- H 10.000, Φ 5500 Ống vào/ra: Φ 1400.
2. NGUYÊN LIỆU
4.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sản xuất supe photphat đơn
4.2.1. Nồng độ và nhiệt độ của axit sunfuric :
Độ phân huỷ phốt phát ~ 63%
Nồng độ axit sunfuric
Sự phụ thuộc mức độ phân huỷ photphat vào nồng độ axit sunfuric đầu được thể hiện qua đồ thị sau:
Khi nâng cao nồng độ axit H2SO4 loãng (bắt đầu từ 0) và khi giảm nồng độ axit đậm đặc (từ 100 % H2SO4) thì hoạt độ của chúng tăng lên, do đó tốc độ và mức độ apatit phân huỷ tăng lên.
Mức độ phân huỷ đạt được của quặng apatit bằng axit nồng độ thấp thì cao, nhưng việc sử dụng axit nồng độ thấp không cho phép vì lượng nước đưa vào theo nó quá lớn do đó làm cho sản phẩm có độ ẩm cao, sản phẩm nhão không khô kết được.
Khi nâng cao nồng độ axit thì tốc độ phân huỷ bị chậm lại và đạt đến cực tiểu, sau đó lại tăng lên.
Ở những nồng độ axit thấp hơn 63% thì pha lỏng bị bão hoà ở mức độ nhỏ hơn, do đó các tinh thể CaSO4 kết tinh lớn hơn, chúng sẽ tạo thành vỏ xốp trên các hạt apatit, như thế axit xâm nhập vào bề mặt phản ứng của hạt apatit ít khó khăn hơn do vậy mà phản ứng tiến hành nhanh, sản phẩm thu được khô xốp.
Khi phân huỷ apatit bằng axit có nồng độ cao hơn 63% thì pha lỏng nhanh chóng bị bão hoà bởi canxi sunfat vì thế mà phần lớn các tinh thể CaSO4.0,5H2O và CaSO4 kết tinh ở dạng hình kim mảnh, chúng tạo thành vỏ bao phủ hầu như toàn bộ bề mặt của các hạt apatit, phản ứng bị kìm lại, supe đông kết không tốt, pha lỏng sẽ nằm lại trên bề mặt các hạt rắn và sản phẩm thu được có tính chất lý học xấu, không tơi xốp mà bị dính bết.
Tuy nhiên người ta vẫn dùng axit có nồng độ cao hơn để giảm độ ẩm của sản phẩm. Khi nâng cao nồng độ axit ban đầu, độ ẩm của sản phẩm bị giảm do đó tăng hàm lượng P2O5 (trong đó khi giảm độ ẩm của supe 1% thì tương ứng tăng được khoảng 0,2% P2O5 chứa trong nó).
Tuy nhiên khi nâng cao nồng độ H2SO4 quá mức thì lại gây nên sự tạo thành vỏ canxi sunfat mịn do độ bão hoà của nó trong dung dịch lớn, do đó dẫn đến giảm
tốc độ phản ứng phân huỷ quặng, ngoài ra tốc độ phản ứng giảm còn do hoạt độ của axit đậm đặc nhỏ hơn.
Đối với quá trình sản xuất liên tục, cho phép nâng cao nồng độ axit vì khi đó axit và apatit vào thùng trộn cùng với khối phản ứng ở dạng bùn, nồng độ axit H2SO4 giảm, nồng độ axit H3PO4 tăng. Độ tan của CaSO4 trong axit H3PO4 cao hơn trong H2SO4 nên sự quá bão hoà và kết tinh canxi sunfat chậm hơn, làm cho màng canxi sunfat xốp. Trong quá trình sản xuất liên tục, nồng độ axit ban đầu thường cao hơn sản xuất gián đoạn từ 5 ÷ 7 %.
Nhiệt độ ban đầu của axit cũng ảnh hưởng tới vận tốc phân huỷ. Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng ban đầu tăng nhưng do quá trình bão hoà canxisunfat nhanh tạo màng ngăn cách, tốc độ phản ứng bị giảm mạnh.
Theo công nghệ sản xuất liên tục, nồng độ và nhiệt độ axit có liên hệ chặt chẽ với nhau. Nồng độ cao thì nhiệt độ phải giảm.
Bởi vậy nó tồn tại một khu vực nồng độ axit thích hợp, giới hạn của khu vực ấy tuỳ thuộc vào nhiệt độ.
