俩段闭路磨矿工艺在磷酸装置配套湿法磨矿系统中的应用.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2009年6月 云南化工 Jun. 2009 第36卷第3期 Yunnan Chemical Technology Vol . 36,No. 3 两段闭路磨矿工艺在磷酸装置配套湿法磨矿系统中的应用 王利山 云南云天化国际化工股份有限公司,云南 昆明650228 收稿日期 2009203226 稿件修回日期 2009204226 作者简介王利山19682 , 男,云南宣威人,化工工艺工程师。 摘 要 介绍了两段闭路磨矿工艺技术路线、 设备选择以及在云峰分公司磷酸装置配套湿法磨矿系统上的 应用效果。应用结果表明,两段闭路磨矿工艺能较好解决开路磨矿存在的磷矿粒度分布呈现粗细两级分化的问 题,实现磷酸装置反应工序所要求的- 0. 15mm正态分布,提高磷矿转化率和磷收率,最终达到降低磷矿和硫酸消 耗的目的。 关键词 湿法磨矿;两段闭路磨矿;磷矿粒度;分布 中图分类号 TQ029 . 1 文献标识码 A 文章编号 1004 - 275X2009 0320041205 湿法磷酸装置配套磨矿系统有干法磨矿和湿 法磨矿两种工艺。干法磨矿投资大,工艺流程复 杂,能耗高,粉尘多,环境差;湿法磨矿投资小,工 艺简单,能耗低,无粉尘,环境好。湿法磨矿工艺 由于具有明显的优势,得到广泛的应用。 湿法磨矿工艺目前也分开路磨矿和闭路磨矿 两种工艺。开路磨矿工艺简单,设备数量少,装置 占地小,投资省,无粉尘,能耗低,操作方便,运行 率高,被国内企业广泛应用,但开路磨矿工艺磨出 的磷矿浆粒度分布呈现粗细两级分化的情况较明 显;闭路磨矿工艺流程长,投资大,能耗相对较高, 有一定的操作难度,应用闭路磨矿工艺的国内企 业目前还不多,但闭路磨矿工艺磨出的磷矿浆粒 度分布较好。 云南云天化国际化工股份有限公司云峰分公 司80 kt/a和75 kt/a磷酸装置配套的两套磨矿装 置,原设计为湿法开路磨矿工艺。80 kt/a磷酸装 置配套磨矿装置磨机选用溢流型棒磨机直径 2600 mm,长4200 mm , 75 kt/a磷酸装置配套磨矿 装置磨机选用溢流型球磨机直径3200 mm,长 7000mm。2004年,公司对 75 kt/a磷酸装置进行 扩能改造,拟将生产能力提高到200 kt/a。与此同 时,针对开路磨矿工艺存在的缺陷,开展了两段闭 路磨矿工艺技术的应用研究和工程设计,将原来 的开路磨矿改为两段闭路磨矿。2006年9月,两 段闭路磨矿装置改造完工投入正常运行。 1 开路磨矿工艺存在的问题 1 研磨后矿浆粒度不符合装置要求。 开路磨矿工艺没有针对云南磷矿高硅高泥质 含量、 硬度大、 难磨的特点进行优化,磨出的磷矿 浆粒度分布呈现粗细两级分化严重的现象,与磷 酸装置反应工序所要求的- 0. 15 mm正态分布相 差甚远 [1 ]。2006年 1至8月开路磨矿装置磷矿浆 粒度分布见表1。 表1 开路磨矿装置磷矿浆粒度分布 Table 1 Particle size distribution of phosphate rock slurry in open grinding facility 时间 粒度 - 0. 45mm / - 0. 15mm / - 0. 07mm / 2006年1月91. 0559. 8637. 61 2006年2月91. 1060. 0740. 24 2006年3月91. 8358. 0340. 78 2006年4月92. 0359. 7034. 64 2006年5月91. 0260. 0244. 15 2006年6月92. 9859. 0847. 77 2006年7月92. 5760. 2346. 99 2006年8月93. 1361. 1054. 99 平均值91. 9659. 7643. 40 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 对于云南的磷矿,磷磷装置反应工序要获得 较好的转化率,一般要求磷矿浆粒度要达到- 0. 45 mm为100 , - 0. 15mm80 , - 0. 07mm50。 