磷酸生产过程中的资源综合利用探索.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 28 日 作者简介：作者简介：翟军（1977），男，汉族，江苏泰兴人，本科，化工工程师，精细化工产品的生产管理。-168-磷酸生产过程中的资源综合利用探索 翟 军 南磷化工有限公司，江苏 泰州 225400 摘要：摘要：磷酸，作为一种重要的无机化工原料，广泛应用于农业、食品、医药、冶金等多个领域。然而，磷酸的生产过程涉及到众多资源的消耗与废弃物的产生，本文探讨了磷酸生产过程中的资源综合利用技术，包括原料的优化利用、废弃物的资源化处理以及副产品的开发应用。文章提出了通过优化原料配比、利用低品位矿石和废渣替代原料来降低生产成本；通过废气、废水和废渣的治理与回用，实现废弃物的资源化，文章还就政策支持、技术创新与人才培养等方面提出了发展建议，需要政府、企业、科研机构等多方共同努力。通过政策支持、技术创新、市场拓展等手段，并展望了未来磷酸生产的循环经济、绿色生产及智能化趋势。关键词：关键词：磷酸生产；资源综合利用；原料优化；废弃物资源化 中图分类号：中图分类号：TK-9 随着全球资源的日益紧缺和环境保护要求的提高，传统的高消耗、高排放磷酸生产方式已难以为继。资源综合利用成为提升磷酸产业竞争力、实现可持续发展的关键。当前，磷酸生产过程中原料的多样化利用、废弃物的资源化处理以及副产品的开发利用等方面，已成为行业研究的热点和难点。本文旨在探讨这些技术领域的最新进展，为磷酸生产的绿色转型提供参考。1 资源综合利用的意义与必要性 资源综合利用在当今社会经济发展中具有深远的意义和必要性，主要体现在以下几个方面：1）节约资源，缓解资源压力。随着人口增长和经济发展，资源综合利用通过回收、再生、再利用等方式，能够最大限度地发挥资源的效用，减少对原生资源的开采，由于对资源的需求日益增加，而资源储量有限，通过节约资源从而有效缓解资源压力，保障经济社会的可持续发展。2）减少污染，保护环境。传统的资源利用方式往往伴随着大量的废弃物排放，资源综合利用能够将废弃物转化为有用的产品或原材料，减少废弃物的排放量和处理难度，降低对环境的污染和破坏，对环境造成严重污染，实现经济效益和环境效益的双赢。3）推动产业升级，促进经济发展。通过技术创新和工艺改进，资源综合利用能够开发出新的产品、拓展新的市场，为经济发展注入新的活力。资源综合利用涉及多个领域和行业，能够带动相关产业的发展和升级，资源综合利用还能够提高产品的附加值和市场竞争力，推动产业向高端化、智能化方向发展。因此在未来的发展中，应进一步加强资源综合利用技术的研发和推广，完善相关政策法规，提高资源利用效率，推动经济社会可持续发展。2 磷酸生产过程详解 2.1 原料准备 磷酸主要原料是磷矿石、硫酸和焦炭。作为重要的化工原料，其生产过程涉及多个复杂步骤和严格的工艺控制。准备作为磷酸生产的第一步，不仅影响到后续工艺的稳定性和效率，还直接关系到最终产品的质量和成本。磷矿石需经过破碎、筛分和湿法研磨等预处理步骤，以获得适宜的粒度和纯度，原料中若混入杂质，可能会引发副反应，降低磷酸的纯度。因此，原料准备需要在清洁度高的环境中进行，以避免外界杂质的污染。硫酸作为反应介质和氧化剂，焦炭则主要用于还原磷矿石中的杂质和提供反应所需的热能。在原料准备过程中，例如，磷矿石的品位（以五氧化二磷计）通常要求在 28%以上，关键数据如磷矿石的品位、硫酸浓度、焦炭的灰分和挥发分等均需严格控制，以确保磷酸的产量和品质。2.2 反应原理 磷酸生产的核心反应是磷矿石与硫酸在高温下的酸解反应，反应温度通常控制在200-300摄氏度之间。中国科技期刊数据库 工业 A-169-在反应过程中，磷矿石中的磷元素与硫酸反应生成磷酸和相应的硫酸盐。该反应在特定的反应器（如回转窑、磷酸炉）中进行，方程式可表示为：Ca5F(PO4)3+5H2SO4+nC 3H3PO4+5CaSO4+nCO2+HF。其中，C 代表焦炭，n 为焦炭的摩尔数，HF 为副产的氟化氢。