen首先用硫酸处理磷矿除镁。在直接用25％硫酸处理含MgO 0.71-1.21%的磷矿时，个别数据较好，大多数不理想。12组数据的平均除镁率52.9% ，平均磷损失达4.2%，且规律性很差，操作控制也较困难。Petersen在同一专利中还提出用SO₂或亚硫酸处理磷矿除镁；湖南大学也用SO₂处理磷矿除镁技术申请了专利。由于其酸性弱得多，SO₂处理可以在较低的磷损失率下达到较好的除镁效果。但从工业应用的观点来看问题很多，涉及气-液-固三相反应，流程，设备复杂，操作麻烦，逸出气相的未反应SO₂污染问题也是一个难题。日本的Hitachi公司提出一种用磷酸处理磷矿除镁的方法。所用的洗涤剂磷酸比硫酸的价格高得多，一般约为4-5倍，从降低磷损失率获得的收益还很难弥补原料费用的增加。其次，这种方法涉及三次过滤分离，流程很复杂。另外处理过过程中还要使用剧毒和腐蚀性很强的氟化氢溶液，这就给安全生产和环境保护造成困难。1982年，Ishaque用稀硫酸浸泡磷矿粉除镁，结果磷损失非常大。例如，当除MgO率为26.4%时，P₂O₅损失为5.4%；除镁率为66％时，磷损失高达14.8%。1983年，湖南大学陈昭宣等研究了用稀硫酸洗涤磷矿除镁，结论仍然是否定的。1984年，苏联列宁格勒化学研究所提出一种“改进”的硫酸处理方法，使用较低浓度(4～7％)的硫酸，分三段加入反应，严格控制段间pH梯度和每段加酸速度，以期提高磷的收率，但大多数结果仍不理想：在基本相同的条件下数据差别很大，在较差的情况下，除镁率达到48%时，磷损失可高达12%。

本专利特根据酸化法提供了一种酸化液循环洗涤磷矿脱镁系统，该系统具有结构简单、连续性好、脱镁效果理想等优点。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种酸化液循环洗涤磷矿脱镁系统，通过沉降槽将萃取槽中溢流出的磷精矿浆进行液固分离，向液相中加入酸化剂进行酸化，并补充适量的水以保证脱镁剂浓度恒定。对反应料浆进行固液分离时，采用离心过滤或压滤的方法分离难度较大，故采用沉降分离比较合适。且该系统具有结构简单、连续性好、脱镁效果理想、方法简便易行、经济合理等优点。所述技术方案如下：本发明实施例提供了一种酸化液循环洗涤磷矿脱镁系统，该系统设于矿浆生产装置和磷酸生产装置之间，该系统包括矿浆储槽、萃取槽、沉降槽、洗涤槽、酸化槽、补水装置和补酸装置，所述矿浆生产装置、矿浆储槽、萃取槽和沉降槽通过管路依次连接，所述沉降槽下层的矿浆出口通过管路与所述洗涤槽的进液口连接，所述沉降槽上层的清液出口和所述洗涤槽上层的清液出口均通过管路与所述酸化槽连接，所述洗涤槽下层的精矿出料口通过管路与所述磷酸生产装置连接，所述酸化槽还通过管路与所述萃取槽、补酸装置和补水装置连接。

其中，本发明实施例中的萃取槽由依次串联的四级反应器组成，一级反应器与所述矿浆储槽连接，一级反应器和二级反应器均与所述酸化槽连接。

具体地，本发明实施例中的反应器包括反应器本体、反应器本体外设的保温夹套、反应器本体内设的搅拌桨、反应器本体上设置的进料口、反应器本体上部设置的出料口、反应器本体上设置的循环管路和设于反应器本体上的温度计与pH计，所述循环管路的两端分别与所述反应器本体的底部和所述出料口连接且其上设有循环泵。

优选地，本发明实施例中的一级反应器与所述矿浆储槽之间设有预加热反应器。

其中，本发明实施例中的沉降槽为斜板沉降器。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例提供了一种酸化液循环洗涤磷矿脱镁系统，该系统采用了磷矿化学法除镁新工艺，克服了原有方法存在的问题，除镁反应选择性高，磷损失小，方法简便易行，经济合理。酸化后的洗涤液进行循环使用，其脱镁效果较理想，可以大大降低生产成本，且避免了排放造成的环境污染。另外，通过沉降槽将萃取槽中溢流出的磷精矿浆进行液固分离，分离效果好。