从表1可知,对磷酸装置反应工序转化率影响较 大的大颗粒 0. 45 mm占8. 04 ,合格颗粒 - 0. 15mm只有59. 76 ,过细颗粒占43. 40。 开路磨矿得到的矿浆粒度与磷酸装置反应工序要 求的粒度分布差距较大,最终必然导致反应不完 全,转化率低,磷损失大。 2 研磨后造成磷的损失。 2006年1至8月磷石膏中水溶磷和不溶磷含 量见表2。 表2 磷石膏中水溶磷和不溶磷含量 Table 2 Contents of water soluble and insoluble phosphorous in phosphogypsum 项目 80 kt/a磷酸装置 水溶磷/不溶磷/ 200 kt/a磷酸装置 水溶磷/不溶磷/ 2006年1月0. 981. 600. 731. 38 2006年2月0. 801. 570. 631. 40 2006年3月0. 741. 520. 551. 50 2006年4月0. 731. 550. 391. 51 2006年5月0. 691. 560. 501. 54 2006年6月0. 751. 740. 771. 52 2006年7月0. 711. 650. 591. 49 2006年8月0. 551. 640. 511. 51 平均值0. 741. 600. 581. 48 从表2可知,磷石膏中不溶磷较高,转化率 低,磷损失较大。2006年1至8月,磷矿消耗为 3. 67 t/t P2O5干基, 30标矿 , 硫酸消耗为2. 68 t/tP2O5。 另外,由于磷矿浆中大颗粒 0. 45 mm高达 8. 04 ,较粗的磷矿不但反应不完全,还对矿浆输 送泵、 料浆循环泵、 反应槽搅拌器浆叶、 石膏料浆 输送泵等设备产生严重的磨蚀,给磷酸装置的正 常生产带来较严重的影响。 2 闭路磨矿工艺技术路线及指标确定 闭路磨矿工艺分为单段闭路磨矿、 两段闭路 磨矿和多段闭路磨矿。湿法磨矿装置研磨设备普 遍采用溢流型棒磨机和球磨机。棒磨机为线接 触,对大颗粒的磷矿具有较好的研磨性能。球磨 机为点接触,磨矿选择性差。从磨矿装置生产规 模、 矿浆粒度及含固量要求、 磷矿特点、 建设场地、 投资大小等多方面进行综合分析,确定了“ 两台棒 磨机一台球磨机 ” 与分级浓密设备相接合的两 段闭路磨矿工艺及主要技术指标。 2. 1 两段闭路磨矿工艺技术路线 在原有磨矿装置的基础上,增加一台溢流型 棒磨机,与原80kt/a磷酸装置配套的棒磨机作为 一段磨矿,原75 kt/a磷酸装置配套的球磨机作为 二段磨矿,配置一台斜窄流分级机和高效深锥型 浓密机,组成“ 两台棒磨机一台球磨机 ” 的两段 闭路磨矿工艺,并配套絮凝剂添加装置、 矿浆输送 设备,采用DCS控制系统进行控制。经过擦洗脱 泥的磷矿和工艺水经过计量后分别加入两台棒磨 机进行湿法磨矿,从棒磨机出来的矿浆经浓密机 溢流水稀释后用矿浆泵送入分级机进行粒度分 级,粗粒度的矿浆从底流返回球磨机进行二次研 磨后再次返回分级机进行粒度分级,细粒度矿浆 溢流至浓密机进行提浓,合格矿浆从底流经矿浆 泵送入矿浆贮槽进行贮存,并用泵送到磷酸反应 工序,清水从浓密机溢流到水槽,经溢流水泵送回 系统循环使用。工艺流程见图1。 图1 两段闭路磨矿工艺流程图 Figure 1 Two stage closed circuit grinding process 2. 2 两段闭路磨矿工艺主要技术指标 根据磷酸装置反应工序对磷矿浆质量的要 求,综合考虑磷矿浆物理性质及磨矿、 分级、 浓密 设备的性能特点,确定了进出棒磨机、 分级机、 球 磨机、 浓密机磷矿浆粒度及含固量指标。两段闭 路磨矿工艺技术指标见表3。 24云南化工 2009年第3期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表3 两段闭路磨矿工艺主要技术指标 Table 3 Major technical index of two stage closed circuit grind2 ing process 棒磨机 分级机球磨机 浓密机 进料粒度/mm≤30≤2≤2 100 - 0. 45 mm 80 - 0. 15mm 50 - 0. 