李建聞，解 秘，朱桂華，2

（1.云南磷化集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650600；2.國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650600）

聚丙烯酰胺（簡稱PAM）是一種由丙烯酰胺聚合成的水溶性高分子物質(zhì)，按其電荷性質(zhì)可分為陰離子型聚丙烯酰胺、陽離子型聚丙烯酰胺、非離子型聚丙烯酰胺、兩性離子型聚丙烯酰胺4 種［1］。聚丙烯酰胺在各個行業(yè)應(yīng)用廣泛，可應(yīng)用于濃密、助濾、澄清、脫色、阻垢、分散等領(lǐng)域［2］。濕法磷酸生產(chǎn)目前大多采用二水法工藝，其生產(chǎn)過程包括礦漿濃密、酸解、過濾等工序［3］，磷酸的生產(chǎn)對礦漿濃度要求較高，一般要求礦漿w（固）≥60%，采用自然沉降無法達(dá)到要求，需要使用濃密助劑提升沉降速率和濃密效果；由于磷石膏晶體顆粒較細(xì)，反應(yīng)料漿過濾過程容易造成濾布堵塞，磷石膏水、磷含量較高，過濾速率較慢等問題，直接過濾無法滿足過濾磷石膏w（水溶磷）≤0.25%、w（游離水）≤30%的生產(chǎn)要求，因此需要采用助劑增大磷石膏結(jié)晶，提升過濾效果［4-8］。

通過將不同離子型聚丙烯酰胺作為絮凝劑應(yīng)用在濕法磷酸生產(chǎn)的礦漿濃密、反應(yīng)料漿過濾過程，探究不同離子型聚丙烯酰胺在磷礦漿濃密、磷酸反應(yīng)料漿過濾工序的應(yīng)用效果及適用性，為濕法磷酸生產(chǎn)提供高效助劑以提高濕法磷酸生產(chǎn)效率。

1 實(shí)驗部分

1.1 實(shí)驗原料及用具

實(shí)驗原料：濃密前磷礦漿（w（固）為55%），萃取工序反應(yīng)料漿，陽離子型、陰離子型、非離子型聚丙烯酰胺。

實(shí)驗用具：燒杯、量筒、玻璃棒、膠頭滴管、溫度計、布氏漏斗、抽濾瓶、三口燒瓶、氣泵、SHZ—D（Ⅲ）型循環(huán)水式真空泵、濾紙、恒溫水浴鍋、直尺。

1.2 實(shí)驗方法

分別將不同絮凝劑樣品配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的溶液，在磷礦漿濃密和磷酸反應(yīng)料漿過濾工序進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)驗過程控制絮凝劑用量、濃度，溫度，真空度，沉降和過濾時間等條件相同，探究不同離子型聚丙烯酰胺在該過程中的應(yīng)用效果。

1.2.1 磷礦漿濃密實(shí)驗

在磷酸生產(chǎn)現(xiàn)場濃密機(jī)上抽取濃密前的磷礦漿；將絮凝劑配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的溶液；取150.0 g磷礦漿放入500 mL量筒中，加入400.0 g清水，將磷礦漿稀釋到w（固）15%；加入3.3 g配制好的絮凝劑溶液，均勻搖晃5 s 后讓磷礦漿自然沉降；用直尺測量不同時間上層清液高度并做記錄。用膠頭滴管分別在上層清液的1/3、1/2、2/3處取樣混合后分析固含量。取不同離子型聚丙烯酰胺樣品作絮凝劑按以上步驟進(jìn)行實(shí)驗。

1.2.2 磷酸反應(yīng)料漿過濾實(shí)驗

將絮凝劑配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的溶液；取600.0 g反應(yīng)料漿于燒杯中，加入17.0 g配制好的絮凝劑；攪拌均勻后用布氏漏斗進(jìn)行抽濾，抽濾完后用工藝水洗滌3次。抽濾真空度采用氣泵調(diào)節(jié)，控制在0.04 MPa（實(shí)際操作以可調(diào)節(jié)值為準(zhǔn)，所有實(shí)驗統(tǒng)一真空度），抽濾時間為3 min；洗滌時間為3 min，每次洗水用量為150.0 g，洗水溫度為50 ～60 ℃。抽濾完后取濾餅樣分析游離水含量和水溶磷含量。取不同離子型聚丙烯酰胺作絮凝劑按以上步驟進(jìn)行實(shí)驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 磷礦漿濃密實(shí)驗

使用陽離子型、陰離子型、非離子型聚丙烯酰胺作為絮凝劑分別開展3組實(shí)驗，以探究不同離子型聚丙烯酰胺對磷礦漿濃密的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同離子型聚丙烯酰胺濃密實(shí)驗沉降速率變化

由圖1可知，在磷礦漿濃密過程使用非離子型聚丙烯酰胺作為絮凝劑，磷礦顆粒初始沉降速率最快，且最先達(dá)到沉降平衡；而使用陽離子型聚丙烯酰胺作為絮凝劑沉降速率最慢，需較長時間才能達(dá)到沉降平衡。

