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【摘 要】在湿法磷酸生产中，系统结垢、堵塞一直制约着装置连续、平稳的运行，经分析结垢物主要由氟硅酸钠、氟硅酸钾组成。本文旨在分析形成结垢的原因，针对形成原因提出几种阻垢方法。
【关键词】结垢；氟硅酸钠；氟硅酸钾；温差
一、湿法磷酸生产系统结垢物的产生
湿法磷酸装置工艺管道的结垢主要发生在过滤盘下、料浆管、返酸管和成品稀磷酸管上，其次是过滤系统一级、二级洗液管及浓缩装置成品酸管上。影响磷酸装置运行周期的两大因素是过滤机设备本身的结垢堵塞和工艺管道的结垢堵塞。大多数企业对工艺管道的结垢堵塞并未采取有效的防结垢措施，通常采取的办法是待管道堵塞不能满足生产后停车清理。也有同行采取了在系统中添加阻垢剂的方法，但效果不是很理想，一方面很难找到适宜的阻垢剂，另一方面由于阻垢剂价格较高，增加了生产成本。经对湖北鄂中生态工程股份有限公司湿法磷酸系统结垢物进行分析。分析结果见表1。
分析结果表明结垢物的组分是氟硅酸钠和氟硅酸钾，其中（K2SiF6）60.05%、W（Na2SiF6）23.68%；另外还有部分磷石膏和铁、铝、镁的磷酸盐。
二、结垢过程的分析
在湿法磷酸生产过程中， 磷矿中氟化物被硫酸分解生成氢氟酸，然后再与SiO2及其他离子反应生成氟硅酸盐和其它氟化物，这些氟化物的溶解度很小，在磷酸溶液中的溶解度随着温度和磷酸浓度的变化而变化（如：图1为氟硅酸钠和氟硅酸钾在磷酸溶液中的溶解度）。
在磷酸料浆过滤和磷酸输送系统中，磷酸液相的温度下降可分为三个阶段。第一阶段发生在磷酸料浆从消化槽至过滤机，由于管道向大气传热而导致的温度降约为3～5℃ （冬天可达7℃ ）；第二阶段发生在磷酸料浆过滤时，当磷酸流入滤盘、气液分离器，由于真空作用使水分急剧气化，温度急骤下降可达25～30℃；第三阶段发生在磷酸输送时，在磷酸输送过程中因热损失而导致温度降低。温度降低以后，磷酸中处于过饱和的杂质化合物就会沉淀附着在管壁上形成垢物。
错气盘的结垢主要在下错气盘过滤扇形区的后半部分和一洗扇形区的前半部分，这主要是温度效应和浓度效应造成的。在过滤扇形区内，刚开始过滤时由于洗涤、冲盘、吸干等过程滞留于过滤机滤盘，错气盘等处的低浓度酸液以及过滤酸流动在时间上的滞后，导致过滤酸的浓度降低。在这种情况下，虽然温度降低，但没有沉淀析出，所以过滤扇形区刚开始近1/3孤段几乎没有结垢，而随着过滤机的转动，磷酸浓度没有降低而温度骤降，因此沉淀的垢物越来越厚，有时达10毫米以上。而一洗扇形区则呈相反的趋势，随着转动方向，结垢越来越薄，至70%弧段以后几乎没有结垢。二洗区由于浓度很低一般不结垢。在磷酸输送过程中由于热损失的原因，磷酸管道的结垢随温度下降的梯度明显增长，不锈钢阀门、管件结垢最为厉害，四氟阀门的结垢要比橡胶管的结垢轻。
三、阻垢方法
系统结垢是湿法磷酸生产过程中的常见问题之一。目前国内外还没有好的办法解决，一般都是对其进行定期清理和定期清洗使系统恢复正常。针对结垢产生的原因，如温度变化、过饱和等原因，可以从减小温差、消除过饱和度方向建立阻垢方法，建议采用下列办法来减轻结垢的形成。
（1）设计管道等过流部件应主要从结垢问题的角度考虑，把流体力学问题放在其次。
