一种基于自适应流场调控的湿法磷酸反应料浆除杂方法与流程

本发明属于湿法磷酸，特别涉及一种基于自适应流场调控的湿法磷酸反应料浆除杂方法。

背景技术：

1、胶磷矿作为我国重要的磷资源，其储量占全国磷矿总储量的60%以上，但因其独特的矿物学特性，长期面临“高品位难利用、低品位无法用”的资源困境。目前我国胶磷矿资源具有平均品位低、杂质含量高的贫矿属性，其中伴生矿物主要含硅、铝、铁、镁等复杂赋存形态的杂质。比较突出的是胶磷矿中高硅质脉石矿物与磷矿物紧密嵌布，这一特性直接导致胶磷矿在湿法磷酸生产中面临系统性技术瓶颈。

2、随着磷资源在各个行业的扩大与应用，特别是近几年新能源领域和芯片半导体领域的快速发展，对磷源的需求逐年增长。中低品位胶磷矿资源化利用成为湿法磷化工行业亟需解决的关键问题。利用浮选后胶磷矿与酸发生酸解反应，此过程不断释放大量的铁、镁、铝、钠、钾等杂质，导致以上杂质进入反应系统，或以钠、钾盐类物质进入磷石膏，或以游离的金属离子形态进入磷酸，影响磷酸和磷石膏品质，为磷酸净化和磷石膏综合利用增加处理成本。因此，在磷矿酸解源头开展抑制杂质进入反应系统，实现反应源头杂质减量与磷酸磷石膏净化具有重要意义。

3、cn116768171a公开了一种生产优质半水湿法磷酸的工艺，该工艺先将磷矿粉、浓硫酸以及来自半水磷酸洗涤系统的第三次洗涤液混合除杂，要求磷矿内杂质：fe2o30.8～1.1%、al2o30.8～1.1%、mgo 1.1～1.5％，除杂反应游离硫酸根离子浓度4g/l～12g/l，通过提高硫酸根浓度加速磷矿杂质溶出进入滤液中，并采取滤液一部分返回除杂反应循环使用，另一部分送至用于磷酸氢钙或磷铵生产。但该方法仅将杂质溶出后分流，并未从反应源头解决杂质的去除问题。

4、cn115872376a公开了一种从湿法磷酸浆液中分离净化磷酸与磷石膏的方法及其制得的磷酸与磷石膏，该方法向湿法磷酸浆液中加入除杂药剂，在微气泡外场的作用下混合处理，最终得到含胶质杂质的有机相和除杂矿浆。通过利用除杂药剂与解离析出胶质硅、碳杂质的吸附原理，实现胶质杂质的去除。但该方法采用添加药剂实现除杂目的，处理成本增大。

5、因此，基于现有技术不足，有必要提供一种在湿法磷酸反应过程中低成本、高效率提取并分离杂质的方法，真正做到湿法磷酸反应料浆的杂质去除和减量。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于自适应流场调控的湿法磷酸反应料浆除杂方法，所述方法利用胶磷矿粉与伴生矿物的溶解特性和粒径差异，利用两级螺旋溜槽与反应料浆的自适应机制，采用物理方式对混合料浆进行分离分级，降低反应料浆中硅、铝、钠、钾等杂质，从湿法磷酸反应过程中提升磷酸和磷石膏品质。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种基于自适应流场调控的湿法磷酸反应料浆除杂方法，所述方法包括如下步骤：

4、s1、将合格粒径的胶磷矿粉与磷酸、氟硅酸的混合溶液反应得到一级混合料浆；

5、s2、将s1所得的一级混合料浆进行一级螺旋溜槽分选，得到一级轻相料浆和一级重相料浆；

6、s3、将s2所得一级重相料浆与硫酸混合反应得到二级混合料浆；

7、s4、将s3所得二级混合料浆进行二级螺旋溜槽分选，得到二级轻相料浆和二级重相料浆；

8、s5、将s4所得二级重相料浆进行固液分离，得到重相固体杂质和重相溶液；

9、s6、将s2的一级轻相料浆、s4的二级轻相料浆和s5的重相溶液混合并补加硫酸反应，经结晶过滤后获得净化磷酸和磷石膏。

10、本发明提供的方法的目的在于利用一定粒径的胶磷矿粉与伴生矿物在酸性较弱的磷酸和氟硅酸混合溶液中的溶解特点，伴生矿物石英、长石、黄铁矿等溶解性差、杂质释放性低，从而与磷矿溶解后形成粒径差异，采用两级螺旋溜槽实现伴生矿物杂质的物理分选与脱除，并利用硫酸调控胶磷矿粉溶解效率和硫酸钙结晶成核速度，实现反应过程中杂质与料浆的分离。使用本发明所述方法避免了因胶磷矿夹带高含量杂质进入到磷酸、磷石膏中影响产品品质，同步大大降低了下游磷酸净化和磷石膏后处理的经济成本。

