云南磷化集團?？诹讟I(yè)有限公司（簡稱公司）磷酸裝置年產(chǎn)磷酸（w(P₂O₅)≥46.5%，w(固)≤8%）66萬t，在陳化裝置沉降后被分離成2種不同品質(zhì)磷酸，即上部清酸（w(P₂O₅)≥47%，w(固)＜2%）約54萬t和底部渣酸（w(P₂O₅)≥42%，w(固)≤30%）約12萬t。其中上部清酸作為高養(yǎng)分、高附加值66%磷酸一銨（MAP）和磷酸二銨（DAP）產(chǎn)品的原料。渣酸的主要成分是磷酸化合物、石膏和氟硅酸等，在2017年6月以前都是和w（固）8%的磷酸混合后用于傳統(tǒng)法裝置生產(chǎn)55%～60%的粒狀磷酸一銨（GMAP）產(chǎn)品，或通過與磷礦粉混合、熟化后生產(chǎn)重過磷酸鈣產(chǎn)品。但隨著近年來GMAP和重過磷酸鈣產(chǎn)品供大于求，其銷售價格即使低于成本價也難以銷售，生產(chǎn)的唯一目的就是消耗渣酸。因此渣酸的處理，成為公司生產(chǎn)經(jīng)營和持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

1 渣酸——液態(tài)非均相物系的分離方法簡介

液態(tài)非均相物系的分離方法分為機械分離、傳質(zhì)分離和反應分離，由于渣酸分離的主要目的是將其中的固體顆粒物與液體相分離，本文重點討論機械分離的可行性。

1.1 重力沉降

重力沉降是依靠地球引力的作用，利用顆粒與流體的密度不同，使之發(fā)生相對運動而沉降。一般分為自由沉降和斜管沉降。自由沉降在公司濕法磷酸生產(chǎn)的陳化工序已經(jīng)使用，其主要作用是將經(jīng)過濃縮的濃磷酸（w(P₂O₅)≥46.5%，w(固)≤8%）在陳化槽分離；斜管沉降是在自由沉降槽中增加斜管，以提高沉降分離效果，降低沉降槽高度，由于濕法磷酸結(jié)垢嚴重，所以在濕法磷酸陳化工序未采用。從以上情況可知，再次采用重力沉降法，將第一次重力沉降渣酸實現(xiàn)液固分離并不可行。

1.2 過濾

過濾是分離懸浮液較普遍和較有效的單元操作之一。但經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，立式全自動壓濾機過濾渣酸存在如下問題：濾布跑偏頻繁、泄漏量大、導輥軸承進酸損壞頻繁、濾布再生效果差、使用周期短、濾板隔膜損壞頻繁等。

1.3 離心分離

離心分離分為離心過濾和離心沉降。離心過濾原理：過濾式離心機轉(zhuǎn)鼓壁上有許多孔，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面覆蓋過濾介質(zhì)，加入轉(zhuǎn)鼓的懸浮液隨轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生巨大的離心壓力，在壓力作用下懸浮液中的液體透過過濾介質(zhì)和轉(zhuǎn)鼓壁上的孔流出，固體被截留在過濾介質(zhì)表面，從而實現(xiàn)固體與液體的分離。其優(yōu)點為懸浮液在轉(zhuǎn)鼓中產(chǎn)生的離心力為重力的千百倍，使過濾過程得以強化，獲得水含量較低的濾渣。缺點是需要頻繁更換濾布等過濾介質(zhì)。

離心沉降原理：離心沉降是依靠離心力場將固液密度差擴大幾千倍，使之發(fā)生相對運動而沉降。其優(yōu)點：分離效率高，可以分離出比較小的固體顆粒。缺點：離心機轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動件加工精度要求高，離心設備結(jié)構(gòu)復雜，制造成本和投資費用高。

