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磷矿浆生产节能降耗的探究

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[摘要]分析湿法磷酸配套湿法磨磷矿浆工艺现状,得出磷矿浆水含量高,影响湿法磷酸装置经济效益进一步提高。通过改变磨矿工序浓密机进料方式、对堆场的磷矿石进行预均化、对生产参数进行标准化,磨矿装置磷矿浆w(H2O)由42%下降至40%以下,38%~40%合格率为95%,浓缩每吨稀磷酸蒸汽消耗减少0.07t,达到了经济生产。

[关键词]湿法磷酸;磷矿浆生产;水含量;节能降耗

不断深入提升生产技术及挖潜降耗是生产企业的必由之路。云南三环化工有限公司(以下简称公司)湿法磷酸配套湿法磨磷矿浆生产工艺现为两段一闭路流程,基本消除了磨不细、过磨、粒度分布粗细两极分化现象。其矿浆粒径<0.450mm的颗粒占比≥99.0%,粒径≤0.150mm的颗粒占比≥80%,分级过程中粒度分布呈典型的中间大、两头小,完全达到了闭路磨矿的效果。但浓密后矿浆水含量高(w(H2O)39%~42%),影响系统稳定生产以及萃取洗涤率、蒸汽消耗等指标。为此,提出降低浓密矿浆水含量,控制110万t/a磨矿装置矿浆w(H2O)38%~40%的合格率为95%。

1湿法磷酸配套湿法磨磷矿浆工艺现状分析

1.1棒磨、球磨工艺湿法磨生产始于建材行业,20世纪30年代冶金行业就成功使用这种工艺磨制矿浆。云南省冶金研究设计院借鉴冶金行业60多年的成熟经验,于2002年为公司设计了第一套湿法磨制磷矿浆生产装置。当时湿法磨制磷矿浆在磷肥行业属首次应用,技术先进,产量高,矿浆粒径≤0.150mm颗粒占比≥80%。公司生产采用一段棒磨开路、二段球磨闭路(球磨机长径比≤1.5)工艺,其工艺特点:能够得到较细的产品,能在不同磨矿阶段进行粗磨和细磨,特别适用于阶段处理。矿浆粒径<0.450mm的颗粒占比≥99%,≤0.150mm的颗粒占比≥80%,≤0.074mm的颗粒占比≥50%。两段一闭路流程无过磨现象,在生产的适宜性、产量等方面更有优势。公司采用两段一闭路流程,所生产的矿浆细度与萃取磷酸生产所要求的理想的粒径<0.150mm的颗粒(合格颗粒)呈正态分布基本一致,磷矿浆中不含磨不细的特大颗粒(粒径>0.833mm),对萃取转化率影响较大的颗粒(粒径>0.415mm)占比为1%~2%,过磨的颗粒(粒径<0.074mm)占比一般只能达到30%~40%,其粒度分布粗细两极分化的现象已消除。

1.2矿浆分级工艺公司使用的斜窄流分级机内设有斜板组,一定浓度的磷矿浆,从斜板组的底部进入沿斜板上升。在上升过程中,矿浆中固体颗粒的沉降速度与颗粒大小及其表面积成正比关系,较粗的颗粒逐渐沉积至斜板上,当沉积到一定量时,沿斜板下滑落入粗料区,从底部粗料口排出;细颗粒则来不及沉降就被向上流动的浆体带出而从斜板组顶部溢流成为分级合格矿浆。斜窄流分级机属于静止设备,无动力消耗,也无过多易损配件,分级溢流质量高,完全达到了闭路磨矿的效果(分级效率可达30%~50%)[1]。1.3矿浆絮凝浓密工艺矿浆浓密的目的是使矿浆由w(固)15%~25%浓密脱水至w(固)58%~61%。浓密机的工作原理:分级溢流,细颗粒由分级机顶部溢流管溢流进入浓密机中心给料井,辅助加入絮凝剂使矿浆颗粒发生絮凝沉降脱水,浓缩后的矿浆被耙架刮板刮入池中心的卸料斗排出,成为合格矿浆。澄清溢流水从池顶部溢流槽溢出,用泵输送至分级机作稀释水循环使用[2]。公司使用的耙式浓密机是德国道尔-奥立佛公司生产的高效浓密机,采用中心传动式,由浓密池、耙架、传动装置、耙架提升装置、给料装置、卸料装置等组成,池底面积193.2m2,处理量(干基)150t/h。110万t/a磨矿装置即湿磨II系列,由于浓密机生产超负荷,现处理量(干基)已达215t/h,磷矿浆w(H2O)平均为40.82%,浓密机处理后磷矿浆将较多的水带入萃取磷酸系统,使磷石膏洗涤水量减少,影响洗涤率、P2O5回收率和浓缩蒸汽消耗,影响湿法磷酸装置经济效益的进一步提高[3]。