序号 原料名称 术语 数据/规格 1 磷矿石 Phosphate Ore PO 含量30%2 硫磺 Sulfur 纯度99.5%3 焦炭 Coke 固定碳含量80%4 石灰石 Limestone CaCO含量97%5 硅石 Silica Stone SiO含量98%2.3 生产过程中的优化与控制 原料配比的优化旨在降低成本并提高磷的回收率，为了确保磷酸的质量和产量，包括原料配比的优化、反应条件的控制、废弃物的处理与资源化利用等方面，因此生产过程中的优化与控制至关重要。的原料是生产高品质磷酸的基础，通过严格筛选原料，可以确保最终产品的化学成分、纯度和物理性质等满足客户需求。适宜的原料粒度和均匀的混合比例有助于提高反应速度和传热效率，从而缩短生产周期，提高产能。通过科学分析原料成分和调整配比，可以实现资源的高效利用。1）反应条件的控制则涉及温度、压力、酸度等多个方面，这些参数的稳定对于保证磷酸的质量和产量具有重要意义。2）废弃物的处理与资源化利用是磷酸生产过程中的另一重要环节。废气、废水和废渣等废弃物的合理处理不仅有助于保护环境，废气中的氟化氢可以通过吸收法回收并用于制备氟化工产品；废水经过处理后可用于回用或达标排放；废渣则可作为肥料或建筑材料的原料加以利用。磷酸生产过程是一个涉及多个环节和复杂工艺的系统工程。通过深入了解原料准备、反应原理、设备与技术应用以及生产过程中的优化与控制等方面内容，我们可以更好地理解和把握磷酸生产的本质和规律，为实现磷酸产业的高效、环保和可持续发展提供有力支持。3 资源综合利用技术探索 3.1 原料的综合利用 在磷酸生产过程中，原料是磷酸生产的基础，其选择和利用方式直接影响到生产成本和产品质量，资源的综合利用是提高经济效益、降低环境负担的关键为了实现原料的综合利用，例如，某磷酸生产企业通过调整磷矿石、硫酸和焦炭的配比，使生产成本降低了 10%、利用低品位磷矿石和废渣生产磷酸，不仅降低了生产成本，还实现了资源的有效利用。企业可以采取以下措施：1）通过科学分析不同原料的成分和性质，确定最佳的原料配比，可以在保证产品质量的前提下，降低生产成本。2）随着高品位矿石资源的日益枯竭，这些替代原料虽然品位较低，但通过科学的选矿和冶炼技术，仍然可以提取出有价值的磷元素利用低品位矿石和废渣等替代原料成为必然趋势。3）采用先进的磨矿和浮选技术，可以提高磷矿石的选矿效率，采用连续生产工艺可以减少生产过程中的原料浪费。3.2 废弃物的资源化利用 磷酸生产过程中会产生大量的废气、废水和废渣，实现废弃物的资源化利用是磷酸生产过程中的重要任务，这些废弃物如果直接排放，不仅会造成环境污染，还会浪费资源。某企业采用反渗透技术对废水进行处理，去除了大部分有害物质，使废水达到了回用标准，减少了新水的使用量、通过安装氨法脱硫装置，将废气中的二氧化硫转化为硫酸铵，不仅减少了废气排放，还获得了有价值的副产品 1）废气。某磷酸生产企业，可以采用吸收、吸附、催化燃烧等方法进行处理，将有害气体转化为无害物质或回收利用。2）废水。采用物理、化学和生物等方法进行处理，去除有害物质，实现废水的回用。3）废渣。利用废渣生产水泥熟料，不仅解决了废渣的处置问题，还获得了经济效益，制备建材是一种较为理想的处理方式，可以将废渣转化为有价值的产品，可通过焚烧、填埋、制备建材等方式进行处理。3.3 副产品的开发与利用 在磷酸生产过程中，除了主产品磷酸外，还会产生一些副产品，这些副产品虽然量不大，但具有较高的经济价值和应用前景，如氟、硅等。1）氟元素产品在制冷、冶金、电子等领域具有广泛的应用，例如利用副产品氟制备氟化氢，再进一步生产氟利昂等制冷剂，实现了氟元素的有效利用。可以通过提取和纯化技术，制备出氟化氢、氟化铝等氟化工产品 2）硅元素。通过提取和加工技术制备产品，利用副产品硅制备硅酸钠，再进一步生产硅胶等产品，实现了硅元素的有中国科技期刊数据库 工业 A-170-效利用。在建筑、化工、纺织等领域具有广泛的应用。如硅酸钠、硅胶等硅化工产品，3）其他有价值的副产品。利用生产过程中产生的热能进行发电或供热；利用废渣中的微量元素生产肥料或饲料等，这些副产品的开发和利用不仅可以提高企业的经济效益，还可以促进资源的循环利用和环境保护。4 磷酸生产过程中的资源综合利用发展建议 4.1 政策支持与激励机制建设 随着全球资源环境压力的日益增大，磷酸生产过程中的资源综合利用显得尤为重要。