2 臥式螺旋卸料沉降離心機的應用

為從渣酸中分離液相部分，提高產(chǎn)品的附加值，公司組織人員對液態(tài)非均相物系的分離設備進行調(diào)研，選用離心沉降原理制造的臥式螺旋卸料沉降離心機。它具有連續(xù)生產(chǎn)、自動化控制、封閉操作、單機生產(chǎn)能力大、設備結(jié)構(gòu)較緊湊、耐磨性和耐腐蝕性好、運行周期長等特點。

臥式螺旋卸料沉降離心機的結(jié)構(gòu)中，外轉(zhuǎn)子即轉(zhuǎn)鼓，由電機通過皮帶傳動；內(nèi)轉(zhuǎn)子即螺旋，由差速器將轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和輸入軸轉(zhuǎn)速合成一個轉(zhuǎn)速傳給螺旋，使螺旋獲得一個比轉(zhuǎn)鼓慢5～60r/min的差轉(zhuǎn)速，于是轉(zhuǎn)鼓和螺旋便構(gòu)成了一副具有微小差轉(zhuǎn)速的同向高速旋轉(zhuǎn)的螺旋輸送機構(gòu)。懸浮液通過進料口進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，被置于比重力場大數(shù)千倍的離心力場中而形成空心液環(huán)。由于固相密度大于液相，即固相所受的離心力大于液相，于是固相便沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，然后被螺旋輸送到轉(zhuǎn)鼓小端的排渣口，借助離心力將其拋到機殼的沉渣收集室。液相則通過螺旋形通道向轉(zhuǎn)鼓大端流動，并通過事先調(diào)整好的溢流孔進入澄清液收集室。

沉渣在螺旋輸送過程中，由沉降區(qū)進入脫水區(qū)，此時沉渣逐漸密集并通過離心力的徑向壓實作用和螺旋葉片的軸向擠壓作用，將其中的部分液體擠壓出來，通過螺旋通道或螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的間隙流回沉降區(qū)。該機的沉降區(qū)長度調(diào)節(jié)可以通過改變溢流擋板的位置（即溢流直徑）而實現(xiàn)，增大沉降區(qū)長度可以得到較清澈的液相，而固相水含量較大；反之，會得到水含量較小的固相，但液相的固含量較多。

該設備特別適宜分離固相粒度0.005～2.000mm、w（固）1%～30%、溫度0～90℃、固相密度大于液相的懸浮液。由于采用螺旋卸料，對固相顆粒有一定的破壞作用，對沉渣的洗滌效果差。從渣酸中分離出來的固相物將返回溶解槽與硫酸進行再次反應，因此對固相物的洗滌要求不高。公司選用的臥式螺旋卸料沉降離心機的具體參數(shù)如下：型號W520×2184-NB，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑520mm，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，機器重量8000kg，轉(zhuǎn)鼓長度2184mm，電機功率75kW，外形尺寸5550mm×1400mm×1820mm。

3 臥式螺旋卸料沉降離心機在渣酸處理中的應用

該項目自2017年6月使用以來，渣酸處理效果較好，裝置正常運作情況下，每天可處理渣酸（w(P₂O₅)42%，w(固)26%左右）約30m3，可產(chǎn)生清液（w(P₂O₅)46%，w(固)5%左右）約10.5m3，大大緩解了磷酸渣酸脹槽的情況，增加了高品質(zhì)磷酸產(chǎn)量。

4 項目取得的主要經(jīng)濟效益和社會效益

（1）經(jīng)濟效益。增加渣酸分離項目后，不僅能處理積壓的渣酸，還增加成品酸量。按每天平均產(chǎn)生清液10.5m3，清液相對密度1.6計算，每噸酸利潤200元，每年按裝置正常運行時間300d計算，則節(jié)約成本為100.8萬元。

（2）環(huán)境效益。增加渣酸分離項目，能有效解決裝置因渣酸脹槽造成的停車風險，提升萃取/濃縮裝置運行率，減少因裝置開停車造成的泄露和排放指標波動，確保環(huán)保指標達標。