湿法炼锌用聚丙烯酰胺絮凝剂的研究和应用

1 实验部分

    实验在云南富瑞化工有限公司(以下简称“富瑞化工”)进行，充分考虑到实验室实验与生产紧密结合。实验分为两个阶段：一是在实验室进行的静态实验；二是在富瑞化工30万t/a湿法磷酸生产装置上进行的动态实验。静态实验旨在为动态实验提供实况模拟和理论指导，动态实验则考察了絮凝剂在磷酸沉降中的可行性和效果。

1.1 实验室静态实验

1.1.1 实验药品

絮凝剂采用某公司生产的絮凝剂，品种有HIFLOC MPVA 1358，VA603H，VA630，VN7358，VA1558，

           VN7550和VN703等类型。

    磷  酸 取自云南富瑞化工有限公司30万t/a湿法磷酸装置浓酸储槽中部阀门的磷酸，其P₂O₅含量约47%，

            温度约80℃，密度约1.6g/mL，颜色为墨绿色至黑褐色，固含量为4%-7%。

1.1.2 实验过程

将5只1000mL量筒都盛满刚刚取自富瑞的浓磷酸，分别加入0，0.001%，0.002%，0.003%，0.004%(指絮凝

剂占浓酸质量的分率)的絮凝剂进行对比实验。搅拌均匀后沉降，仔细观察现象。

停止搅拌以后观察量筒中磷石膏的沉降情况，可以发现：未添加絮凝剂的空白磷酸中的固体颗粒较小，沉降速度缓慢，一段时间后量筒内的分层不明显；0.5h以后，下层的磷石膏比较厚、很疏松、呈灰白色，上层的酸液比较浑浊，仍有细小的悬浮物存在。添加了絮凝剂的磷酸中有大量的固体大颗粒迅速下降，较短时间内即可看到较明显的分层现象，在沉降基本完成之后，下层的磷石膏厚度较小，颜色为棕色到黑褐色；上层的酸液比较透明，悬浮颗粒较少。对于添加不同浓度絮凝剂的磷酸，在初期它们的沉降速度随着浓度的增大而加快，但是在沉降速度趋于缓慢以后差别并不大，磷石膏的厚度、颜色，酸液的颜色，以及酸液和磷石膏分层的液面高度相差无

几。

    通过实验数据的分析，最终得出该公司的HIFLOC MPVA 1358(简称VA 1358)为富瑞化工适宜的絮凝剂，合适的用量为0.001%。在实验室条件下，添加0.001%的VA1358在10min后能加快沉降速度54.2%，15min后能加快40.7%，30min后能加快29.7%(均与不添加絮凝剂、自然沉降相同时间相比)，平均能加快沉降速度46.4%。

1.2 生产装置动态实验

 1.2.1 实验目的与要求

目的：加快浓磷酸中杂质的沉降；降低浓磷酸的固含量；提高装置负荷。

要求：添加絮凝剂后磷酸的P₂O₅含量不低于47%，固含量不高于4%，磷酸的沉降速度加快、停留时间减少，装置

的负荷有所提高。

 1.2.2 实验过程

富瑞化工30万t/a湿法磷酸装置有两个浓酸储槽，轮流进酸，一个储槽进酸时另外一个开始沉降。絮凝剂经计量泵打到浓酸储槽的顶部入口随着浓酸一起加入，充分混合，待每一个储槽装满酸以后，每过1-2h取该储

槽中部酸样，送质量检测部分析，分析结果见表1。

    表1  添加絮凝剂对浓磷酸P₂O₅含量和固含量的影响

从表1中的数据可以看出，添加絮凝剂以后，P₂O₅含量得以大幅提高，固含量能很好地控制在允许范围之内。原来需要沉降8h以后才能出酸，现在只需要沉降3-4h就能达到指标要求，这在一定程度上也提高了装置的负荷

和产量。

1.2.3 在其他厂家进行的实验

在富瑞化工进行了实验室和生产装置上的实验取得了较好的效果。之后，我们又在陕西华山化工集团有限公

司(以下简称“陕化”)和甘肃金昌化工有限公司(以下简称“金昌”)进行了类似的实验。

由于陕化所用的磷矿石较杂，品位较低，制得的稀酸w(P₂O₅)在25%-26%，浓酸w(P₂O₅)在36%-37%。实验结果是：用量为0.001%的VA1358在10s左右可完全沉降稀酸中的固形物，在2.5min左右可沉降浓酸中的大颗粒，达到明显的分层，沉降下来淤渣的厚度明显增加，颜色为黑褐色；上层的酸液为清澈的黄绿色，与抽滤后得到的酸液几乎一致。而未添加絮凝剂的空白酸样要在很长一段时间才能看到淤渣分层，厚度较小，为灰白色；上层酸液为黑色，几乎看不到固体颗粒的下降。由此对比可以发现，VA1358不但可加快陕化磷酸中酸渣的沉降速度，

降低酸的固含量，提高P₂O₅含量，还可非常明显地脱除黑色素，在很大程度上提高了磷酸的品质。

    在金昌进行的实验室静态沉降实验现象与陕化的大致相同。不同的是，VA1358对金昌化工磷酸的部分金属离子和一些阴离子也有比较明显的沉降作用。表2是该公司质检中心实验室对比实验(沉降3.5h)的检测数据。