附图说明

图1是本发明实施例提供的酸化液循环洗涤磷矿脱镁系统的结构框图；

图2是本发明实施例提供的萃取槽的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的反应器的结构示意图。

图中：11矿浆储槽、12预加热反应器、13一级反应器、14二级反应器、15三级反应器、16四级反应器、17酸化槽、21反应器本体、22搅拌桨、23保温夹套、24进料口、25出料口、26循环泵。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种酸化液循环洗涤磷矿脱镁系统，该系统设于矿浆生产装置2和磷酸生产装置3之间，该系统包括矿浆储槽101、萃取槽102、沉降槽104、洗涤槽105、酸化槽103、补水装置106和补酸装置107等。其中，矿浆生产装置2用于生产合适颗粒大小和浓度的磷矿料桨，包括粉碎装置、球磨装置和浓密机等；磷酸生产装置3具体可以为湿法磷酸萃取装置，用于生产磷酸或者磷肥；矿浆储槽101用于储存矿浆生产装置2（浓密机）输出的磷矿浆；萃取槽102为采用脱镁剂除去矿浆中镁等杂质的反应器；沉降槽104用于对萃取槽102输出的经过脱镁处理的料桨进行固液分离，其上层清液返回酸化槽103循环使用，下层矿浆输出到洗涤槽105；洗涤槽105用于对沉降槽104输出的下层矿浆进行洗涤，其上层清液返回酸化槽103循环使用，其下层精矿输出到磷酸生产装置3用于生产高纯度的磷酸；其中，酸化槽103用于向萃取槽102提供合适浓度的脱镁剂并接收沉降槽104和洗涤槽105返回的上层清液；补水装置106和补酸装置107分别用于向酸化槽103补水和补酸化剂以使其中的脱镁剂保持合适的浓度。

具体地，参见图1，本发明提供的系统的连接关系为：矿浆生产装置2、矿浆储槽101、萃取槽102和沉降槽104通过管路依次连接，沉降槽104下层的矿浆出口通过管路与洗涤槽105的进液口连接，沉降槽104上层的清液出口和洗涤槽105上层的清液出口均通过管路与酸化槽103的返酸口连接，洗涤槽105下层的精矿出料口通过管路与磷酸生产装置3连接，酸化槽103还通过管路与萃取槽（与其出料口连接）、补酸装置（与其补酸口连接）和补水装置（与其补水口连接）连接。其中，本发明中的各装置通过管路相连，根据需要可以设置泵、阀门等结构，本实施例省略详细描述。

其中，参见图2，本发明实施例中的萃取槽102由依次串联的四级反应器组成（一级反应器13、二级反应器14、三级反应器15、四级反应器16），其中，一级反应器13与矿浆储槽101连接，且一级反应器13和二级反应器14均与酸化槽17连接。其中，二级反应器14、三级反应器15和四级反应器16都采用低进高出。该设计采用多级分流加脱镁剂的方式来控制pH值，可以防止局部酸度过浓，造成磷酸的损失。

具体地，参见图3，本发明实施例中的反应器（一级反应器13、二级反应器14、三级反应器15、四级反应器16）包括反应器本体21、反应器本体21外设的保温夹套23（其上设有蒸汽加热结构和冷却水冷却结构）、反应器本体21内设的搅拌桨22、反应器本体21上设置的进料口24（一级反应器13设于反应器本体21上部，二级反应器14、三级反应器15和四级反应器16设于反应器本体21下部）、反应器本体21上部设置的出料口25、反应器本体21上设置的循环管路26和设于反应器本体21上的温度计（图未示）与pH计（图未示）等。其中，循环管路26的两端分别与反应器本体21的底部和出料口25（具体可以为出料口三通）连接且其上设有循环泵。进一步地，反应器本体21还可以设置检查口或二氧化碳检查仪以跟踪反应进程。优选地，pH计设于反应器本体21上的多个位置以保证精确控制。其中，反应器本体21中的液位升至出料口25处时，开启循环泵对物料进行强制循环，以使反应更加充分，当达到一定要求时进入下一级反应器。

优选地，参见图3，本发明实施例中的一级反应器13与矿浆储槽11之间设有预加热反应器12用于将矿浆预热到适合温度以保证脱镁效果。

其中，本发明实施例中的沉降槽104为斜板沉降器。

本发明实施例提供了一种酸化液循环洗涤磷矿脱镁系统，该系统采用了磷矿化学法除镁新工艺，克服了原有方法存在的问题，除镁反应选择性高，磷损失小，方法简便易行，经济合理。酸化后的洗涤液进行循环使用，其脱镁效果较理想，可以大大降低生产成本，且避免了排放造成的环境污染。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。