【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為偏磷；純磷酸含 P2O5 %； 當(dāng)正磷酸溶液加熱蒸發(fā)時(shí)，可以得到一組各種 鏈長(zhǎng)不同的縮合磷酸混合物，通常稱(chēng)為過(guò)磷酸 。 提高加熱溫度或延長(zhǎng)加熱時(shí)間，磷酸的脫水作用將達(dá)到更高的程度，亦即正磷酸不斷減少，縮合磷酸（如三聚磷酸、四聚磷酸、偏磷酸等）不斷增加 。 這時(shí)，磷酸的含量已經(jīng)大于 100%H3PO4，所以在工業(yè)生產(chǎn)中，常常用 P2O5含量來(lái)表示磷酸的含量，而不是用 H3PO4的含量來(lái)表示 。 磷酸的化學(xué)性質(zhì) 磷酸為三元中強(qiáng)酸，具有酸的所通性，在室溫下有較活潑的化學(xué)性質(zhì)，在高溫下還可以和金屬及其氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 。 當(dāng)磷酸加熱至漿狀的時(shí)候還能腐蝕石英 。 濃溶液能刺激皮膚、黏膜 。 磷酸的氧化性 很弱即使在 350— 400℃ 下和氫、碳等強(qiáng)還原劑作用也不能發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng) 。 磷酸在水溶液中的電離分三步進(jìn)行，并且電離度越來(lái)越弱： 43POH H+ +?42POH K1=102 ?42POH H+ +?24HPO K2=108 ?24HPO H+ +?34PO K3=1012 磷酸溶液的 PH 值對(duì)磷酸和磷酸鹽溶液的離子存在形式有決定性作用 。 當(dāng) PH=2時(shí)，溶液中約有一半以一代磷酸離子 ?42POH 存在；當(dāng) PH= 時(shí)， ?42POH 才是穩(wěn)定 貴州理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 3 頁(yè) 的；而 ?34PO 則必須在強(qiáng)堿性溶液 (PH=)中才能穩(wěn)定存在 。 [2] 磷酸的應(yīng)用領(lǐng)域和在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 磷酸是重要的中間產(chǎn)品，主要用于生產(chǎn)化學(xué)肥料、工業(yè)磷酸鹽、飼料磷酸鹽及食品磷酸鹽。 （ 1） 農(nóng)業(yè)： 磷酸是生產(chǎn)重要的 磷肥 （ 過(guò)磷酸鈣 、 磷酸二氫鉀 等）的原料 [3]，也是生產(chǎn)飼料營(yíng)養(yǎng)劑（ 磷酸二氫鈣 ）的原料 。 [4] （ 2） 工業(yè)： 磷酸是一種重要的化工原料，主要作用如下： ① 處理金屬表面，在金屬 的 表面生成難溶的磷酸鹽薄膜， 從而 保護(hù)金屬免受腐蝕。 ② 和硝酸混合作為化學(xué)拋光劑，用以提高金屬表面的光潔度。 ③ 生產(chǎn)洗滌用品、殺蟲(chóng)劑的原料磷酸酯。 ④ 生產(chǎn)含磷阻燃劑的原料。 （ 3） 食品： 磷酸是食品添加劑之一 。常 作食品 的 酸味劑 、酵母營(yíng)養(yǎng)劑 等。 [5] （ 4） 醫(yī)學(xué)： 磷酸可用于制取含磷藥物，例如甘油磷酸鈉等 。 磷酸的國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 我國(guó)已建立起較為完善的磷化工生產(chǎn)體系，從資源開(kāi)采到基礎(chǔ)原料的生產(chǎn)，從各種大宗磷化工產(chǎn)品生產(chǎn)，到精細(xì)的無(wú)機(jī)、有機(jī)磷化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，已基本滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)各行業(yè)的需求，并有大量產(chǎn)品出口。