一种溶剂萃取净化湿法磷酸的方法
阅读说明：本技术 一种溶剂萃取净化湿法磷酸的方法 (Method for purifying wet-process phosphoric acid by solvent extraction ) 是由 杜招鑫 高有飞 赵远方 王长岭 侯玉兰 李燕凤 孙国超 张继生 梁石生 于 2021-03-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种溶剂萃取净化湿法磷酸的方法,该方法将原料酸依次进行萃取、洗涤和反萃得到净化稀磷酸,其中,上述原料酸来自洗涤产生的洗余酸经浓缩得到的浓缩酸与湿法磷酸工艺生产得到的粗磷酸。由于浓缩酸杂质离子浓度较低,与粗磷酸混合能降低萃取单元原料酸的杂质离子浓度,从而减少萃取剂中杂质离子浓度,有助于降低净化酸杂质离子浓度。(The invention discloses a method for purifying wet-process phosphoric acid by solvent extraction, which comprises the steps of sequentially extracting, washing and back-extracting raw material acid to obtain purified dilute phosphoric acid, wherein the raw material acid is concentrated acid obtained by concentrating washing spent acid generated by washing and crude phosphoric acid obtained by wet-process phosphoric acid process production. Because the concentration of impurity ions of the concentrated acid is lower, the concentration of the impurity ions of the raw material acid of the extraction unit can be reduced by mixing the concentrated acid with the crude phosphoric acid, so that the concentration of the impurity ions in the extracting agent is reduced, and the concentration of the impurity ions of the purified acid is reduced.)
技术领域
本发明涉及磷化工技术领域，具体而言，涉及一种溶剂萃取净化湿法磷酸的方法。
背景技术
在湿法磷酸的生产中，尤其是用中低品位磷矿石生产的湿法磷酸，在对其进行浓缩后，会产生大量的固体物，随着浓缩酸温度的降低，又会产生继沉淀物，加上有机物在磷矿石浸出时被碳化以及浓缩时磷酸物料对石墨蒸发器的磨蚀，使50％P2O5湿法磷酸的固体物质量含量最高可达8％以上，酸液呈黑色。这些固体物被统称为淤渣。同时磷酸中还含有SO3、F等有害元素，这些有害元素及淤渣都必须通过净化将其出去。但由于矿种不同、净化方法各异，得到的净化酸质量也参差不齐。为了保证产品质量品质和控制生产成本，多数生产者只能将湿法磷酸净化后与一定数量的热法磷酸搭配才能生产出合格产品。但是热法磷酸成本远高于湿法磷酸，热法磷酸的搭配比例越高，则成本越高。同时一般湿法磷酸净化过程产生的废渣由于含有大量无用杂质，一般被直接抛弃，磷损较大，环境污染严重。
