基于机理与数据混合驱动的湿法磷酸生产过程代理建模与优化

基于Aspen Plus平台,结合Fortran编制的磷矿酸解反应和结晶动力学模型子程序完成了整个半水-二水湿法磷酸工艺流程的严格机理建模,并用工业数据进行了模型的校正;然后采用拟Monte Carlo随机模拟产生高质量样本数据集,并用机器学习算法建立了磷酸生产过程代理模型。结果表明,通过本方法获得的代理模型可实现磷酸生产过程关键参数的准确预测,如案例中随机森林代理模型的预测性能最好,大部分误差控制在2.5%以内,最大不超过10%。基于此代理模型,对生产过程的操作参数进行了优化计算,结果表明在成品磷酸P_(2)O_(5)浓度下限为37%,SO_(4)^(2-)浓度上限为5%的约束条件下,可获得最大磷收率98%,优化效果明显,且满足技术生产指标,可为生产的实时优化操作与设计改造提供方案和数据支持。

湿法磷酸渣酸资源化利用研究现状与展望

随着我国磷矿资源的日益贫化,湿法磷酸副产渣酸量不断增加,但渣酸组分极其复杂,利用难度大。如何实现渣酸高效、增值利用是我国磷化工企业面临的重大难题。介绍了渣酸来源及其主要组成,阐述并分析了渣酸制备磷化工产品、肥料产品及在其他领域中的应用现状;展望了渣酸未来高效、增值化利用应关注的研究与应用方向。

湿法磷酸萃取技术发展现状与研究进展

磷酸作为一种重要的化工原料,在化工业中占有极其重要的地位.磷酸的应用主要由磷酸的纯度决定,低纯度磷酸可用于工业和农业领域,而高纯度磷酸则可用于医药、食品和电子等行业.我国磷矿以低品位磷矿为主,生产磷酸主要采用湿法工艺.相比热法生产,湿法工艺更加清洁环保,但产品杂质含量多、种类复杂,故发展磷酸净化技术尤为重要.本文从湿法磷酸纯化技术中的萃取法出发,综述了萃取法的主要研究进展.重点介绍了溶剂萃取法、双水相萃取法、反胶团萃取法、超声协助萃取法和超临界流体萃取法的基本原理和发展趋势.分析了不同萃取方法的优缺点、分离效果和适用条件.突出介绍了溶剂萃取法,梳理了磷酸除杂的主要萃取剂,特别强调了复合萃取剂和新型萃取剂在磷酸纯化方面的显著优势,最后,对磷酸的萃取技术做出了前景展望.

湿法磷酸连续结晶工艺磷酸脲的应用效果研究

为了掌握湿法磷酸连续结晶工艺生产的磷酸脲产品在盐碱土壤的应用效果,以垦农28大豆品种为材料,设置CK(不施磷肥)、TMAP(磷酸一铵)、UP(磷酸脲)和T8U2(磷酸一铵与磷酸脲质量比8∶2配施)四个处理,每个处理设置三个重复,通过大田试验,研究不同磷肥对大豆生长、光合及产量的影响。施用磷酸脲显著提高了大豆各生育期的鲜重、干重和株高,提高了花期光合能力,磷酸脲与工业一铵质量比8∶2配施T8U2处理增产效果最优。

湿法磷酸除砷制备电子级磷酸研究进展

湿法磷酸深度脱砷制备电子级磷酸是高质量发展磷化工行业并推动磷化工行业技术转型的重要技术环节。电子级磷酸要求砷质量分数低于1×10^(-7) kg/kg,但因砷和磷的理化参数相似,因此如何实现从磷酸中深度分离砷成为了制备电子级磷酸的关键。系统梳理了国际和国内对电子级磷酸产品的主要质量标准,并概述了砷对电子级磷酸蚀刻微电子元件的危害。针对湿法磷酸深度除砷技术,重点总结了化学沉淀法、结晶法、电沉积法、电渗析法和吸附法的研究进展和优缺点,并展望了湿法磷酸深度除砷制备电子级磷酸技术的发展趋势。