其中，出口量較大的有黃磷、磷酸、三聚磷酸鈉、飼料和牙膏級(jí)磷酸氫鈣、次磷酸鈣等，在世界貿(mào)易中占重要地位。尤其是云、貴、川、江、浙的磷化工發(fā)展速度較快，已經(jīng)占領(lǐng)大部分的國(guó)內(nèi)區(qū)域磷化工市場(chǎng)并向國(guó)外大 量出口產(chǎn)品。近年來(lái)，由于磷礦資源的緊張，以及磷化工生產(chǎn)造成的環(huán)境污染問(wèn)題，使得生產(chǎn)成本逐步提高，環(huán)保壓力提高，對(duì)行業(yè)發(fā)展造成不利影響。 磷酸的生產(chǎn)原料 磷礦石 磷塊巖是幾百萬(wàn)年甚至數(shù)億年前含磷物質(zhì)的最小顆粒在海底或湖底沉積而成的，屬于水成巖，這種成礦理論稱(chēng)為洋流成礦理論 。 沉積磷塊巖礦床通常比磷灰石礦床的 P2O5含量高、貯量大，因此，它是磷肥生產(chǎn)最主要的原料來(lái)源 。 磷塊巖中的富礦（高品位礦）或經(jīng)富集處理后的精礦適合于各種傳統(tǒng)的酸法加工；含雜質(zhì)偏高的中品位以上的磷塊巖可用于料漿法磷銨的生產(chǎn) 。 磷 灰石礦一般由熔融的巖漿冷卻結(jié)晶而成，屬火成巖礦物，其中的磷呈現(xiàn)磷灰石結(jié)晶形式 。 磷灰石的主要存在形式是鈣氟磷灰石，其化學(xué)式為 Ca5F(PO4)3。 純的鈣氟磷灰石 貴州理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 4 頁(yè) 含 %的 P2O %CaO 和 %的 F。 但由于同晶取代作用與伴生雜質(zhì)的影響，天然磷灰石往往都比純氟磷灰石品位低，其 P2O5最高含量為 %， F 為 %～ %。 同晶取代是指氟磷灰石 Ca5F(PO4)3晶格的一些獨(dú)立離子被某些結(jié)晶化學(xué)半徑相近的其他離子所取代：如 Ca5F(PO4)3中的陽(yáng)離子 Ca2+，可部分被 Ba2+、 Mg2+、 Sr2+、 La2+、Ce2+、 Pr2+、 Na+等其他陽(yáng)離子取代；陰離子 F和 ?34PO 的一部分可被 OH、 Cl、 ?23CO 、O ?24SO 和 ?24SiO 等離子取代 。 在同晶取代的情況下，磷灰石礦物可以用 Ca10R2(PO4)6通式表示，式中 R 代表 F、Cl、 OH等離子 。 在多數(shù)情況下，天然磷灰石中以氟磷灰石最多，其次為羥基磷灰石Ca10(OH)(PO4)6, 氯 磷灰石則很少 。 和氟磷灰 石伴生的主 要雜質(zhì)礦物 有霞石(Na,K)AlSiO4?nSiO2,輝石 霓石 NaFe(SiO3)2,鈦磁鐵礦 Fe3O4?FeTiO3?TiO2,鈦鐵礦 FeTiO3,榍石 CaTiSiO2,長(zhǎng)石等 。 [6] 磷礦的品位 一般就 指磷礦中 P2O5的含 量， 我 國(guó)習(xí)慣 用 百分含量 來(lái)表示，而 國(guó)際上經(jīng)常用 BPL 含量來(lái)表示， BPL 含量 就是 將磷礦 里的 P2O5含量折 算為 磷酸三鈣 （ Ca3(PO4)2）的含量來(lái)表示 ，一般而言 磷酸三鈣中 的 P2O5理論含量 是 %，所以 兩種表示方法可按下式換算： %BPL =% P2O5 隨著開(kāi)采 的規(guī)模擴(kuò)大，現(xiàn)在 高品位的富礦已 經(jīng)越來(lái)越 少 了。 目前 來(lái)說(shuō)對(duì)于磷礦的要求 為 ： 只要不超過(guò) 雜質(zhì)含量符合 的 規(guī)定，品位大于 68%78%BPL（ %% P2O5）就 可 以。 中國(guó)現(xiàn) 在開(kāi)采的 磷礦按品位的高低分為高、 中 、低三 種品位。 含 量 在 30%以上 的為 高品位礦，含 量 在 26%30%之間 的為 中品位礦，含 量 在 26%以下 的為低品位礦。