溶剂萃取是一种广泛应用于石化、核工业、医药、环保等领域的传质分离方法，其工作原理是在待分离的混合液中加入与之不互溶或部分互溶的液体萃取剂，形成混合液－萃取剂的两相系统，利用混合液中各组分在两相中的分配差异，使混合液中某些组分更多的进入到萃取相中，实现混合液的分离。溶剂萃取法具有操作可连续化，传质速率快，生产周期短，当采用多级萃取时，溶质浓缩倍数大、纯化度高等优点。
在溶剂萃取净化湿法磷酸的过程中，不可避免的会产生废酸。废酸一部分来自萃取单元，另一部分来自洗涤单元，其中萃取单元萃余酸杂质含量高、粘度大、回收利用难度高。洗余酸是由净化稀磷酸洗涤溶剂后产生，具有磷酸浓度较低、杂质含量较低的特点，一般也作为废酸与萃取单元的萃余酸一同出装置，作生产磷肥的原料。随着磷矿品位的下降和粗磷酸杂质含量的不断增加，回收利用废酸的需求也越来越迫切。现有的湿法磷酸净化工艺中对洗余酸的回收利用存在一些不足，合理回收洗余酸对提高湿法磷酸净化工艺中磷资源的利用率有重要意义。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种溶剂萃取净化湿法磷酸的方法。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种溶剂萃取净化湿法磷酸的方法，该方法包括：将原料酸依次进行萃取、洗涤和反萃得到净化稀磷酸，其中，原料酸来自洗涤产生的洗余酸经浓缩得到的浓缩酸与湿法磷酸工艺生产得到的粗磷酸。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种溶剂萃取净化湿法磷酸的方法。该方法包括：将原料酸依次进行萃取、洗涤和反萃得到净化稀磷酸，其中，原料酸来自洗涤产生的洗余酸经浓缩得到的浓缩酸与湿法磷酸工艺生产得到的粗磷酸。由于浓缩酸中的杂质离子浓度较低，与粗磷酸混合能降低原料酸的杂质离子浓度，从而减少萃取剂中杂质离子浓度，有助于降低净化酸杂质离子浓度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的溶剂萃取净化湿法磷酸的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
针对现有的湿法磷酸净化工艺中对洗余酸的回收利用存在一些不足存在的问题与不足，发明人研究开发了一种溶剂萃取净化湿法磷酸的方法，洗余酸经浓缩得到的浓缩酸作为原料能有效提高净化酸纯度，杂质离子脱除率和提高磷资源利用率。为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明实施例提供一种溶剂萃取净化湿法磷酸的方法，该方法包括：将原料酸依次进行萃取、洗涤和反萃得到净化稀磷酸，其中，原料酸来自洗涤产生的洗余酸经浓缩得到的浓缩酸与湿法磷酸工艺生产得到的粗磷酸。
该方法中，由于浓缩酸杂质离子浓度较低，与粗磷酸混合能降低萃取单元原料酸的杂质离子浓度，从而减少萃取剂中杂质离子浓度，有助于降低净化酸杂质离子浓度。
在可选的实施方式中，溶剂萃取净化湿法磷酸的方法，包括：将湿法磷酸工艺生产得到的粗磷酸经萃取单元萃取、洗涤单元洗涤得到洗余酸和富含磷酸的萃取剂；将洗余酸经浓缩单元浓缩得到浓缩酸，萃取过程是将浓缩酸与粗磷酸混合得到的混合酸进行萃取操作；然后将富含磷酸的萃取剂在反萃单元进行反萃，制得净化稀磷酸。
在可选的实施方式中，粗磷酸在萃取之前进行预处理，预处理为：将湿法磷酸与脱氟剂混合脱去氟离子，再经活性炭脱色、双氧水脱色，去除氟离子和色素。
在可选的实施方式中，萃取单元以转盘塔作为萃取设备；
优选的，将原料酸从重相入口进入转盘塔，萃取剂从轻相入口进转盘塔，原料酸与萃取剂进行逆流接触传质，完成传质后萃余酸经重相出口排出，第一富含磷酸的萃取剂从轻相出口排出，进入洗涤单元；