磷矿硅渣合成NaA型分子筛及应用于湿法磷酸脱氟的研究

湿法磷酸中氟的存在会影响磷酸的品质,需要将其脱除。而磷矿硅渣如果不加以处理,会造成严重污染。采用磷矿硅渣为原料合成NaA型分子筛,探究硅源溶液pH对分子筛合成的影响,通过X射线粉末衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对NaA型分子筛进行表征,对NaA型分子筛的晶型结构和表面形貌进行了讨论分析;以分子筛为脱氟剂,对湿法磷酸脱氟,考察了分子筛颗粒大小、过柱时间和次数对脱氟效果的影响。结果表明,将磷矿硅渣制成硅源溶液和铝源溶液后,添加铝酸钠使凝胶混合物组成为Si:Na:Al:F = 1:5.1~7.4:1~2.3:4.27水热晶化合成NaA型分子筛,硅源溶液的pH降低时会得到冰晶石(Na3AlF6)。使用NaA型分子筛对湿法磷酸脱氟,分子筛颗粒大小为1~1.6 mm,过柱时间为30 min,过柱3次时脱氟率最高达到47.21%。

湿法磷酸生产新工艺开发研究

为提升湿法磷酸生产工艺水平,提高副产磷石膏的品质,减少湿法磷酸生产固废排放量及堆存产生的经济压力和环境风险,进行了湿法磷酸生产新工艺的开发研究。在传统湿法磷酸生产工艺中,磷矿分解和石膏结晶在同一反应槽内完成,以获得良好的石膏结晶为目的,但流程中各种杂质进入石膏相中,给石膏综合利用带来了困难。在新工艺中,磷酸分解磷矿、硫酸沉钙、石膏转晶分别在不同反应槽完成,分离出杂质含量高的酸渣,得到了高品质湿法磷酸和和高纯度的α-半水石膏。全流程磷收率>96%,产品磷酸P_(2)O_(5)质量分数为39.50%,MER值0.066;酸渣产量(每吨P_(2)O_(5))1.48 t(干基),α半水石膏产量(每吨P_(2)O_(5))3.22 t。α半水石膏质量分数≥98%,α半水石膏建材白度≥90%,石膏产品性能达高强α石膏40级,工业利用价值极高。

湿法磷酸萃取尾气中氟回收的改造措施

简述了湿法磷酸萃取尾气洗涤系统降低氟含量的改造措施。

萃取法净化湿法磷酸工艺中杂质系数的研究

采用自制的萃取剂对湿法磷酸预处理酸进行萃取,洗涤萃取酸后对其进行反萃取,分别测定了预处理酸、不同次数萃取和反萃取后所得的萃余酸、洗涤酸及反萃酸的杂质系数,并分析了杂质系数的变化规律。结果表明:杂质系数由小到大依次为反萃酸、洗涤酸、萃余酸;经脱硫处理的预处理酸的杂质系数大于不脱硫处理的;萃余酸的杂质系数越大,说明萃取剂对金属杂质元素的选择性越强,萃取剂的表现越好。

提高湿法磷酸浓缩装置运行周期的改进方法

本研究旨在提高湿法磷酸浓缩装置的运行周期,以满足日益增长的磷酸需求,并减少生产过程中的资源浪费。通过对现有湿法磷酸浓缩装置的性能进行深入分析,提出了一种综合的改进方法,包括材料优化、工艺参数调整和自动控制系统的优化。经过实验验证和数值模拟,成功地延长了装置的运行周期,减少了维护次数,提高了生产效率。本研究为湿法磷酸浓缩装置的可持续运营提供了有力支持,对于磷酸工业的发展具有重要意义。

约旦磷矿二水—半水物法制取湿法磷酸工艺研究

采用二水—半水物湿法磷酸工艺可直接生产较高浓度的磷酸,具有良好的节能效果,且副产的半水石膏品质较好。试验以约旦磷矿为原料,采用二水—半水物法制取湿法磷酸,分别考察了不同工艺条件对二水物流程和半水物流程的影响,获得最佳工艺条件,以制取较高浓度的成品磷酸和较好品质的半水石膏,提高P 2 O 5回收率。

