本發明屬于濕法磷酸凈化技術領域，具體涉及一種濕法磷酸凈化過程中快速沉降固體物的優良沉降劑及沉降方法。

背景技術：

濕法磷酸實質上是含有磷酸、硫酸和氟硅酸的混和酸，同時含有多種雜質（如Ca²⁺、Mg²⁺、F^-、Fe³⁺、Al³⁺、SO₄^2-等離子）。對于采用中、低品位磷礦石生產濕法磷酸的工藝，由于磷礦石中的有機物在浸出時會被碳化成有機炭；濃縮后更會產生大量的固體物，并隨著濃縮磷酸溫度的降低，又會產生繼沉淀鹽；加之濃縮過程中磷酸物料對石墨蒸發器的磨蝕，使濕法磷酸中固體物的質量進一步增加、酸液呈黑色。這些固形淤渣物的存在對商品磷酸的運輸、儲存以及后續生產磷酸一銨、磷酸二銨都是非常不利的；尤其增加磷酸精制的難度。因此，必須將淤渣去除。

傳統的做法是采用自然沉降的辦法。濕法磷酸濃縮后，經過在沉降槽中自然沉降，讓固體物顆粒靠重力自然下沉。這種工藝需要大型沉降設備，沉降時間少則15天多則30天，其酸液也只能沉降出較大的固體顆粒，酸液仍然是黑色的，且含固質量wt>1%；降低了生產效率，提高了生產成本。

目前，在生產實踐中，最常用、簡單、便宜的方法是采用化學沉降法。用添加絮凝劑將磷酸溶液中的分散微粒（包括膠體溶液中的微粒）團聚沉降下來，然后再采用離心分離、過濾等方法將其進行固液分離，以去除、降低其中的雜質（或回收有用物質），得到清凈的液體（清液）。

2001年四川大學的馮立成等人研究了磷酸料漿絮凝沉降優化工藝；2004年四川大學楊小麗等研究了絮凝劑對磷酸料漿沉降分離性能的影響；他們的研究集中在稀磷酸（18.5wt% ~ 30wt%P₂O₅）淤渣絮凝沉降上。2005年華中師范大學黃華等人研究了由非離子型絮凝劑-陰離子表面活性劑二部分組成的多功能沉降劑處理濕法磷酸的濃縮酸，得到底液≤20%的澄清磷酸，磷酸清液的含固量≤0.5wt%，氟脫除率≥84%。2011年湖北富邦科技股份有限公司的左大學等人研究了由非離子型絮凝劑-混凝絮凝吸附劑-陰離子表面活性劑三部分組成的多功能沉降劑處理濕法磷酸的濃縮酸，得到底液≤15%的澄清磷酸。2013年吳杰研究了由非離子型絮凝劑-陰離子表面活性劑-鋇鹽三部分組成的多功能沉降劑處理濕法磷酸的濃縮酸，經濃縮后得到磷酸的含量≥85%。2013年湖北興發化工集團股份有限公司的羅寶瑞等人研究了由陰離子型絮凝劑-非離子型絮凝劑-吸附劑-除氟劑四部分組成的沉降劑處理濕法磷酸的濃縮酸。

濕法磷酸沉降劑的使用可以明顯縮短沉降時間，提高沉降效率，減少貯槽數量，節約空間，降低生產成本，簡化生產管理程序；同時可以使制得的濕法磷酸濁度下降，變得清澈；其中部分金屬雜質離子Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Si⁴⁺等可以通過沉降劑的網捕、架橋、卷掃、電中和等作用隨著絮體的團聚、沉降得以部分去除，提高了濕法磷酸的質量；減少了后續工序的繁瑣性和藥劑的使用，也降低了磷酸精制的難度，減少了尾渣的排放；有利于提高后續產品的質量、降低生產成本。