07mm 进料含固量/≤40≥60≤24 出料粒度/mm≤2≤2 出料含固量/ 62～6562～65 溢流粒度 100 - 0. 45 mm 80 - 0. 15mm 50 - 0. 07mm 溢流含固量/≤24 底流含固量/62～65 溢流水含固量 / mg/L ≤200 3 两段闭路磨矿工艺设备选择 75 kt/a磷酸装置进行扩能改造后,磷酸装置 的生产能力为280 kt/a,按每生产1t磷酸100 P2O5消耗3. 67t磷矿干基, 30 P2O5标矿计 算,每年需要消耗磷矿1030 kt,每年按300天运行 时间算,每小时消耗磷矿143 t。因此,两段闭路磨 矿装置按150 t/h生产能力进行设备选型。 3. 1 棒磨机的选择 原80 kt/a磷酸装置配套的溢流型棒磨机,直径 2600mm,长4200mm,有效容积为20 m 3 ,作为两段 闭路磨矿工艺的第一段,最大进料粒度为30mm,出 料粒度为2mm以下时,磨矿能力可达到80 t/h。因 此,再选择一台直径2700mm、 长3600mm、 有效容积 为18m 3 的溢流型棒磨机,生产能力可达到70 t/h。 两台棒磨机并联运行,能满足生产要求。 3. 2 分级机选择 磷酸装置配套湿法闭路磨矿工艺广泛采用的 分级设备主要有水力旋流器和斜窄流分级机。 水力旋流器由一个圆柱体和与之连接的倒椎 体组成。磷矿浆通过砂浆泵以一定压力一般为 0. 5～2. 5 kgf/cm 2 和流速一般为5～12 m /s沿 切线方向进入旋流器的圆筒,矿浆以很快的速度 沿筒壁旋转而产生离心力,在离心力和重力的作 用下,粗颗粒的磷矿浆落到旋流器的底部,而细颗 粒磷矿浆从顶部溢流口流出。水力旋流器无运动 部件,构造简单,单位容积的生产能力较大,分级 效率高,占地面积小,造价低。 斜窄流是指“ 在斜置且封闭、 断面窄小而规整 不变的通道内上升的连续流 ”,斜窄流具有斜浅层 和窄小断面上升流两种过程的基本特征和功用。 斜窄流分级机利用浅层沉降原理缩短颗粒沉降的 距离,相应地提高单位占地面积产能;利用窄小过 程断面缩短细粒溢出路程,减小液流的水力半径 和雷诺数,增强固液二相边界的边壁效应以提高 分级精度 [2 ]。磷矿浆从斜板底部进入 ,沿斜板上 升流动,粗粒度的矿粒落到斜板面上,当达到一定 量时,沿斜板下滑进入分级机底部的粗料区返回 球磨机进行二次研磨;细粒度的矿粒随液流上升 进入分级机顶部并溢出,作为合格粒度产品进入 浓密机提浓。斜窄流分级机分级效率高,运行稳 定,运行费用低。 通过对比分析,综合考虑水力旋流器和斜窄 流分级机在磷酸装置配套湿法闭路磨矿装置上的 应用情况,选择了某公司生产的单元集成式斜窄 流分级机,该公司根据磷矿浆粒度和生产能力要 求,对设备选型进行了计算,确定分级机型号为 K MLF2100 /55,该分级机分级面积为100 m 2 ,斜板 倾斜角度为55,可满足公司闭路磨矿分级粒度及 生产能力要求。 3. 3 浓密机选择 浓密机广泛应用于采矿、 选矿、 冶金、 化工、 环 保等行业,目的在于提高固液二相的浆体浓度或 实现液固分离。浓密机可分为普通浓密机和高效 浓密机两种。与普通浓密机相比,高效浓密机具 有明显的优势,其最大特点是通过添加絮凝剂, 加快沉降速度;通过增加斜板群,增加沉降面积, 并降低固相颗粒在液相介质中的垂直沉降距离, 使得单位面积处理能力大幅度提高,溢流含固量 降低。因此,两段闭路磨矿选择高效浓密机作为 磷矿浆的浓密设备。 高效浓密机的生产能力和浓密效果除了与其 结构及沉降面积有关外,还与磷矿浆固相颗粒的 粒度大小及分布、 真密度和液体介质的温度、 密 度、 粘度以及添加絮凝剂种类、 用量等因素有关。 为了满足生产能力及质量要求,选择高效浓密机 规格型号前,对棒磨机生产的磷矿浆进行了初步 沉降试验。试验在量筒内进行,未添加絮凝剂,磷 矿浆含固量参照高效浓密机进料要求,用水稀释 到24。由于条件限制,未进行分级。试验用磷 矿浆粒度分布见表4。 34 2009年第3期 王利山两段闭路磨矿工艺在磷酸装置配套湿法磨矿系统中的应用 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表4 沉降实验用磷矿浆粒度分布及含固量 Table 4 Particle size distribution of phosphate rock slurry and solid - conta ining content in settlement experi ment 含固量/- 0. 