各組實(shí)驗沉降10 min后均達(dá)到沉降平衡，平衡圖如圖2所示。

圖2 磷礦漿濃密實(shí)驗沉降平衡圖

由圖2計算出使用不同離子型聚丙烯酰胺進(jìn)行磷礦漿濃密的沉降比，結(jié)果如表1所示。

表1 不同離子型聚丙烯酰胺作絮凝劑磷礦漿濃密沉降比

由表1可知，非離子型聚丙烯酰胺用于磷礦漿濃密時沉降比最低，磷礦沉降性能最好，濃密后的磷礦漿濃度最高，濃密效果最佳；而陽離子型聚丙烯酰胺用于磷礦漿濃密時沉降比最高，濃密效果最差。

對各組實(shí)驗上層清液固含量進(jìn)行檢測，結(jié)果如表2所示。

表2 各組實(shí)驗上層清液w（固）

由表2 可知，3 種離子型聚丙烯酰胺用于磷礦漿濃密，沉降后上層清液固含量均較低；其中陽離子型和非離子型聚丙烯酰胺能夠使沉降后上層清液w（固）低于0.01%，澄清效果較好，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中可減少磷礦損失，對于節(jié)約磷資源、降低磷酸生產(chǎn)成本意義重大。

綜上所述，磷礦漿濃密過程使用非離子型聚丙烯酰胺作為絮凝劑，磷礦顆粒沉降速率最快，濃密后的礦漿濃度最高，上層清液固含量較低。在濕法磷酸生產(chǎn)過程使用非離子型聚丙烯酰胺不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以降低生產(chǎn)成本。

2.2 磷酸反應(yīng)料漿過濾實(shí)驗

使用陽離子型、陰離子型、非離子型聚丙烯酰胺分別開展3組實(shí)驗，以探究不同離子型聚丙烯酰胺對磷酸反應(yīng)料漿過濾濾餅（磷石膏）水溶磷和游離水含量的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 磷酸反應(yīng)料漿過濾實(shí)驗濾餅檢測結(jié)果

表3 數(shù)據(jù)顯示，3 種離子型聚丙烯酰胺作為助濾劑過濾效果存在一定差異。使用陽離子型聚丙烯酰胺作為助濾劑，濾餅w（水溶磷）≥0.1%，w（游離水）≥25%；使用陰離子型聚丙烯酰胺作為助濾劑，濾餅w（水溶磷）≤0.06%，w（游離水）約為22%；使用非離子型聚丙烯酰胺作為助濾劑，濾餅w（水溶磷）為0.08%～0.09%，w（游離水）約為24%。由此可知，3 種離子型聚丙烯酰胺均能使磷酸反應(yīng)料漿過濾后濾餅w（水溶磷）＜0.25%、w（游離水）＜30%，其中陰離子型聚丙烯酰胺助濾效果最好，能大大降低磷石膏中的水溶磷和游離水含量，達(dá)到減少磷資源損失、降低生產(chǎn)成本的目的。

3 裝置生產(chǎn)性試驗

選用小試實(shí)驗效果最好的非離子型和陰離子型聚丙烯酰胺分別在濕法磷酸生產(chǎn)的濃密和過濾工序開展72 h連續(xù)性生產(chǎn)試驗。試驗過程均按生產(chǎn)流程進(jìn)行操作，將聚丙烯酰胺配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的溶液，濃密工序按每噸干基礦40 g 的用量加入，過濾工序按每噸P2O5120 g 的用量加入，控制其他條件滿足生產(chǎn)操作要求進(jìn)行連續(xù)性生產(chǎn)試驗。結(jié)果顯示，磷礦漿濃密裝置使用非離子型聚丙烯酰胺作為絮凝劑，濃密機(jī)底流密度可維持在1.70 t/m3以上，濃密礦漿w（固）為62% ～ 64%，達(dá)到濕法磷酸生產(chǎn)要求；在磷酸反應(yīng)料漿過濾工序使用陰離子型聚丙烯酰胺作為助濾劑，過濾后的磷石膏w（水溶磷）為0.10% ～ 0.18%，w（游離水）為24% ～27%，均優(yōu)于生產(chǎn)控制指標(biāo)。

4 結(jié)論

（1）磷礦漿濃密過程使用非離子型聚丙烯酰胺作為絮凝劑，磷礦顆粒沉降速率最快，濃密后的礦漿w（固）最高，上層清液w（固）較低。在濕法磷酸生產(chǎn)過程中使用非離子型聚丙烯酰胺作磷礦漿濃密工序絮凝劑，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以降低生產(chǎn)成本。

（2）陽離子型、陰離子型和非離子型3種離子型聚丙烯酰胺均能使磷酸反應(yīng)料漿過濾石膏w（水溶磷）＜0.25%、w（游離水）＜30%，其中陰離子型聚丙烯酰胺助濾效果最好，能大大降低磷石膏中的水溶磷和游離水含量，達(dá)到減少磷資源損失、降低生產(chǎn)成本的目的。

（3）在實(shí)際生產(chǎn)過程中，磷礦漿濃密裝置使用非離子型聚丙烯酰胺作為絮凝劑，濃密機(jī)底流密度可維持在1.70 t/m3以上，濃密礦漿w（固）為62%～64%，達(dá)到濕法磷酸生產(chǎn)要求；在磷酸反應(yīng)料漿過濾裝置使用陰離子型聚丙烯酰胺作為助濾劑，過濾后的磷石膏w（水溶磷）為0.10% ～ 0.18%，w（游離水）為24%～27%，均優(yōu)于生產(chǎn)控制指標(biāo)。