为了实现磷酸产业的可持续发展，磷酸生产过程中的资源综合利用是一项系统工程，需要政府、企业和社会各界的共同努力，其中，政府的政策支持与激励机制建设是推动资源综合利用的重要手段：1）政府应制定相关的产业政策，通过产业政策的引导，推动磷酸生产企业转变发展方式，明确磷酸生产过程中资源综合利用的目标、任务和措施。实现由资源消耗型向资源节约型、环境友好型的转变。2）政府应给予财政补贴和税收优惠等经济激励措施。对于采用资源综合利用技术的磷酸生产企业，可以给予一定的财政补贴，同时，对于实现资源综合利用的企业，可以给予税收优惠等政策支持，减轻企业的经济负担的同时提高企业的经济效益和竞争力。3）政府还应鼓励企业加大科技创新投入。政府可以通过设立科技创新基金、提供研发贷款等方式，支持企业进行科技创新活动，科技创新是推动磷酸生产过程中资源综合利用的关键，推动资源综合利用技术的研发和应用。4.2 技术创新与人才培养 技术创新是实现磷酸生产过程中资源综合利用的核心动力，通过产学研合作充分发挥各自的优势，实现技术创新和成果转化的有机结合，只有通过不断的技术创新才能开发出更加高效、环保的资源综合利用技术，推动磷酸产业的可持续发展。磷酸生产过程中资源综合利用技术的研发和应用需要大量的专业人才，建立健全人才激励机制，吸引和留住优秀人才，为磷酸产业的可持续发展提供人才保障。1）加强产学研合作，磷酸生产企业应与高校、科研院所等建立紧密的合作关系，共同开展资源综合利用技术的研发工作，推动技术创新。2）注重人才培养，应加强相关专业的教育和培训工作，培养出一批既懂技术又懂管理的复合型人才，提升行业技术水平。3）技术创新方面一是开发高效、低能耗的磷酸生产工艺和设备，提高原料的利用率和产品的产出率。二要研发废弃物处理与资源化利用技术，实现废气、废水、废渣的有效治理和资源化利用。三是探索副产品的开发与利用技术，提高副产品的附加值和利用率。4.3 未来发展趋势与方向 随着科技的不断进步和环保意识的日益增强，磷酸生产过程中的资源综合利用将呈现出以下发展趋势和方向：1）未来磷酸生产将更加注重资源的循环利用和环境保护，可以最大限度地减少资源消耗和环境污染，推动磷酸产业的可持续发展，实现经济效益和环境效益的双赢，应采用循环经济、绿色生产理念。2）未来磷酸生产将更加智能化、自动化。随着智能化、自动化技术的不断发展，可以实现生产过程的精确控制和优化管理，提高生产效率和产品质量，通过采用先进的控制系统和自动化设备。3）磷酸可以用于制备新型材料、能源储存等领域。随着科技的进步和市场需求的变化，磷酸及其副产品的应用领域将不断拓展，通过拓展应用领域，氟、硅等副产品可以用于制备高端化学品、功能材料等领域，可以提高磷酸及其副产品的附加值和市场竞争力。结论 综上所述，磷酸生产过程中的资源综合利用是一项系统工程，需要政府、企业和社会各界的共同努力，磷酸生产有望实现更加绿色、高效、智能的发展，为全球磷化工行业的可持续发展贡献力量。本文认为原料的综合利用、废弃物的资源化以及副产品的开发应用，不仅能够显著降低生产成本，提升经济效益，还能有效减少环境污染，实现环境效益与经济效益的双赢。参考文献 1朱干宇,孟子衡,李会泉等.磷资源高效利用制备磷酸技术现状探讨 J.磷肥与复肥,2023,38(07):24-30+35.中国科技期刊数据库 工业 A-171-2杨雄俊,徐强连.提高湿法磷酸生产磷回收率的措施 J.山东化工,2023,52(07):166-168.3周维,瞿立,何新建等.二水法磷酸生产装置的品质提升 J.设备管理与维修,2023,(05):133-135.4周正.基于循环利用的磷化工渣场渗沥液治理关键技术研究D.中南民族大学,2021.5杨骏.L 公司磷酸生产车间设施布局及优化研究D.安徽工业大学,2016.6杨林.半水磷石膏矿物学特征及胶凝性能变化行为D.贵州大学,2016.7李美.磷石膏品质的影响因素及其建材资源化研究D.重庆大学,2012.8杨志.磷化工过程砷平衡研究D.昆明理工大学,2012.9阚晓旭.智能控制技术在湿法磷酸生产过程中的应用研究D.浙江大学,2006.