45mm /- 0. 15mm /- 0. 07mm / 24. 0091. 5465. 9544. 06 试验时,用1000 mL的量筒取含固量为24、 干矿量为250 g的磷矿浆881 mL样品进行自然沉 降,每5min记录1次浊相体积,并计算出浊相含 固量, 1 h后,沉降速度明显变慢,试验停止。试验 结果见表5。 表5 磷矿浆沉降试验结果 Table 5 Result of settlement experi ment on phosphate pulp 进料含固量/1 h浊相含固量/沉降速度/ mL /min 2449. 349 磷矿浆初步沉降试验结果表明,试验用磷矿浆由 于未进行分级,粒度分布不均,粗颗粒磷矿含量较高, 磷矿浆的提浓较困难。添加絮凝剂,并采用高效深锥 型浓密机可以得到浓度较高的磷矿浆。 根据试验结果和同行业使用经验,选择一台 HDNM17高效深锥浓密机,直径17000 mm,高 12500 mm,总沉降面积为227 m 2 ,并配置一套全自 动絮凝剂添加装置,通过添加絮凝剂提高沉降速 度。该浓密机单位沉降面积日处理能力可达到16 t以上,能满足公司两段闭路磨矿装置磷矿浆的浓 密要求。 4 两段闭路磨矿工艺应用效果 2006年9月,闭路磨矿装置改造完工投入运 行,矿浆细度和粒级分布有了明显改善。2006年 9至12月,磷矿浆粒度分布见表6。 表6 技改后两段闭路磨矿磷矿浆粒度分布 Table 6 Particle size distribution of phosphate rock slurry in two stage closed circuit grinding after technology modification - 0. 45 mm /- 0. 15 mm /- 0. 07 mm / 2006年9月97. 1073. 0254. 11 2006年10月97. 1268. 9046. 58 2006年11月98. 1872. 2748. 79 2006年12月97. 7271. 4748. 28 平均值97. 5371. 4249. 44 从表6可知,闭路磨矿改造后,磷矿浆中- 0. 45 mm磷矿浆从原来的91. 96提高到97. 53, 0. 45 mm的磷矿浆从8. 04降至2. 47, - 0. 15mm磷矿 浆从原来的59. 76提高到71. 42, - 0. 07mm磷矿 浆从原来的43. 40提高到49. 44。 磷矿浆粒度分布改善后,磷酸装置的磷石膏 中不溶磷明显下降。2006年9至12月,磷石膏中 水溶磷和不溶磷含量见表7。 表7 技改后磷石膏水溶磷和不溶磷含量 Table 7 Contents of water soluble and insoluble phosphorous in phosphogypsum in two stage closed circuit grinding after technology modification 80 kt/a磷酸装置 水溶磷/不溶磷/ 200 kt/a磷酸装置 水溶磷/不溶磷/ 2006年9月0. 501. 280. 441. 25 2006年10月0. 480. 810. 410. 77 2006年11月0. 470. 870. 360. 73 2006年12月0. 410. 860. 350. 76 平均值0. 470. 960. 390. 88 从表7可知,磷石膏中不溶磷明显下降, 80 kt/a 磷酸装置从原来的1. 6降至0. 96, 200 kt/a磷酸 装置从原来的1. 48降至0. 88。2006年9至12 月,磷矿消耗从3. 67 t/tP2O5降至3. 62 t/tP2O5,硫酸 消耗从2. 68 t/t P2O5降至2. 63 t/t P2O5。 另外,磷矿粒度改善后,特别是0. 