目前磷化工的生產，由于磷礦品位相對不高，生產出來的濃縮濕法磷酸的濃度為46~48%P₂O₅左右，粘度較大，雜質離子以陽離子如Al³⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Si⁴⁺等居多，絮凝劑很難將淤渣顆粒吸附?。患词刮搅?，架橋現象使得淤渣很疏松，造成底液過高。因此，這些絮凝劑用在濃縮粗磷酸沉降中表現為沉降不完全，底液高度過高，不能得到澄清的磷酸，結垢嚴重；沉降需要的時間較長，需要的貯槽數量較多，占據的空間較大，生產效率低下，生產得到的濃縮濕法磷酸的質量不高，增加了后續工藝處理的難度，影響了下游產品的質量。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述沉降劑在濃縮粗磷酸沉降中表現的沉降不完全，淤渣很疏松，底液高度過高，不能得到澄清的磷酸，設備長時間運行時結垢嚴重的問題，提供了一種快速沉降濕法磷酸中固體物的沉降劑。

本發明沉降劑的技術解決方案是：一種快速沉降濕法磷酸中固體物的沉降劑，其特征在于：該沉降劑由碳鏈長度為9～33的脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成；脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為100：1?1：100；為質量濃度10%的堿性水溶液；

具體結構式為：

式中：n=6～30。

本發明沉降劑的技術解決方案中所述的脂肪酸是天然脂肪酸、合成脂肪酸或其它酯類；沉降劑以脂肪酸原料，用三氧化硫直接磺化而制得。

本發明沉降方法的技術解決方案是：一種根據上述沉降劑快速沉降濕法磷酸中固體物的方法，其特征在于：①往P₂O₅的質量含量為24～48%粗磷酸中加入1‰～10%的沉降劑；②在47～53℃溫度下攪拌55～70分鐘；③攪拌完畢后靜置10～40分鐘；④過濾得清澈明亮的濕法磷酸。

本發明沉降方法的技術解決方案中第①步驟中所述的脂肪酸是天然脂肪酸、合成脂肪酸或其它酯類；沉降劑以脂肪酸原料，用三氧化硫直接磺化而制得。

本發明采用加入表面活性劑，消去粗磷酸的電荷，降低粗磷酸的粘度；同時，沉降劑能在酸性條件下生成鈣鹽、鎂鹽等沉淀，讓沉降劑充分吸附淤渣顆粒，達到充分沉降的目的。

在選擇沉降劑與表面活性劑的搭配時，考慮到粗磷酸中陽離子如Al³⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Mg³⁺、Si⁴⁺等居多，粘度大以及絮凝劑與表面活性劑相互間影響因素，篩選出碳鏈長度為9～33的脂肪酸和α^-磺化脂肪酸。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為100：1?1：100，制成質量濃度為10%堿性水溶液作為沉降劑。

沉降劑在粗磷酸中加入量為粗磷酸體積的1‰～10%。

本發明具有以下優點：（1）明顯縮短濕法磷酸的沉降時間，由數小時甚至十幾天縮短到40分鐘以內，使得生產出的稀、濃磷酸質地清澈透明，解決了濕法磷酸生產中沉降需要的時間較長，需要的貯槽數量較多，占據的空間較大，生產效率低下的問題；（2）磷酸清液的顏色大大改觀，原來含固量在wt1-2% 之間，現在的含固量一般在wt0.05%以下，為后續生產磷酸一銨、磷酸二銨提供了高質量的原料；（3）有效的降低磷酸液中F^-、Fe³⁺、Mg³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Si⁴⁺等陽離子的含量，金屬氧化物和石膏雜質大部分沉淀在磷酸沉降槽底部，被排到反應槽中循環利用，加熱器結垢現象也明顯減少，濃縮的效果較好，大大節約了蒸汽。

具體實施方式

下面以具體實施例詳述本發明。

實施例1：沉降劑由碳鏈長度為33的合成脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為100：1，制成質量濃度為10%堿性水溶液作為沉降劑。