    表2  金昌化工公司磷酸中添加絮凝剂的静态对比数据

    从表2看出，添加絮凝剂以后酸中的固含量大幅下降，P₂O₅含量提高。酸中的固体物质减少了，密度有所

降。同时，絮凝剂对金昌磷酸中的Fe³⁺，Al³⁺，Ca²⁺和SO₄^2-也有较好的沉降效果

2 分析与讨论

2.1 絮凝剂的使用效果

2.1.1 加快沉降速度

絮凝的机理就是通过所添加絮凝剂的吸附、架桥作用，将溶液中不稳定状态的纳米、微米级胶体杂质颗粒或已经凝结的小絮团结合成较大絮团，在重力作用下，沉降速度势必加快。最后用沉淀、过滤等方法将其除去。2.1.2

降低固含量

    加入絮凝剂以后，磷酸中的细小颗粒变成大颗粒或絮团，肉眼就可观察到其沉降速度很快，大颗粒在下，小颗粒在上。沉降下来的颗粒较重，所积累下来的磷石膏比较致密，分层比较清晰。但是其磷石膏的厚度往往比自然沉降所得磷石膏要厚，这是因为添加了絮凝剂使得磷酸中大多数固形物都沉降下来，酸中的固形物大幅降低。

2.1.3 提高P₂O₅含量

添加絮凝剂以后的磷酸，其P₂O₅含量普遍比不加絮凝剂的磷酸高。究其原因，是沉降下来其它不需要的杂质，

酸液中的固形物少了，总体质量减小，P₂O₅含量相应有所提高。

2.1.4 其它方面的作用

根据各个厂家磷酸的不同，絮凝剂可能还会起到一些其它的作用，如：脱除黑色素、脱除F^-与金属阳离子等。

这在陕化和金昌进行的实验可以得到体现。

2.2 影响絮凝剂使用效果的因素

2.2.1 絮凝剂的分子量

絮凝剂的种类在一定程度上决定于分子量的大小。分子量越大，形成的链越长、越大，一般分子量越大的絮凝剂效果越好。通常所用的絮凝剂分子量在1000万以上，但在实验室配制时，分子量在1500万至2000万的絮凝剂难以在水中溶解，溶解后黏度过大。如将其应用到装置上，可能难以分散，发挥不出其应有效果。加之酸中

的阳离子颗粒较多，综合考虑，选择阴离子型的VA1358是最合适的。

2.2.2 絮凝剂的用量

对于大多数絮凝剂而言，用量越大，初期的沉降速度越快。但是到了沉降的后期，这种趋势就会减缓，和用量小的没有多大区别。而对于少数絮凝剂，超过一定的用量后并不能达到沉降速度无限加快的效果。因为絮凝剂用量过大时，会使酸中的电荷排布紊乱，难以将酸中的固形物沉降下来。所以，通过大量实验来确定絮凝剂的适

宜用量、达到较高的性价比是十分必要的。

2.2.3 其它因素

影响絮凝剂沉降效果的因素是多方面的，磷酸温度、搅拌速度、矿石和磷酸质量的变化等也会影响絮凝剂的

效果。应根据这些条件的变化调整絮凝剂的添加方案，以达到的使用效果。

3 结论

1)在实验室静态研究中，添加絮凝剂30min以后可以加快浓磷酸的沉降速度46.4%，并可降低酸中的固含量。沉降后的上层酸液与下层淤渣分层明显。酸液干净、清澈、接近酸的本色；淤渣较厚、致密，颜色较深。富瑞

30万t/a湿法磷酸装置浓酸沉降的合适絮凝舰为富邦HIFLOCMPVA1358，适宜用量为0.001%。

2)在装置动态研究中，添加VA1358将浓酸在储槽中的停留时间由原来的8h缩短为4h。沉降4h以后，w(P₂O₅)的平均含量达到48.38%，比要求的47%提高了2.9%；w(固)降到1.43%，比要求的4%降低了64.3%。沉降3h以后，w(P₂O₅)的平均含量达到47.85%，比要求的47%提高了1.8%；w(固)含量降到1.84%，比要求的4%降低了54%。用添加絮凝剂VA1358的方法来加快浓酸的沉降速度，减少停留时间，提高装置负荷，扩大磷酸产量，在实际生产

中切实可行。

3)根据磷酸温度、酸的质量、酸的浓度的不同，可以通过大量的实验和分析来确定絮凝剂的分子量、添加用

量以及溶解槽的搅拌速度等条件，力求达到絮凝剂的使用效果。

4 絮凝剂的发展方向

    目前我国有机高分子絮凝剂已商品化的仅有聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素等几个品种。研究高效无毒的有机合成高分子絮凝剂，优化其合成工艺，降低成本是大势所趋。对于生物絮凝剂，应该着手寻找价廉的培养基和控制絮凝剂发挥作用的条件，对絮凝剂合成的条件及影响絮凝活性的因素进行深入研究，以符合工业化生产的要

求。总的说来，符合高效、无毒、价廉、复合、多功能及适合工业化生产是絮凝剂行业的发展方向。