11、作为本发明优选的技术方案，所述s1中将合格粒径的胶磷矿粉与磷酸、氟硅酸和团聚剂的混合溶液反应得到一级混合料浆。

12、优选地，所述合格粒径的胶磷矿粉要求0.05mm粒径占比为60~80%，例如可以是60%、65%、70%、75%或80%。

13、优选地，所述混合溶液由磷酸和氟硅酸按质量比1:0.05~0.02配制成，例如可以是1:0.05、1:0.04、1:0.035、1:0.03、1:0.02。所述混合溶液中p2o5浓度控制在24~32%，例如可以是24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%、31%、32%。

14、优选地，所述的混合溶液中还添加有团聚剂，所述的团聚剂主要包括聚合硫酸铝、聚合硅酸铝、非离子聚丙烯酰胺等，例如可以是其中的一种或几种混合物，添加量为磷酸和氟硅酸总质量的1~10‰，或1~10‰范围值中的任意值或任意区间值，例如可以是1‰、3‰、5‰、7‰、10‰。

15、为本发明优选的技术方案，所述胶磷矿粉与混合溶液按液固比1:0.1~0.2反应得到一级混合料浆，例如可以是1:0.1、1:0.12、1:0.14、1:0.16、1:0.18、1:0.2。

16、优选地，所述反应温度为40~60℃，例如可以是40℃、45℃、50℃、55℃、60℃。

17、优选地，所述反应时间为0.5~2h，例如可以是0.5h、1h、1.5h、2h。

18、作为本发明优选的技术方案，所述s2中将s1所得的一级混合料浆进行一级螺旋溜槽分选，得到一级轻相料浆和一级重相料浆。

19、优选地，所述一级螺旋溜槽距径比0.6~0.7，例如可以是0.6、0.62、0.64、0.66、0.68、0.7。

20、作为本发明优选的技术方案，所述s3中将s2所得一级重相料浆与硫酸混合反应得到二级混合料浆。

21、优选地，所述控制反应得到二级混合料浆中ca2+与so42-摩尔比为1:0.2~0.6，例如可以是1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:0.6。

22、作为本发明优选的技术方案，所述s4中将s3所得二级混合料浆进行二级螺旋溜槽分选，得到二级轻相料浆和二级重相料浆。

23、优选地，所述二级螺旋溜槽距径比0.4~0.6，例如可以是0.4、0.42、0.44、0.46、0.48、0.5、0.52、0.54、0.56、0.58、0.6。

24、作为本发明优选的技术方案，所述s5中将s4所得二级重相料浆进行固液分离，得到重相固体杂质和重相溶液。

25、作为本发明优选的技术方案，所述s6中将s2的一级轻相料浆、s4的二级轻相料浆和s5的重相溶液混合并补加硫酸反应，经结晶过滤后获得净化磷酸和磷石膏。

26、优选地，所述补加硫酸反应过程控制料浆ca2+与so42-摩尔比为1:0.8~1.2，例如可以是1:0.8、1:0.9、1:1、1:1.1、1:1.2。

27、优选地，所述反应温度为60~80℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃。

28、优选地，所述反应时间为3~6h，例如可以是3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h。

29、作为本发明优选的技术方案，所述一级重相料浆的平均颗粒尺寸大于二级重相料浆的平均颗粒尺寸。

30、作为本发明优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：

31、将0.05mm粒径占比为60~80%的合格粒径胶磷矿粉与质量比1:0.05~0.02的磷酸、氟硅酸和选择性添加有1~10‰团聚剂的混合溶液在液固比1:0.1~0.2，反应温度40~60℃，反应时间0.5~2h条件下得到一级混合料浆，其中混合溶液中p2o5浓度控制在24~32%；所述一级混合料浆进入距径比为0.6~0.7的一级螺旋溜槽分选，得到一级轻相料浆和一级重相料浆；所述一级重相料浆与硫酸混合反应，控制反应料浆中ca2+与so42-摩尔比为1:0.2~0.6得到二级混合料浆；所述二级混合料浆进入距径比0.4~0.6的二级螺旋溜槽分选，得到二级轻相料浆和二级重相料浆,并确保一级重相料浆的平均颗粒尺寸大于二级重相料浆的平均颗粒尺寸；对所述二级重相料浆进行固液分离，得到重相固体杂质和重相溶液，再将一级轻相料浆、二级轻相料浆和重相溶液混合后补加硫酸反应，控制反应料浆中ca2+与so42-摩尔比为1:0.8~1.2，反应温度60~80℃，反应时间3~6h，经结晶过滤后获得净化磷酸和磷石膏。

32、本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

33、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

34、本发明提供的一种基于自适应流场调控的湿法磷酸反应料浆除杂方法，该方法利用胶磷矿粉与伴生石英、长石、黄铁矿等矿物的溶解特性和粒径差异，通过设置两级螺旋溜槽与反应料浆中颗粒杂质的自适应机制，实现反应过程中杂质与料浆的分离。使用本发明所述方法在湿法磷酸反应源头避免了杂质进入到磷酸、磷石膏中，大幅降低了下游磷酸净化和磷石膏后处理的成本。