[发明专利]一种使用高剪切反应器制备磷酸的方法

说明书

本发明公开了一种使用高剪切反应器制备磷酸的方法，该方法包括如下步骤：向高剪切反应器中送入反应物料磷矿和硫酸水溶液，进行间歇式操作或连续式操作，得到生成物料浆，所述生成物料浆进行固液分离，液相为粗磷酸。本发明的方法，在湿法磷酸工艺中引入高剪切反应器作为核心反应装置，使得磷矿与硫酸水溶液的固液混合效果显著提升，极大的缩短了反应时间，相比于普通搅拌分解槽300分钟的反应时间缩短至使用高剪切反应器1‑30分钟的反应时间，反应容积可减少90％以上，磷矿中五氧化二磷的转化率可达到98％左右，提升了生产效率。

技术领域

本发明属于化工生产领域，具体涉及一种使用高剪切反应器制备磷酸的方法。

背景技术

磷酸是制造洗涤剂、食品、牙膏、饲料和肥料的关键材料。在磷酸生产中，主要的工艺流程有湿法磷酸和热法磷酸两种，热法磷酸生产的酸较为纯净，但其生产成本远高于湿法磷酸工艺。据统计，大约85％的磷肥所使用的磷酸是由湿法磷酸工艺制成的。根据硫酸钙结晶的水合物形式分类，湿法磷酸工艺可以分为半水物流程、二水物流程、无水物流程、二水-半水再结晶流程和半水-二水再结晶流程。

在湿法磷酸工艺中，粗品磷酸中往往含有许多矿物杂质，这些杂质会对制造过程下游的单元操作造成不利影响。此外，磷石膏是湿法磷酸处理磷矿时产生的废副产品，占磷酸生产中固体废料世界磷石膏产量估计为每年100-280Mt左右。磷石膏在工业上的利用用途主要有①制墙粉和石膏板②制硫酸铵③制硫酸和水泥，然而由于磷石膏品质的问题，许多工厂无法合理的将磷石膏利用起来，只能大量堆置，这给环境带来巨大的压力。于是，提高磷酸纯度，加快生产效率，提升磷石膏品质成为湿法磷酸工艺改进的当务之急。

高剪切反应器，具有剪切间隙窄、转子尖端速度高、剪切速率高、能量耗散率大等优点，广泛用于固液悬浮液系统，尤其是一些快速或瞬时的反应。专利CN113213522A中公开了一种含铁颜料废水与钛白废酸联产生产硫化钠和硫酸钡的方法，该方法中使用了高剪切反应器加快了固液传质效果，提高生产效率，节约资源。

专利CN105253867A中公开了一种复产α半水石膏的湿法磷酸工艺方法，该方法是利用萃取的方法将磷矿粉和稀硫酸进行反应，混合料浆分离后送入转晶槽，加入转晶剂，在一定条件下进行转晶反应，最后固液分离得到石膏粉。该方法通过降低磷石膏中磷含量的手段提高对磷石膏的利用，提高了生产效率，但该方法需要使用转晶剂，增加了额外的生产成本。专利CN103626143A中公开了一种副产白石膏的湿法磷酸工艺，该方法是将磷矿粉和五氧化二磷在一定条件下搅拌，产生的混合料浆通过长时间沉淀进行固液分离，产生的稠浆再加入硫酸等进行反应，最终得到磷酸和白石膏。该方法能有效将固废磷石膏利用，减少磷石膏堆存对环境造成的污染，具有较好的环境效益，但该方法仍会排放酸不溶物，该废渣较难处理亟待改善。专利CN1421385中公开了一种半水-二水磷酸的工艺方法，该方法的关键点是将半水反应槽中钙析出率控制在50-60％，在本反应中分两部分加入硫酸，并在二水反应部增设料浆真空闪蒸冷却器。该方法对磷矿品质要求较低，操作弹性大，清理周期短，但是该产品的α半水石膏产品强度较低，且磷含量偏高。但是，在湿法磷酸传统工艺中磷酸提取过程反应时间长，反应效率较低，导致生产效率低，反应槽容积大依然是一个亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供克服现有技术的不足，提供一种使用高剪切反应器高效制备磷酸的方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种使用高剪切反应器制备磷酸的方法，包括如下步骤：向高剪切反应器中送入反应物料磷矿和硫酸水溶液，进行间歇式操作或连续式操作，得到生成物料浆，固液分离，液相为粗磷酸。

高剪切反应器的转子线速度≥3m/s，优选的是3-26.17m/s。

磷矿中钙离子与硫酸水溶液中硫酸根的摩尔比为1:(1-1.1)。

硫酸水溶液的浓度为1-10mol/L。