优选的，萃取剂与原料酸的相比为3：1－6：1，萃取温度为35－50℃；
在可选的实施方式中，萃取剂为磷酸三丁酯或磷酸丁酯中的一种与稀释剂煤油、MIBK、正丁醇或二异丙醚中的一种的混合物。
在可选的实施方式中，洗涤单元以第一离心萃取机作为洗涤设备；
优选的，将第一富含磷酸的萃取剂从轻相入口进入第一离心萃取机，与重相入口进入的洗涤酸逆流接触传质，经洗涤后得到的第二富含磷酸的萃取剂经轻相出口排出，进入反萃单元，洗余酸经重相出口排出，进入浓缩单元；
优选的，第一富含磷酸的萃取剂与洗涤酸的相比为15：1－25：1，洗涤温度为45－55℃。
在可选的实施方式中，洗涤酸来自于第二富含磷酸的萃取剂经轻相出口排出，进入反萃单元反萃得到的部分净化稀磷酸。
在可选的实施方式中，反萃单元以第二离心萃取机作为反萃设备；
优选的，第二富含磷酸的萃取剂从轻相入口进入第二离心萃取机，与从重相入口进入的纯水逆流接触传质，第二富含磷酸的萃取剂经反萃后作为贫溶剂返回萃取单元，反萃后纯水变为净化稀磷酸，净化稀磷酸一部分作为洗涤酸进入洗涤单元，另一部分去后续单元做浓缩、脱硫处理；
优选的，第二富含磷酸的萃取剂与纯水相比为3：1－8：1，反萃温度为40－55℃。
在可选的实施方式中，还包括：将洗涤酸经洗涤单元后进浓缩单元，浓缩成浓缩酸与粗磷酸混合作为萃取单元的原料酸。
在可选的实施方式中，按如下步骤进行：
预处理：将湿法磷酸与脱氟剂混合脱去氟离子，再经活性炭脱色、双氧水脱色，去除氟离子和色素，得到醋磷酸；
萃取：将原料酸从重相入口进入转盘塔，萃取剂从轻相入口进转盘塔进行逆流萃取；
洗涤：将萃取得到的第一富含磷酸的萃取剂从轻相入口进入第一离心萃取机，与重相入口进入的洗涤酸逆流洗涤；
反萃：将洗涤得到的第二富含磷酸的萃取剂从轻相入口进入第二离心萃取机，与从重相入口进入的纯水逆流反萃；
浓缩：将反萃得到的部分净化稀磷酸作为洗涤酸，将洗涤酸经洗涤后进浓缩单元，浓缩成浓缩酸与粗磷酸混合作为萃取单元的原料酸。
再次参照附图1，本发明实施例提供一种溶剂萃取净化湿法磷酸的方法，该方法对湿法磷酸进行净化的流程，包括萃取单元、洗涤单元、反萃单元和浓缩单元。其中：
萃取单元以转盘塔作为萃取设备，转盘塔的一个重要优点在于能够处理含少量固体颗粒的萃取体系，由于粗磷酸中含有少量的磷石膏颗粒，采用转盘塔能够有效避免固体颗粒沉积、堵塞设备。
洗涤单元以离心萃取机作为洗涤设备，洗涤酸和富溶剂中不含固体颗粒，且离心萃取机具有萃取效率高、传质平衡快、占地面积小等优点，选用离心萃取机对富溶剂进行洗涤能够提高洗涤效果、减少洗涤时间。
反萃单元以离心萃取机作为反萃设备，以纯水作为重相进料。
浓缩单元对洗余酸进行浓缩，浓缩后的浓缩酸与粗磷酸混合得到的混合酸作为萃取原料酸进入萃取单元。浓缩酸杂质离子浓度较低，与粗磷酸混合能降低萃取单元原料酸的杂质离子浓度，从而减少萃取剂中杂质离子浓度，有助于提高净化酸纯度；洗余酸经浓缩后与粗磷酸混合，不会降低粗磷酸浓度，有利于提高磷资源利用率。
本发明实施例提供的一种溶剂萃取净化湿法磷酸的方法，包括以下步骤：
预处理：向湿法磷酸中加入脱氟剂脱去氟离子，再加入活性炭脱色、双氧水脱色，去除氟离子和色素。
萃取：原料酸从重相入口进入转盘塔，萃取剂从轻相入口进转盘塔，原料酸与萃取剂进行逆流接触传质，完成传质后萃余酸经重相出口排出，进肥料级产品系统，萃取剂从塔顶轻相出口排出，进洗涤单元。萃取单元的原料酸由粗磷酸和浓缩酸混合而成，萃取剂与原料酸相比为3：1－6：1，萃取温度35－50℃。
洗涤：从萃取单元出来富含磷酸的萃取剂从轻相入口进洗涤单元离心萃取机，与重相入口进入的洗涤酸逆流接触传质，经洗涤后富含磷酸的萃取剂经轻相出口排出，进反萃单元，洗余酸经重相出口排出，进浓缩单元。萃取剂与洗涤酸相比为15：1－25：1，洗涤温度45－55℃。