螯合剂对湿法磷酸制备磷酸二氢钾结晶过程影响

湿法磷酸生产成本低,但杂质含量高,以湿法磷酸为原料制得的磷酸二氢钾(KDP)产品质量低。研究利用中和法,以杂质含量高的工业湿法磷酸为原料,制备柱状大颗粒磷酸二氢钾晶体。研究了螯合剂用量、降温速率和搅拌速率对磷酸二氢钾结晶过程的影响,考察了磷酸二氢钾的质量分数、收率、结晶速率和晶体形貌等指标,并进行了母液循环实验。研究结果表明:螯合剂能有效消除杂质离子对结晶过程的抑制作用。结晶的最适宜工艺条件为螯合剂用量0.70%、搅拌速率100 r·min^(-1)、降温速率0.1℃·min^(-1)。在此条件下得到的磷酸二氢钾晶体外观为柱状大颗粒,质量分数99.91%,平均粒度1.38 mm,结晶速率0.128 g·min^(-1),达到肥料级磷酸二氢钾优等品标准(HG/T 2321—2016);其中磷的单次收率49.86%。母液循环生产的磷酸二氢钾晶体质量分数、晶型和收率等指标全部达标。

湿法磷酸渣酸作为低品位磷矿粉造球黏结剂的试验研究

对湿法磷酸渣酸作为磷矿粉的造球黏结剂进行了研究。考察了配碳量对球团抗压强度、抗摔强度的影响。结果显示:随球团配碳量增加,球团抗压强度和抗摔强度逐渐减低;当球团中不配加焦炭时,机械强度最高,平均球团强度为293.17 N,1.5 m落下破碎率为6.7%。随还原温度和配碳量升高,磷还原率逐渐升高,当m(磷矿)∶m(焦炭)=100∶25、还原温度为1450℃时,磷还原率达96.5%。

萃取法脱除湿法磷酸金属阳离子新工艺开发

针对云南云天化集团生产的湿法磷酸中金属阳离子含量较高的问题,研发了一种溶剂萃取法脱除金属阳离子净化湿法磷酸的新工艺,并完成了1000 t/a(以五氧化二磷计)萃取法脱除湿法磷酸金属阳离子的中试实验。考察了萃取时间、萃取温度、搅拌转速和相比对萃取效果的影响,确定了较优工艺条件:反应时间为20 min、反应温度为60℃、搅拌转速为400 r/min、相比(萃取剂与磷酸的体积比)为3。中试实验结果表明,净化后的湿法磷酸MER(湿法磷酸中的杂质系数)值可从0.114降到0.06以下,三氧化二铁、氧化铝、氧化镁的脱除率可分别达到88.37%、48.93%、45.33%。经过洗涤五氧化二磷总收率可达到98.46%。净化1 t湿法磷酸(以五氧化二磷计)所消耗的物料成本为222.5元。中试实验结果证明,这种脱除湿法磷酸中金属阳离子的净化新工艺是可以进行工业化应用的。实验结果可为工业放大提供可靠的依据。

湿法磷酸半水工艺考察与石膏结晶过程研究

湿法磷酸半水工艺可生产高浓度磷酸[w(P_(2)O_(5))>40%(质量)],但在半水反应阶段磷矿易发生钝化,半水石膏结晶粒径小,造成工艺后端过滤困难,磷回收率降低。以湖北典型中低品位磷矿为原料,系统考察了半水工艺中SO^(2)_(4−)浓度、磷酸浓度、反应温度等条件对半水石膏结晶物相、形貌及粒径的影响规律,分析了优化条件下石膏杂质赋存与含量变化。结果表明,半水反应中液相硫酸、磷酸浓度会引起半水石膏物相、形貌、粒径变化,磷硫浓度提高会导致石膏晶体形貌由柱状变化为棒状、片状,粒径从70μm减小到10μm。优化工艺条件下,半水石膏较原工艺石膏P_(2)O_(5)含量降低至1.39%(质量),磷的主要存在形式为难溶性磷酸盐,同时F含量降低至0.44%(质量),其以CaF2、AlF3等难溶物形式存在于石膏,其他杂质含量均有所降低。本研究可为半水工艺生产过程参数优化及半水石膏品质提升提供参考。