往5000Kg/t（P₂O₅計）24%的工業稀磷酸液中加入1‰本發明指定的沉降劑，在50℃溫度下攪拌60分鐘，攪拌完畢后靜置40分鐘，經檢測有機炭粒去除率達到95%，F^-的去除率達到87%，Fe³⁺的去除率達到37%，Mg²⁺的去除率達到24%，Al³⁺的去除率達到25%，Ca²⁺的去除率達到70%，Si⁴⁺的去除率達到13%，得到的濕法磷酸清澈明亮。

實施例2：沉降劑由碳鏈長度為9的合成脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為10：1，制成質量濃度為10%水溶液作為沉降劑。

往10000Kg/t（P₂O₅計）26%的工業稀磷酸液中加入10%本發明指定的沉降劑，在53℃溫度下攪拌55分鐘，攪拌完畢后靜置10分鐘，經檢測有機炭粒去除率達到90%，F^-的去除率達到92%，Fe³⁺的去除率達到78%，Mg²⁺的去除率達到34%，Al³⁺的去除率達到26%，Ca²⁺的去除率達到67%，Si⁴⁺的去除率達到46%，得到的濕法磷酸清澈明亮。

實施例3：沉降劑由碳鏈長度為33的合成脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為1：100，制成質量濃度為10%堿性水溶液作為沉降劑。

往5000Kg/t（P₂O₅計）24%的工業稀磷酸液中加入1%本發明指定的沉降劑，在47℃溫度下攪拌70分鐘，攪拌完畢后靜置40分鐘，經檢測有機炭粒去除率達到95%，F^-的去除率達到90%，Fe³⁺的去除率達到53%，Mg²⁺的去除率達到66%，Al³⁺的去除率達到46%，Ca²⁺的去除率達到78%，Si⁴⁺的去除率達到43%，得到的濕法磷酸清澈明亮。

實施例4：沉降劑由碳鏈長度為33的合成脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為100：1，制成質量濃度為10%堿性水溶液作為沉降劑。

往3600Kg/t（P₂O₅計）46%的工業濃磷酸液中加入1%本發明指定的沉降劑，在49℃溫度下攪拌62分鐘，攪拌完畢后靜置35分鐘，經檢測有機炭粒去除率達到95%，F^-的去除率達到90%，Fe³⁺的去除率達到51%，Mg²⁺的去除率達到35%，Al³⁺的去除率達到19%，Ca²⁺的去除率達到68%，Si⁴⁺的去除率達到33%，得到的濕法磷酸清澈明亮。

實施例5：沉降劑由碳鏈長度為33的合成脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為100：1，制成質量濃度為10%堿性水溶液作為沉降劑。

往2000Kg/t（P₂O₅計）48%的工業稀磷酸液中加入1‰本發明指定的沉降劑，在52℃溫度下攪拌60分鐘，攪拌完畢后靜置30分鐘，經檢測有機炭粒去除率達到69%，F^-的去除率達到55%，Fe³⁺的去除率達到16.4%，Mg²⁺的去除率達到14.5%，Al³⁺的去除率達到33.4%，Ca²⁺的去除率達到50%，Si⁴⁺的去除率達到14.8%，得到的濕法磷酸清澈明亮。

實施例6：沉降劑由碳鏈長度為33的合成脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為1：1，制成質量濃度為10%堿性水溶液作為沉降劑。

往5000Kg/t（P₂O₅計）24%的工業稀磷酸液中加入10%本發明指定的沉降劑，在48℃溫度下攪拌65分鐘，攪拌完畢后靜置38分鐘，經檢測有機炭粒去除率達到95%，F^-的去除率達到87%，Fe³⁺的去除率達到43%，Mg²⁺的去除率達到54%，Al³⁺的去除率達到35%，Ca²⁺的去除率達到74%，Si⁴⁺的去除率達到33%，得到的濕法磷酸清澈明亮。

實施例7：沉降劑由碳鏈長度為33的合成脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為1：10，制成質量濃度為10%堿性水溶液作為沉降劑。

