云南磷化集團(tuán)海口磷業(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(jià)格即使低于成本價(jià)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(jī)械分離、傳質(zhì)分離和反應(yīng)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(diǎn)討論機(jī)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(yùn)動(dòng)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(yán)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(shí)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(dòng)壓濾機(jī)過濾渣酸存在如下問題：濾布跑偏頻繁、泄漏量大、導(dǎo)輥軸承進(jìn)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(jī)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(shí)現(xiàn)固體與液體的分離。其優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)化，獲得水含量較低的濾渣。缺點(diǎn)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(kuò)大幾千倍，使之發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)而沉降。其優(yōu)點(diǎn)：分離效率高，可以分離出比較小的固體顆粒。缺點(diǎn)：離心機(jī)轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動(dòng)件加工精度要求高，離心設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本和投資費(fèi)用高。

2 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的應(yīng)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(shè)備進(jìn)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(jī)。它具有連續(xù)生產(chǎn)、自動(dòng)化控制、封閉操作、單機(jī)生產(chǎn)能力大、設(shè)備結(jié)構(gòu)較緊湊、耐磨性和耐腐蝕性好、運(yùn)行周期長等特點(diǎn)。

臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的結(jié)構(gòu)中，外轉(zhuǎn)子即轉(zhuǎn)鼓，由電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)；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(gè)轉(zhuǎn)速傳給螺旋，使螺旋獲得一個(gè)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(jī)構(gòu)。懸浮液通過進(jìn)料口進(jìn)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(jī)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(dòng)，并通過事先調(diào)整好的溢流孔進(jìn)入澄清液收集室。

沉渣在螺旋輸送過程中，由沉降區(qū)進(jìn)入脫水區(qū)，此時(shí)沉渣逐漸密集并通過離心力的徑向壓實(shí)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(jī)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(shí)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(huì)得到水含量較小的固相，但液相的固含量較多。

該設(shè)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(jìn)行再次反應(yīng)，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(jī)的具體參數(shù)如下：型號(hào)W520×2184-NB，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑520mm，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，機(jī)器重量8000kg，轉(zhuǎn)鼓長度2184mm，電機(jī)功率75kW，外形尺寸5550mm×1400mm×1820mm。

3 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)在渣酸處理中的應(yīng)用

該項(xiàng)目自2017年6月使用以來，渣酸處理效果較好，裝置正常運(yùn)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(xiàng)目取得的主要經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

（1）經(jīng)濟(jì)效益。增加渣酸分離項(xiàng)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(jì)算，每噸酸利潤200元，每年按裝置正常運(yùn)行時(shí)間300d計(jì)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(xiàng)目，能有效解決裝置因渣酸脹槽造成的停車風(fēng)險(xiǎn)，提升萃取/濃縮裝置運(yùn)行率，減少因裝置開停車造成的泄露和排放指標(biāo)波動(dòng)，確保環(huán)保指標(biāo)達(dá)標(biāo)。