厚街腐蝕加工
主要是用硫酸分解磷礦,然后將生成的磷酸與硫酸鈣分離。其主要反應式為:
Ca10F2(PO4)6 10H2SO4 mH2O─10CaSO4·nH2O 2HF 6H3PO4 (m-10n)H2O
為避免反應生成的硫酸鈣在磷礦顆粒表面形成膜層,阻礙反應繼續(xù)進行,工藝上反應過程是分成兩步進行。
第一步是磷礦溶解在磷酸(由后續(xù)工序返回的一部分)中生成磷酸一鈣;
第二步是硫酸與磷酸一鈣反應生成磷酸和硫酸鈣:Ca10F2(PO4)6 14H3PO4─10Ca(H2PO4)2 2HF;10Ca(H2PO4)2 10H2SO4 mH2O─10CaSO4·nH2O 20H3PO4 (m-10n)H2O。
在不同的反應溫度和不同的磷酸及游離硫酸濃度條件下,硫酸鈣可以有三種水合物:無水物(CaSO4)、半水物(CaSO4·?H2O)和二水物(CaSO4·2H2O)。硫酸鈣水合物存在的溫度和含P2O5的濃度范圍的相圖,在實際上受游離硫酸濃度和雜質的影響,所以在應用上是近似的。
實際生產(chǎn)條件中,二水物硫酸鈣的結晶區(qū)是磷酸濃度28%~32%P2O5、溫度70~80℃。在這樣條件下的磷酸生產(chǎn),稱為二水物工藝,它一直是工業(yè)上使用最普遍的工藝。半水物硫酸鈣的結晶區(qū)是磷酸濃度40%~50%P2O5、溫度90~110℃;采用這樣的條件的磷酸生產(chǎn),稱為半水物工藝,為少數(shù)工廠所采用。無水物硫酸鈣在磷酸濃度和溫度很高的條件下穩(wěn)定;由于材料腐蝕和其他技術上的困難,其生產(chǎn)工藝一直未取得成功。
濕法磷酸生產(chǎn)工藝稱為硫酸鈣再結晶工藝,其過程中包含著有硫酸鈣結晶水合物的轉變。
發(fā)展這類工藝的目的不外乎是為了獲得含P2O5濃度較高的磷酸;獲得較高的收率(以P2O5計);獲得含雜質少的石膏。已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化的有三種:
①半水物-二水物一段過濾工藝??刂品磻锪弦合酀舛葹?0%~32%P2O5、反應溫度80~100℃,使硫酸鈣先生成半水物結晶,然后溫度下降為65℃左右,將結晶轉化為二水物后再過濾。
②半水物-二水物兩段過濾工藝。用酸分解磷礦時使石膏先生成半水物結晶,控制反應物料液相濃度為40%~50%P2O5、溫度90~110℃,進行半水石膏分離,獲得成品磷酸。半水石膏再轉入另一個反應器水化成二水物石膏,控制反應溫度為約65℃、磷酸濃度為10%~15%P2O5,進行二水物石膏分離。
③二水物-半水物兩段過濾工藝。磷礦用酸分解時,使石膏先生成二水物結晶,控制溫度約為65℃,用離心機分離二水石膏,獲得濃度為35%~38%P2O5的成品,二水石膏轉入再結晶器轉化成半水石膏,控制磷酸濃度為20%~25%P2O5,硫酸濃度為約20%H2SO4,反應溫度為80~100℃,分離半水石膏,濾洗液返回二水物結晶槽。