含量之間的 劃分方法 并 不是 一成不變 的， 不同 品位之間也沒(méi)有嚴(yán)格的界限 來(lái)區(qū)分。據(jù)分析我 國(guó)的磷礦資源 當(dāng) 中， 相當(dāng) 大 一 部分 是 含 較高 有害雜質(zhì) 并且不容易 富集的中、低品位磷礦 國(guó)外對(duì)商品磷礦的要求 項(xiàng)目 BPL%(P2O5%) CaO (Fe2O3+Al2O3) MgO 基本要求 ≥68% 70%（ 31%33%） ≤ ≤3% ≤% 最低要求 ≥68% （ 31%） ≤ ≤10% ≤2% 貴州理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 5 頁(yè) 中國(guó) 濕 法磷肥用礦化工行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn) （ HG/T 2673— 95） 磷礦中有害雜志的允許含量常與品位有關(guān)。 P2O5 品位高的磷礦允許有較多的雜質(zhì)存在。為此，規(guī)定雜質(zhì)含量的絕對(duì)值意義不大 .正確的方法是規(guī)定某一雜質(zhì)對(duì) P2O5 含量的比值（質(zhì)量比），例如 CaO/ P2O MgO/ P2O5 等。 [7] 硫酸 無(wú)水硫酸為無(wú)色油狀液體， ℃時(shí)結(jié)晶，通常使用的是它的各種不同濃度的水溶液，用 塔式法 和 接觸法 制取。前者所得為粗制稀硫酸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在 75%左右 。后者可得質(zhì)量分?jǐn)?shù) %的純濃硫酸，沸點(diǎn) 338℃，相對(duì)密度 。 硫酸是一種最活潑的二元無(wú)機(jī)強(qiáng)酸，能和許多金屬發(fā)生反應(yīng)。高濃度的硫酸有強(qiáng)烈吸水性，可用作 脫水劑 ，碳化木材、紙張、棉麻織物及生物皮肉等含 碳水化合物 的物質(zhì)。與水混合時(shí)，亦會(huì)放出大量熱能。其具有強(qiáng)烈的 腐蝕性 和 氧化性 ，故需謹(jǐn)慎使用。是一種重要的工業(yè)原料，可用于制造肥料、藥物、炸藥、顏料、洗滌劑、蓄電池等，也廣泛應(yīng)用于凈化石油、金屬冶煉以及染料等工業(yè)中。 常用作化學(xué)試劑，在有機(jī)合成中可用作脫水劑和磺化劑。 磷酸的主要生產(chǎn)工藝 現(xiàn)今磷 酸工業(yè)生產(chǎn)的方法被分為熱法磷酸生產(chǎn)和濕法磷酸生產(chǎn)兩種。 熱法磷酸 以黃磷為原料，經(jīng)氧化，水化等反應(yīng)而制取的磷酸稱(chēng)為熱法磷酸。根據(jù)不同的溫度下的 P2O5 不同的水合反應(yīng)，可得到正磷酸 (簡(jiǎn)稱(chēng)為磷酸 )、焦磷酸與偏磷酸等多種，項(xiàng)目 優(yōu)等品 一等品 合格品 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ 五 氧 化 二 磷 含 量 /% ≥ 34 32 30 28 24 氧化鎂（ MgO） /五氧化二磷（ P2O5） /% ≤ 5 10 三氧化二物（ R2O3） /五氧化二磷（ P2O5） /% ≤ 10 12 15 二氧化碳含量 /% ≤ 3 4 5 7 貴州理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 6 頁(yè) 但其中最重要的是正磷酸。 與濕法磷酸不同的是，熱法磷酸可以得到純度較高的磷酸，而濕法磷酸則只能得到含有一定雜質(zhì)的磷酸。熱法磷酸的生產(chǎn)方法國(guó)內(nèi)外普遍采用的均是電爐兩步法，此法是將電爐還原磷 礦所得的升華磷經(jīng)過(guò)除塵后使磷冷卻呈液態(tài)。然后將液態(tài)磷經(jīng)燃燒、水化、除霧制成磷酸。 除此外還有高爐一步法、富氧空氣氧化磷法、優(yōu)化氧化法及水蒸氣磷法等。 