45mm磷矿 浆减少后,矿浆输送泵、 料浆循环泵、 反应槽搅拌器 浆叶、 石膏料浆输送泵等设备的磨蚀情况明显减弱, 检修工作量和费用下降,设备运行率提高,为磷酸装 置的正常生产创造了较为有利的条件。 2007年,通过对两段闭路磨矿工艺生产控制 方法进行优化,特别是强化分级机和浓密机的操 作控制,矿浆粒度进一步得到改善,基本达到设计 指标,转化率进一步提高,磷矿消耗继续下降。 2007年主要技术指标见表8。 表8 两段闭路磨矿及磷酸装置主要技术指标 Table 8 Major technical index of two stage closed circuit grind2 ing and phosphoric acid facility 技术指标指标值 矿浆粒度 98. 5 - 0. 45mm 75 - 0. 15mm 50 - 0. 07mm 磷石膏水溶磷/0. 45 磷石膏不溶磷/0. 63 磷矿消耗/ t/tP2O53. 60 硫酸消耗/ t/tP2O5 2. 63 44云南化工 2009年第3期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 5 结论 采用两段闭路磨矿工艺技术对磷酸装置配套 湿法磨矿系统进行改造,能有效解决开路磨矿工 艺存在的粒度分布粗细两级分化问题,增加 - 0. 15mm粒度百分比率,提高磷酸装置磷矿中磷 的转化率,改善磷石膏结晶质量,增强过滤和洗涤 效果,降低磷石膏中不溶磷和水溶磷含量,从而达 到降低磷矿和硫酸消耗的目的。 参考文献 [1 ] 资学民.湿法磷酸装置配套湿法磨磷矿工艺的改进[ J ].磷 肥与复肥, 2004,19 2 35236. [2 ] 万小金. K MLF型斜板分级箱与普通水力分级设备分级机理 分析[J ].矿冶工程,2001, 21 4 42243. Application of Two Stage Closed C ircuit Grinding Process in Phosphoric Acid FacilityMatchingW et - process Grinding System WANG L i2shan Yunnan Natural Gas Chemical Co. , Ltd. , Kunming 650228 Abstract Process and facility selection of two stage closed circuit grinding and its application in phosphoric acid fa2 cilitymatchingwet - process grinding system were introduced.Two stage closed circuit grinding process could solve the problem of two level differentiation of coarse and fine in particle size distribution, existing in open grinding phosphate rock, make particle size to the required - 0. 15 mm normal distribution in phosphoric acid procedure, increase conversion ofphos2 phate rock and yield of phosphorous and achieve the aim of lowering cost of phosphate rock and sulfuric acid. Key words wet - process grinding; two stage closed circuit grinding; particle size of phosphate rock; distribution 上接第40页 参考文献 [1] 丁天利,卢书新.气垫阀原理探讨及应用[ J ].一重技术, 2006 1 42244. [2 ] 龙春光,张厚安. 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