2节能降耗的基本内容

在装置已达设计生产能力时,为了进一步节能降耗,挖掘装置的生产潜力,提高企业经济效益,对湿法磷酸装置配套湿法磨磷矿浆装置生产过程中各个环节进行排查和梳理,决定进行技术改造。通过技术改造后预期达到如下目标:(1)以不同矿点擦洗矿的品位、杂质相对稳定为前提条件,矿浆水分设计控制w(H2O)为35%。但由于磷矿石资源的逐渐贫化,杂质含量增多;矿浆细度分布中粒径≤0.150mm的颗粒占比为80%,粒径≤0.074mm的颗粒占比为50%~60%;浓密机小时处理量处于超设计负荷状态,要实现控制矿浆w(H2O)为35%这个目标,十分困难。现通过一定技术改造以及标准化操作,达到使矿浆w(H2O)由39%~42%下降为38%~40%,并朝≤35%这个目标迈进[4]。(2)通过对110万t/a磨矿装置配套磷矿石2#堆场物流优化,把住生产源头,减小磷矿石物理特性变化对装置中磨机适应性,矿浆分级、浓密工序适应性的影响,为稳定系统生产,确保矿浆细度合格,稳定矿浆化学成分,提供合格矿浆,给下游生产创造良好的条件。

2.1降低110万t/a磨矿装置矿浆水分2008年3月9日,110万t/a磨矿装置中2#球磨机投入运行后,矿浆细度得到明显改善:矿浆粒径≤0.150mm的颗粒占比平均为85%,≤0.380mm的颗粒占比平均为99.5%。浓密机现在处理量(干基)为215t/h,负荷超过设计能力的43.3%。处理量与往年相比减少近20%。但浓密机操作出现絮凝剂消耗增高、频繁跑浑、耙子扭矩频繁升高、需要经常提降耙子等问题,使底流矿浆密度难稳定,矿浆水分升高,给下游生产带来负面影响。110万t/a磨矿装置分级机与浓密机存在近8m位差,矿浆具有很大势能,2台分级机溢流矿浆汇拢流入浓密机内,流量近1000m3/h。为降低矿浆水分,避免矿浆在中心给料井出现激烈搅动现象,拟改变进料方式,使矿浆平缓进浓密机,更容易与絮凝剂充分结合,加速矿浆絮凝沉降脱水。

措施:(1)在浓密机进料水平管前端增加1个脱气筒,分为进料浆、出料浆2个仓,尺寸为ϕ2100mm×3500mm,用以削减矿浆由于分级机溢流泄料点与浓密机进料点之间所存在高度差而形成的动能;(2)把浓密机进料水平管由ϕ425mm×20mm无缝钢管更改为ϕ730mm×14mm钢管,以使进浓密机矿浆流速为0.72m/s;(3)把德国道尔给料井改造为直径为3000mm的给料直筒,高度按转耙拉杆确定,矿浆水平管与给料筒结合处安装弯头,使矿浆给料方向与转耙方向一致;(4)絮凝剂添加布点为3点,其中2点均匀分布在进料水平管上,1点布置在脱气筒出料仓。方案实施后,矿浆w(H2O)降低2个百分点。由此产生的经济效益:若萃取Ⅲ系列以每小时投矿量210m3计算,每小时产生的稀磷酸(w(P2O5)24%)实物量约为224.3t,折P2O5为53.8t。若矿浆w(H2O)由42%下降为40%,减少带入下游的水量为4.2t,矿浆水分减少后萃取Ⅲ系列产生的稀磷酸w(P2O5)为24.44%,w(P2O5)提高约0.44个百分点。稀磷酸由w(P2O5)24%浓缩至w(P2O5)48%时,消耗的蒸气量为2.08t,由w(P2O5)24.44%浓缩至w(P2O5)48%时,消耗的蒸气量为2.01t,方案实施后浓缩每吨稀磷酸蒸汽消耗减少0.07t。如果磷酸萃取Ⅲ系列年生产稀磷酸36万t,吨蒸气单价65元,则每年可节约163.8万元[5]。2.2110万t/a磨矿装置配套磷矿石2#堆场物流优化磷矿石资源贫化,杂质增多,所进矿点多,使堆场上的磷矿石在堆混过程中均化效果差。为了减少矿浆成分波动对下游生产的影响,需要进行磷矿石预均化。在预均化过程中必须考虑物流流向,使倒运费用降低,在主要供矿点设置均化区域,减少供矿距离。在物流流向均化过程中,均化效果得不到提高,堆场磷矿石物流流向就不经济。磷矿石的预均化通过堆场的堆料和取料过程实现。

