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濕法磷酸（硝酸分解磷礦制得的磷酸）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-22

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濕法磷酸

硝酸分解磷礦制得的磷酸

用硫酸、硝酸或鹽酸分解磷礦制得的磷酸統(tǒng)稱為濕法磷酸，而用硫酸分解磷礦制得的磷酸的方法是濕法磷酸生產(chǎn)中最基本的方法。

基本信息

中文名	濕法磷酸
特點(diǎn)	產(chǎn)品純度高
方法	用無(wú)機(jī)酸分解磷礦粉
類型	生產(chǎn)中最基本的方法

概述

濕法生產(chǎn)是用無(wú)機(jī)酸分解磷礦粉，分離出粗磷酸，再經(jīng)凈化后制得磷酸產(chǎn)品。濕法磷酸比熱法磷酸成本低20%~30%，經(jīng)適當(dāng)方法凈化后，產(chǎn)品純度可與熱法磷酸相媲美。濕法磷酸工藝處于磷酸生產(chǎn)的主導(dǎo)地位。

濕法磷酸工藝按其所用無(wú)機(jī)酸的不同可分為硫酸法、硝酸法、鹽酸法等。礦石分解反應(yīng)式表示如下：

Ca5F(PO4)3+10HNO3 == 3H3PO4 + 5Ca(NO3)2 + HF ? （1-1）

Ca5F (PO4)3 + 10HCl == 3H3PO4 + 5CaCl2 + HF ? （1-2）

Ca5F(PO4)3+5H2SO4+ nH2O == 3H3PO4 + 5Ca SO4·nH2O +HF ? （1-3）

這些反應(yīng)的共同特點(diǎn)是都能夠制得磷酸。但是，磷礦中的鈣生成什么形式的鈣鹽不盡相同，各有其特點(diǎn)。反應(yīng)終止后，如何將鈣鹽分離出去，并能經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出磷酸則是問(wèn)題的關(guān)鍵。

相應(yīng)地，濕法磷酸的生產(chǎn)工藝可分為無(wú)水物法、半水法、二水法及半水-二水法等。其中，二水法由于技術(shù)成熟、操作穩(wěn)定可靠、對(duì)礦石的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在濕法磷酸工藝中居于主導(dǎo)地位。我國(guó)80%以上的磷酸都采用濕法磷酸二水法流程生產(chǎn)。二水法流程具有工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、對(duì)礦石種類適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，特別適用于中低品位礦石，在濕法磷酸生產(chǎn)中居于統(tǒng)治地位。

生產(chǎn)工藝

硝酸法

最早由奧達(dá)公司開(kāi)發(fā)，稱為奧達(dá)法。它是用硝酸分解磷礦生成磷酸和水溶性硝酸鈣，然后采用冷凍、溶劑萃取、離子交換等方法分離出硝酸鈣。受硝酸價(jià)格、能耗高、流程長(zhǎng)等條件的影響，工業(yè)應(yīng)用極少。

鹽酸法

上世紀(jì)60年代初，以色列礦業(yè)工程公司（I.M.I）開(kāi)發(fā)了著名的IMI法，首次實(shí)現(xiàn)了鹽酸法生產(chǎn)磷酸的工業(yè)化[5]。它是將磷礦與鹽酸反應(yīng)，生成磷酸和氯化鈣水溶液，然后用有機(jī)溶劑（如脂肪醇、丙酮、三烷基磷酸脂、胺或酰胺等）萃取分離出磷酸。但該法存在工藝復(fù)雜、副產(chǎn)物氯化鈣難以經(jīng)濟(jì)回收等問(wèn)題。

硫酸法

硫酸法的特點(diǎn)是礦石分解后的產(chǎn)物磷酸為液相，副產(chǎn)物硫酸鈣是溶解度很小的固相。兩者的分離是簡(jiǎn)單的液固分離，具有其他工藝方法無(wú)可比擬的優(yōu)越性。因此，硫酸法生產(chǎn)磷酸工藝在濕法磷酸生產(chǎn)中處于主導(dǎo)地位。但是其產(chǎn)生的大量磷石膏廢渣無(wú)法得到有效的利用，三廢問(wèn)題嚴(yán)重。

反應(yīng)式（1-3）中n的值取決于硫酸鈣結(jié)晶的形式，可以是0，1/2，2。在不同的反應(yīng)溫度和磷酸濃度下，可以生成無(wú)水硫酸鈣（CaSO4），半水硫酸鈣（CaSO4·0.5H2O）和二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）。

二水法流程至今仍存在著一些難以克服的缺陷。由于加工工藝粗放，礦石中的有害雜質(zhì)大部分進(jìn)入磷酸中。特別是氟元素，一旦進(jìn)入液相，很難再分離出來(lái)。更嚴(yán)重的是，產(chǎn)生大量的磷石膏廢料，造成嚴(yán)重的污染和浪費(fèi)。因此，陳學(xué)璽等[31]通過(guò)研究，對(duì)現(xiàn)行的工藝過(guò)程進(jìn)行了改進(jìn)，分兩步進(jìn)行反應(yīng)。

第一步：采用磷酸浸取磷礦石，從控制化學(xué)反應(yīng)的條件出發(fā)，減少化學(xué)反應(yīng)本身對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的污染。磷酸與磷礦的主要反應(yīng)方程式如下：

Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 +5 H2O → 5Ca(H2PO4)2·H2O + HF ? （1-4）

第二步：提供適宜的結(jié)晶條件，使副產(chǎn)磷石膏中的雜質(zhì)含量，尤其是磷含量顯著降低，提高磷回收率，使磷石膏滿足建筑材料生產(chǎn)的要求，從源頭上解決磷石膏污染的難題。硫酸的離子化反應(yīng)可瞬時(shí)完成：

Ca(H2PO4)2·H2O + H2SO4 +（n-1）H2O → CaSO4·nH2O ? + 2H3PO4 （1-5）

這種分步反應(yīng)的思想方法與“先污染后治理”的傳統(tǒng)思路完全不同，符合綠色化學(xué)的基本原理，完全符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。次方法有待實(shí)際的考驗(yàn)。

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