（2）减少各工艺过程温差，如设备保温、采用料浆冷却方工适当降低真空过滤时的温差、控制洗涤水温度至65℃以上等。
（3）不同的材质，由于分子表面活性不同，它的吸附性能各异， 因此对结垢也会有很大的影响。从结垢的规律来看，结垢发生由强到弱的材质依次为不锈钢、橡胶、聚氯乙烯塑料、聚四氟乙烯塑料。可以对错气盘，阀门等金属表面内衬聚四氟乙烯塑料，可收到良好的防垢效果。
（4）控制磷矿中Na2O+K20含量不超过0.6%，酸不溶物在8～13%，并防止工艺水被钠，钾污染，在条件充许的情况下可将磷矿、工艺水中的Na2O+K20组分列入经常性项目分析。
（5）随着SiO2/F升高，系统结垢会加剧，对SiO2/F特别高的磷矿最好采用配矿的办法降低SiO2/F比，以控制结垢。
（6）加入可溶性铝盐，形成AlF3-x，可以减缓结垢，但后续会影响水溶性磷收率。
（7）加入尾气氟吸收的氟硅酸溶液使氟硅酸钠、氟硅酸钾提前析出，减缓结垢。
（8）料浆进行磁场处理消除过饱度，可起到减缓结垢和提高过滤速度的作用。
四、结语
磷矿是一种含有多种杂质的矿物质，其化学成分比较复杂，含有铁、铝、钙、镁、氟以及碱金属等化学物质，这些杂质常以溶解或悬浮的形式存在于磷酸中。这些溶解或悬浮的杂质虽然含量很少，但极不稳定，当酸液温度下降时就会沉积下来，在系统管道和设备上结垢，从而影响生产的平稳连续运行。
参考文献：
[1] 吴佩芝.湿法磷酸[M].北京：化学工业出版社，1987.
[2] 李志祥。.湿法磷酸过滤设备和管道结垢原因分析及控制研究[J].磷肥与复肥，2004，19（6）：24—27.
[3] 江善襄，方天翰，戴元法等.磷酸、磷肥和復混肥料[M].北京：化学工业出版社，1999.
[4] 杨林军，张允湘，钟本和.湿法磷酸过滤系统结垢特性及防治研究进展[J].化肥工业，1995，28（5）：14.
【关键词】结垢；氟硅酸钠；氟硅酸钾；温差
一、湿法磷酸生产系统结垢物的产生
湿法磷酸装置工艺管道的结垢主要发生在过滤盘下、料浆管、返酸管和成品稀磷酸管上，其次是过滤系统一级、二级洗液管及浓缩装置成品酸管上。影响磷酸装置运行周期的两大因素是过滤机设备本身的结垢堵塞和工艺管道的结垢堵塞。大多数企业对工艺管道的结垢堵塞并未采取有效的防结垢措施，通常采取的办法是待管道堵塞不能满足生产后停车清理。也有同行采取了在系统中添加阻垢剂的方法，但效果不是很理想，一方面很难找到适宜的阻垢剂，另一方面由于阻垢剂价格较高，增加了生产成本。经对湖北鄂中生态工程股份有限公司湿法磷酸系统结垢物进行分析。分析结果见表1。
分析结果表明结垢物的组分是氟硅酸钠和氟硅酸钾，其中（K2SiF6）60.05%、W（Na2SiF6）23.68%；另外还有部分磷石膏和铁、铝、镁的磷酸盐。
二、结垢过程的分析
在湿法磷酸生产过程中， 磷矿中氟化物被硫酸分解生成氢氟酸，然后再与SiO2及其他离子反应生成氟硅酸盐和其它氟化物，这些氟化物的溶解度很小，在磷酸溶液中的溶解度随着温度和磷酸浓度的变化而变化（如：图1为氟硅酸钠和氟硅酸钾在磷酸溶液中的溶解度）。
在磷酸料浆过滤和磷酸输送系统中，磷酸液相的温度下降可分为三个阶段。第一阶段发生在磷酸料浆从消化槽至过滤机，由于管道向大气传热而导致的温度降约为3～5℃ （冬天可达7℃ ）；第二阶段发生在磷酸料浆过滤时，当磷酸流入滤盘、气液分离器，由于真空作用使水分急剧气化，温度急骤下降可达25～30℃；第三阶段发生在磷酸输送时，在磷酸输送过程中因热损失而导致温度降低。温度降低以后，磷酸中处于过饱和的杂质化合物就会沉淀附着在管壁上形成垢物。