影响预均化效果的因素:(1)堆料层数。越是薄层叠堆,层数越多,以垂直料层的方向和薄层切取的方式取料,就越会使均化堆场的原料成分波动周期缩短、振幅降低,其标准偏差也缩小。(2)物料的离析。在矿石颗粒不均匀时会产生颗粒的离析现象,即料堆的两侧及底部集中了大块料,而料堆的上部多为细料。粗、细磷矿石颗粒物料化学成分有所不同,颗粒离析现象就会引起横截面上不同部位磷矿成分的波动。为此,要达到均化效果需要“平铺直取”。即:堆放时,尽可能地以最多的相互平行、上下重叠的同厚度的料层构成料堆;取料时,按垂直于料层方向的截面对所有料层切取一定厚度的物料。

技术改进参数:(1)进场各矿点分区堆放,水平层状堆料。进场的磷矿石边卸,边用推土机平铺布料。而在区域取矿过程中,从端面进行垂直切取矿石。(2)把堆场分为两个区域,一个均化区、一个堆存区。使用工程车辆进行磷矿石预均化,即在靠近A#、B#料斗处专门固定2个区作为均化矿堆存区,常白班人员利用汽车、推土机、铲车按工艺要求倒运配矿,为磨机备好足够的均化矿石。其余均为磷矿石堆存区。(3)在均化区堆矿、取矿采取“平铺直取”方式。具体为,装载机及车辆按比例将磷矿石运至均化区,推土机工进行摊平、掺混、堆高均化,取样工对每天的均化矿取样送检,实施质量监控。生产用矿由装载机直接取用已知化学成分的均化矿。在物流流向优化的过程中,还要确保两方面的工作,一确保进场磷矿石取样具有代表性,以确保对区域内堆存矿石的化学成分所掌握的信息较为真实且有代表性;二确保倒运磷矿石的取样具有代表性。在确保这两个方面的前提下,堆场磷矿石物流流向才会更经济。技术改进效果验证:与矿石没有进行预均化的月份对比,磷矿浆w(P2O5)标准偏差由0.38%降低为0.26%;w(R2O3)标准偏差由0.16%降为0.10%;w(MgO)标准偏差由0.11%降低为0.03%。磷矿石预均化后对磷矿浆化学成分稳定有明显的作用。磷矿石采取预均化,不仅稳定磷矿石的物理特性,更有利于工序中对磷矿石的粉磨,矿浆在分级机内的分级、在浓密机内的絮凝沉降,同时也稳定了矿浆化学成分。2.3操作标准化为了稳定矿浆质量,减少不同班次的波动,操作精细化、标准化显得尤为重要。对生产参数进行标准化摸索,例如与矿石投加量对应的棒磨机磨头补水量、分级机稀释水补加量、絮凝剂给药量等,有效地稳定了矿浆细度、水含量,确保了其在指标控制范围内。根据所取得的初步效果,继续探索分级机稀释水量控制参数,最终完成磨矿工序标准化betway必威体育注册操作手册。

3结束语

通过对2套湿法磨磷矿浆装置技术工艺、生产现状的分析,对装置存在的问题进行了原因分析,提出相对应的改进思路,采取处理措施,实施完成后装置系统生产达到:110万t/a磨矿装置矿浆w(H2O)由42%下降到40%,38%~40%合格率95%,达到经济生产,为下游系统水平衡、降低浓缩蒸汽消耗创造良好条件。

[参考文献]

[1]魏正坤.湿法闭路磨矿斜板分级机分级选择性的生产控制方法[J].磷肥与复肥,2006,21(2):28-30.

[2]郑怀礼.生物絮凝剂与絮凝技术[M].北京:化学工业出版社,2004:37-40.

[3]化工设备设计技术中心站.搅拌设备设计[M].上海:上海科学技术出版社,1985.

[4]资学民.湿法磨矿工艺对萃取磷酸系统水平衡及P2O5回收率的影响[J].磷肥与复肥,2000,15(6):28-29.

[5]邓金玉.二水法湿法磷酸生产中提高磷收率的探讨[J].磷肥与复肥,2005,20(4):34-36.

作者:邢梅 单位:云南三环化工有限公司

磷矿浆生产节能降耗的探究责任编辑:张雨    阅读:人次

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