湿法磷酸装置蒸汽冷凝水的梯级回收利用

硫磺制酸法湿法磷酸装置中,为平衡脱盐水站的水热平衡,减少蒸汽冷凝水外排量,提高蒸汽利用率,开展了蒸汽冷凝水的梯级回收利用技术改造。根据冷凝水的质量,确定不同质量冷凝水的去处,分析合格后的冷凝水可直接送往除氧器,无需再经脱盐水站处理,从而降低脱盐水站内部消耗。并且可以直接利用温度在100℃左右的冷凝水余热,实现了水蒸汽资源的梯级高效回收利用,节约了能源。

湿法磷酸原位酸解废弃羽毛制备含氨基酸磷酸一铵

无机肥料有机化是中国肥料行业的发展趋势,提出湿法磷酸原位酸解羽毛蛋白质制备含氨基酸磷酸一铵的新思路。以湿法磷酸为介质,利用磷酸原位酸解羽毛蛋白质使其转化为氨基酸,再经中和、喷雾干燥等工艺制备出含氨基酸磷酸一铵新型肥料。探究了不同的羽毛与湿法磷酸的质量体积比、不同酸解时间对制备的磷酸一铵物性的影响。结果表明,在羽毛与湿法磷酸的质量体积比(g/L)为150、酸解时间为16 h工艺条件下制备的磷酸一铵表现最优,氨基酸质量分数最高达到6.43%。相较于普通磷酸一铵,含氨基酸磷酸一铵水溶性磷与有效磷的比值提升了14.5%,水不溶物质量分数降低了20.73%,氨基酸对磷酸一铵的增效作用十分明显。分析表明,水不溶物含量发生变化的主要原因在于抑制了磷酸一铵中NH_(4)MgPO_(4)·H_(2)O的生成。

不同湿法磷酸工艺副产的磷石膏特性研究

湿法磷酸生产工艺不同,副产的磷石膏特性也会有差异。试验研究了不同工艺副产磷石膏结晶的物化特性,并与建筑用α-石膏的物化特性进行对比,认为二水—半水法湿法磷酸工艺副产的磷石膏结晶90%以上为α-半水石膏,可用其改性生产建筑石膏粉,为实现磷石膏资源化提供了一条途径,并为国内二水法湿法磷酸生产提供改造思路。

湿法磷酸酸解玉米芯的动力学研究

利用湿法磷酸酸解玉米芯,制备新型肥料,探讨预处理温度、时间对玉米芯酸解液中各组分含量的影响。采用Saeman模型与双相模型进行分析,建立适用于不同产物的反应动力学方程。结果表明,随着酸解温度的升高以及时间的延长,玉米芯越容易发生降解,酸解液中有机物含量增加。单体产物在30 min内以阿拉伯糖为主,超过30 min则以木糖为主。降解产物糠醛与5-羟甲基糠醛(5-HMF)由木糖以及半乳糖降解得到。低聚物与单体含量的变化随温度以及时间变化的趋势不同,可以通过调控酸解条件来改变酸解液中不同产物的含量。

扩散渗析膜分离技术在湿法磷酸净化中的应用研究

扩散渗析膜分离技术因能耗和操作费用低且安全环保,已成功应用于冶金行业废酸如硫酸、盐酸和硝酸等的分离回收,磷酸的净化分离由于在传统离子交换膜上的渗透系数低导致P_(2)O_(5)回收率低而限制了该技术的应用。为了将该技术应用于湿法磷酸中的杂质脱除,采用福建某公司生产的聚烯烃类超薄(厚度小于50μm)阴离子交换膜进行湿法磷酸净化试验,得出适宜的操作参数为:浓磷酸进料温度35℃,膜处理通量0.7 L/(m^(2)·h),浓磷酸与水的体积流量比1.0∶1。在优化条件下进行湿法磷酸除杂试验,磷酸MER值从5.81%降至0.93%以下,P_(2)O_(5)回收率在53%以上。此外,浓磷酸经过脱硫预处理再进行膜分离时,磷酸MER值从6.21%降至1.17%以下,P_(2)O_(5)回收率在55%左右。