错气盘的结垢主要在下错气盘过滤扇形区的后半部分和一洗扇形区的前半部分，这主要是温度效应和浓度效应造成的。在过滤扇形区内，刚开始过滤时由于洗涤、冲盘、吸干等过程滞留于过滤机滤盘，错气盘等处的低浓度酸液以及过滤酸流动在时间上的滞后，导致过滤酸的浓度降低。在这种情况下，虽然温度降低，但没有沉淀析出，所以过滤扇形区刚开始近1/3孤段几乎没有结垢，而随着过滤机的转动，磷酸浓度没有降低而温度骤降，因此沉淀的垢物越来越厚，有时达10毫米以上。而一洗扇形区则呈相反的趋势，随着转动方向，结垢越来越薄，至70%弧段以后几乎没有结垢。二洗区由于浓度很低一般不结垢。在磷酸输送过程中由于热损失的原因，磷酸管道的结垢随温度下降的梯度明显增长，不锈钢阀门、管件结垢最为厉害，四氟阀门的结垢要比橡胶管的结垢轻。
三、阻垢方法
系统结垢是湿法磷酸生产过程中的常见问题之一。目前国内外还没有好的办法解决，一般都是对其进行定期清理和定期清洗使系统恢复正常。针对结垢产生的原因，如温度变化、过饱和等原因，可以从减小温差、消除过饱和度方向建立阻垢方法，建议采用下列办法来减轻结垢的形成。
（1）设计管道等过流部件应主要从结垢问题的角度考虑，把流体力学问题放在其次。
（2）减少各工艺过程温差，如设备保温、采用料浆冷却方工适当降低真空过滤时的温差、控制洗涤水温度至65℃以上等。
（3）不同的材质，由于分子表面活性不同，它的吸附性能各异， 因此对结垢也会有很大的影响。从结垢的规律来看，结垢发生由强到弱的材质依次为不锈钢、橡胶、聚氯乙烯塑料、聚四氟乙烯塑料。可以对错气盘，阀门等金属表面内衬聚四氟乙烯塑料，可收到良好的防垢效果。
（4）控制磷矿中Na2O+K20含量不超过0.6%，酸不溶物在8～13%，并防止工艺水被钠，钾污染，在条件充许的情况下可将磷矿、工艺水中的Na2O+K20组分列入经常性项目分析。
（5）随着SiO2/F升高，系统结垢会加剧，对SiO2/F特别高的磷矿最好采用配矿的办法降低SiO2/F比，以控制结垢。
（6）加入可溶性铝盐，形成AlF3-x，可以减缓结垢，但后续会影响水溶性磷收率。
（7）加入尾气氟吸收的氟硅酸溶液使氟硅酸钠、氟硅酸钾提前析出，减缓结垢。
（8）料浆进行磁场处理消除过饱度，可起到减缓结垢和提高过滤速度的作用。
四、结语
磷矿是一种含有多种杂质的矿物质，其化学成分比较复杂，含有铁、铝、钙、镁、氟以及碱金属等化学物质，这些杂质常以溶解或悬浮的形式存在于磷酸中。这些溶解或悬浮的杂质虽然含量很少，但极不稳定，当酸液温度下降时就会沉积下来，在系统管道和设备上结垢，从而影响生产的平稳连续运行。
参考文献：
[1] 吴佩芝.湿法磷酸[M].北京：化学工业出版社，1987.
[2] 李志祥。.湿法磷酸过滤设备和管道结垢原因分析及控制研究[J].磷肥与复肥，2004，19（6）：24—27.
[3] 江善襄，方天翰，戴元法等.磷酸、磷肥和復混肥料[M].北京：化学工业出版社，1999.
[4] 杨林军，张允湘，钟本和.湿法磷酸过滤系统结垢特性及防治研究进展[J].化肥工业，1995，28（5）：14.