磷酸的生产linsuan de shengchan

工业上生产磷酸的方法有干法和湿法两种。
干法又称电炉法，图1所示为其生产流程图。生产中，首先把磷矿石、硅砂、焦炭装入电炉中，在1500℃下熔融后，磷矿中的磷一部分与矿石中的氧化铁作用生成磷铁，一部分被碳还原为单质磷，磷的收率可达85%～88%，其反应式为

2Ca₅(PO₄)₃F+9SiO₂+15C
＝6P+9CaSiO₃+CaF₂+15CO

把电弧炉中的磷蒸气导入冷凝器，冷凝后的液体黄磷用泵打入燃烧炉与空气混合进行燃烧反应，反应生成的P₂O₅导入吸收塔，用水吸收制得磷酸。干法的优点是所得磷酸的纯度高，能处理品位较低的磷矿； 缺点是耗电量大，成本高。目前，大规模生产多采用湿法。
湿法制磷酸是用硫酸分解磷矿石，反应如下：

Ca₅(PO₄)₃F+5H₂SO₄+10H₂O
3H₃PO₄+5(CaSO₄·2H₂O)+HF+Q

这是一个放热反应，并生成大量的石膏。把石膏分离出去得到磷酸称湿法磷酸。反应控制的温度不同，所得石膏的形态也不同，温度控制在80℃以下得二水石膏 (CaSO₄·2H₂O)，在85～120℃得半水石膏(CaSO₄· 1/2 H₂O)，在 125℃以上得无水石膏(CaSO₄)。同时，控制的温度范围不同，生产流程也不同，故湿法生产又分为直接二水盐法、半水二水盐法、二水半水盐法和半水无水盐法。目前普遍采用直接二水盐法，其工艺流程见图2。
富集后的磷矿粉、硫酸和稀磷酸由反应槽的首端连续加入，物料由首端向尾端边流动边反应。反应温度保持在60～65℃，尾端物料大部分经冷却降温后循环回首端，少部分送入第一过滤机。第一过滤机分离出成品酸 (含P₂O₅26%～30%)，石膏转移到第二过滤机后用稀酸洗涤过滤，滤液返回反应槽首端，石膏转移到第三过滤机用水洗涤过滤，滤液返回第二过滤机作洗涤剂，石膏运出厂外废弃。此法工艺简单，成本低廉，但磷的回收率低，石膏因含磷量高不宜用做水泥原料。

图1 干法磷酸生产流程示意图
1 电弧炉 2.冷凝器 3黄磷贮槽4泵 5燃烧炉 6 吸收塔

图2 湿法磷酸生产流程示意图
1 反应槽 2冷却器 3过滤机 4贮槽