濕法磷酸 用硫酸、硝酸或鹽酸分解磷礦制得的磷酸統(tǒng)稱(chēng)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。 濕法生產(chǎn)是利用無(wú)機(jī)酸來(lái)分解磷礦粉，從而把粗磷酸分離出來(lái)，最后經(jīng)過(guò)凈化之后得到磷酸產(chǎn)品。濕法磷酸比較經(jīng)濟(jì)，生產(chǎn)比熱法磷酸成本低 20%30%，成品經(jīng)合適的方法凈化后，得到的磷酸純度可以追上熱法磷酸，因此濕法磷酸工藝 現(xiàn)今居于磷酸生產(chǎn)的主導(dǎo)地置。根據(jù)其所用無(wú)機(jī)酸的不同濕法磷酸工藝可分為三種：硫酸法、硝酸法、鹽酸法。 [8] 礦石分解反應(yīng)式表示如下： Ca5F(PO4)3+10HNO3 == 3H3PO4 + 5Ca(NO3)2 + HF ? （ 11） Ca5F (PO4)3 + 10HCl == 3H3PO4 + 5CaCl2 + HF ? （ 12） Ca5F(PO4)3+5H2SO4+ nH2O ==3H3PO4 + 5CaSO4 nH2O +HF ? （ 13） 上述反應(yīng)的相同點(diǎn)是都能夠得到磷酸。但是，不同磷礦里的鈣生成怎么樣的鈣鹽是不一樣的，每種都有自己的特點(diǎn)。同時(shí)在反應(yīng)終止后，要考慮怎樣將鈣鹽分離出去。 相對(duì)應(yīng)的，濕法磷酸的生產(chǎn)工藝可以分為三種：無(wú)水物法、半水法、二水法及半水 二水法。在三種工藝?yán)?，二水法因?yàn)榧夹g(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單、對(duì)礦石的適應(yīng)能力強(qiáng)、操作穩(wěn)定可靠、特別適用于中低品位礦石等特點(diǎn)，在濕法磷酸工藝中處于主導(dǎo)地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó) 80%以上的磷酸生產(chǎn)都采用濕法磷酸二水法流程來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。 [9] 磷酸的過(guò)濾方法（重點(diǎn)工段 ） 濕法磷酸生產(chǎn)中產(chǎn)生的磷石膏的過(guò)濾是把反應(yīng)過(guò)程得到的磷酸料漿送至過(guò)濾機(jī)上，采用真空過(guò)濾的方式，使其連續(xù)不斷的通過(guò)濾布最終實(shí)現(xiàn)磷酸與磷石膏分離。得到的磷石膏濾餅，用逆流洗滌法把吸附在磷石膏表面上的絕大部分磷酸溶液充分清除并予以回收。 過(guò)濾所得的石膏濾餅經(jīng)洗滌后卸入螺旋輸送機(jī)并經(jīng)過(guò)皮帶送至磷石膏廠(chǎng)內(nèi)堆放。濾餅用三次逆流洗滌流程，沖洗過(guò)濾機(jī)濾盤(pán)的污水送至污水封閉循環(huán)系統(tǒng)。各次過(guò)濾 貴州理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 7 頁(yè) 洗液集中于氣液分離器的相應(yīng)格內(nèi)，經(jīng)過(guò)氣液分離后，洗液也進(jìn)入相應(yīng)濾洗液中間槽的洗液格內(nèi)。濾液磷酸經(jīng)濾液泵，一部分送到磷酸 中間儲(chǔ)槽儲(chǔ)存另一部分返回一洗格內(nèi)。一洗液由一洗液泵全部送到酸解槽。二洗液和三洗液分別經(jīng)二洗液泵和三洗液泵返回過(guò)濾機(jī)逆流洗滌濾餅。吸干液經(jīng)氣液分離器進(jìn)入濾洗液中間槽三洗液格內(nèi)。水循環(huán)真空泵的壓出氣則送至過(guò)濾機(jī)作反吹石膏渣卸料用。過(guò)濾工序所需真空由水環(huán)式真空泵產(chǎn)生。 貴州理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（