反萃：富含磷酸的萃取剂从轻相入口进反萃单元离心萃取机，与从重相入口进入的纯水逆流接触传质，萃取剂经反萃后作为贫溶剂进入萃取单元，反萃后纯水变为净化稀磷酸，净化稀磷酸一部分作为洗涤酸进入洗涤单元，另一部分去后续单元做浓缩、脱硫处理。萃取剂与纯水相比为3：1－8：1，反萃温度40－55℃。
浓缩：洗涤酸经洗涤单元后进浓缩单元，浓缩成浓缩酸与粗磷酸混合作为萃取单元的原料酸。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
经预处理后粗磷酸指标见表1。
表1
组分
H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>％
CaO％
MgO％
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>％
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>％
F％
质量分数
50.04
0.07
1.34
0.38
0.15
0.062
萃取：转盘塔塔径100mm，萃取段高度1000mm，转盘转速300r/min，原料酸流量5L/h，萃取剂MIBK流量20L/h，两相进料温度均为45℃，萃取剂与磷酸相比4：1。两相逆流接触传质，传质完成后萃余酸从重相出口排出，去肥料级产品系统；第一含酸萃取剂MIBK从轻相出口排出，进洗涤单元。
洗涤：洗涤单元由两台离心萃取机串联组成，离心萃取机转速均为3500r/min，萃取剂与洗涤酸相比为20：1，两相进料温度均为50℃。第一含酸萃取剂MIBK从轻相入口进一级离心萃取机，洗涤酸从重相入口进二级离心萃取机，经两级逆流接触传质后，第二含酸萃取剂MIBK从二级离心萃取机轻相出口排出，进反萃单元，洗涤酸从一级离心萃取机重相出口排出，去浓缩单元浓缩。
反萃：反萃单元由两台离心萃取机串联组成，离心萃取机转速均为2500r/min，两相进料温度均为50℃。第二含酸萃取剂MIBK从轻相入口进一级离心萃取机，纯水从重相入口进二级离心萃取机，经两级逆流接触传质后，MIBK从二级离心萃取机轻相出口排出，作为贫溶剂去萃取单元；纯水变为净化稀磷酸从一级离心萃取机重相出口排出，一部分作为洗涤酸进洗涤单元，其余去后续装置浓缩。萃取剂与纯水相比为7：1。
浓缩：浓缩单元以真空蒸发列管换热器作为浓缩设备。洗余酸浓度为20.5％左右，经真空蒸发列管换热器制成浓度为50.1％的浓缩酸，浓缩酸与粗磷酸混合作为萃取单元的原料酸。
装置运行6h后，消耗粗磷酸45.42kg，产出萃余酸16.37kg，磷元素的利用率为86.36％，具体情况见表2。
表2
所得净化稀磷酸指标见表3。
表3
组分
H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>％
CaO％
MgO％
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>％
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>％
F％
质量分数
20.51
未检出
未检出
0.0002
0.0002
0.004
与现有技术相比，本发明实施例提供的方法具有以下优点：
1、净化效果好，相比于现有工艺，以洗余酸浓缩与粗磷酸混合作为萃取原料酸，降低了原料酸的杂质离子浓度，能有效提高净化酸纯度，杂质离子脱除率提高10％左右；
2、磷资源利用率高，相比于现有工艺，洗余酸作为原料能提高磷资源利用率约15％；
3、装置运行周期长，在萃取单元采用转盘塔作为萃取设备，避免离心萃取机转鼓磨损，降低检修频率，提高装置运行周期。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。