往3000Kg/t（P₂O₅計）24%的工業稀磷酸液中加入1‰本發明指定的沉降劑，在48℃溫度下攪拌65分鐘，攪拌完畢后靜置37分鐘，經檢測有機炭粒去除率達到95%，F^-的去除率達到87%，Fe³⁺的去除率達到37%，Mg²⁺的去除率達到44%，Al³⁺的去除率達到55%，Ca²⁺的去除率達到70%，Si⁴⁺的去除率達到33%，得到的濕法磷酸清澈明亮。

實施例8：沉降劑由碳鏈長度為17的合成脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為10：1，制成質量濃度為10%堿性水溶液作為沉降劑。

往1000Kg/t（P₂O₅計）48%的工業稀磷酸液中加入1%本發明指定的沉降劑，在49℃溫度下攪拌63分鐘，攪拌完畢后靜置39分鐘，經檢測有機炭粒去除率達到90%，F^-的去除率達到87%，Fe³⁺的去除率達到37%，Mg²⁺的去除率達到64%，Al³⁺的去除率達到35%，Ca²⁺的去除率達到70%，Si⁴⁺的去除率達到23%，得到的濕法磷酸清澈明亮。

實施例9：沉降劑由碳鏈長度為9的合成脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為10：1，制成質量濃度為10%堿性水溶液作為沉降劑。

往5000Kg/t（P₂O₅計）24%的工業稀磷酸液中加入10%本發明指定的沉降劑，在50℃溫度下攪拌58分鐘，攪拌完畢后靜置40分鐘，經檢測有機炭粒去除率達到75%，F^-的去除率達到57%，Fe³⁺的去除率達到37%，Mg²⁺的去除率達到44%，Al³⁺的去除率達到15%，Ca²⁺的去除率達到70%，Si⁴⁺的去除率達到33%，得到的濕法磷酸清澈明亮。

實施例10：沉降劑由碳鏈長度為9的合成脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為1：100，制成質量濃度為10%堿性水溶液作為沉降劑。

往1000Kg/t（P₂O₅計）24%的工業稀磷酸液中加入1‰本發明指定的沉降劑，在47℃溫度下攪拌63分鐘，攪拌完畢后靜置38分鐘，經檢測有機炭粒去除率達到65%，F^-的去除率達到57%，Fe³⁺的去除率達到37%，Mg²⁺的去除率達到24%，Al³⁺的去除率達到25%，Ca²⁺的去除率達到40%，Si⁴⁺的去除率達到23%，得到的濕法磷酸清澈明亮。

實施例11：沉降劑由碳鏈長度為24的合成脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為1：1，制成質量濃度為10%堿性水溶液作為沉降劑。

往1000Kg/t（P₂O₅計）48%的工業稀磷酸液中加入1%本發明指定的沉降劑，在51℃溫度下攪拌59分鐘，攪拌完畢后靜置36分鐘，經檢測有機炭粒去除率達到90%，F^-的去除率達到77%，Fe³⁺的去除率達到47%，Mg²⁺的去除率達到64%，Al³⁺的去除率達到45%，Ca²⁺的去除率達到76%，Si⁴⁺的去除率達到33%，得到的濕法磷酸清澈明亮。

實施例12：沉降劑由碳鏈長度為14的合成脂肪酸和α^-磺化脂肪酸組成。脂肪酸與α^-磺化脂肪酸的COO^-/SO₃^2-配比為1：1，制成質量濃度為10%堿性水溶液作為沉降劑。

往3000Kg/t（P₂O₅計）48%的工業稀磷酸液中加入1%本發明指定的沉降劑，在51℃溫度下攪拌59分鐘，攪拌完畢后靜置39分鐘，經檢測有機炭粒去除率達到88%，F^-的去除率達到57%，Fe³⁺的去除率達到47%，Mg²⁺的去除率達到60%，Al³⁺的去除率達到48%，Ca²⁺的去除率達到79%，Si⁴⁺的去除率達到33%，得到的濕法磷酸清澈明亮。