4.2.2. Độ mịn hạt quặng
Quặng càng mịn thì bề mặt riêng càng lớn do đó tốc độ phân huỷ càng nhanh. Tuy nhiên nếu quặng quá mịn thì chi phí cho việc sấy nghiền sẽ tốn kém ảnh hưởng tới giá thành.
4.2.3. Cường độ khuấy trộn
Việc khuấy trộn làm mất khả năng bão hoà cục bộ, tạo sự tiếp xúc pha tốt hơn, do đó tăng cường khuấy trộn sẽ tăng tốc độ phản ứng. Nhưng khi khuấy trộn mạnh quá thì sự cọ sát giữa quặng và axit kém đi, làm giảm hiệu suất phản ứng. Giữa cường độ khuấy trộn và độ mịn có mối liên hệ chặt chẽ với nhau.
Thời gian lưu của bùn sệt trong thùng trộn tuỳ thuộc vào thành phần của quặng và nồng độ axit đưa vào phân huỷ (thành phần pha lỏng ngay lúc bắt đầu tác dụng) và được khống chế bằng tấm chắn thùng trộn.
Nồng độ axit ban đầu càng cao, mức độ phân huỷ quặng càng lớn thì cần phải duy trì tỷ số H2SO4 : H3PO4 trong bùn từ thùng trộn chảy ra phải càng nhỏ để không tạo thành vỏ CaSO4 mịn trên các hạt supe. Đối với apatit Lào Cai có hàm lượng trung bình từ 32 ÷ 33 % P2O5 và axit có nồng độ 67 ÷ 68 % H2SO4 thì thời gian lưu của bùn sệt trong thùng trộn là 3 ÷ 5 phút. Nhiệt độ khối phản ứng ra khỏi thùng trộn sẽ là 110 ÷ 115 °C.
4.2.5. Ủ supe photphat ở kho ủ
Việc ủ chín supe trong kho để có tốc độ phân huỷ apatit ở kho ủ tăng nhanh hơn khi hạ thấp nhiệt độ của khối supe xuống còn 40 ÷ 50 °C, bởi khi làm nguội thì Ca(H2PO4)2.H2O sẽ kết tinh khỏi pha lỏng, độ quá bão hoà pha lỏng giảm hoạt độ axit tăng làm cho tốc độ phản ứng tăng.
Trong thực tế sản xuất người ta làm nguội supe bằng cách đánh tung supe trong không khí trên đường vận chuyển từ phòng hoá thành đến kho ủ, và định kỳ đảo trộn supe trong kho bằng cầu trục.
Việc đảo trộn, đánh tơi supe nhằm mục đích: - Làm nguội supe đến nhiệt độ thích hợp
- Hơi nước và khí Flo dễ thoát ra làm giảm độ ẩm của supe và hạ nhiệt độ - Supe được đảo trộn đều, tơi, xốp và đồng nhất hơn do đó tính chất vật lý
của supe được tăng lên.
4.2.6. Trung hoà supe photphat
Sản phẩm supe photphat có chứa một lượng axit photphoric tự do. Axit này sẽ làm tăng khả năng hút ẩm của supe photphat. Để trunghoà axit tự do có thể dùng biện pháp trộn supe photphat với các chất phụ gia rắn trung tính (bột xương, bộ apatit, bột đá vôi, đôlômit …) hoặc đem amôn hoá, tức là chế biến với hơi NH3.
Các biện phát này làm cho tính chất vật lý của supe photphat tốt hơn : giảm độ ẩm, độ hút ẩm, độ kết tinh. Khi amôn hoá thì tăng thêm một nguyên tố dinh dưỡng cho cây trồng.
5. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
5.1. Sơ đồ dây chuyền sản xuất
5.2. Các công đoạn chính
5.2.1. Công đoạn dỡ quặng
Quặng apatit từ Lào Cai được vận chuyển bằng những toa xe lửa về Công ty được dỡ xuống và vận chuyển vào kho apatit.
Gồm có 3 loại quặng:
Quặng apatit nguyên khai loại được vận chuyển đến toa N. Quặng apatit nguyên khai loại 3 được vận chuyển đến toa N. Quặng tuyển có độ ẩm 15 ÷ 18 % được vận chuyển bằng toa H.
Các toa quặng được đầu máy kéo vào khu dỡ của xí nghiệp, sau đó từng toa quặng nguyên khai và quặng tuyển sẽ được bộ phận tời kéo toa di chuyển vào đúng vị trí dỡ.
Đối với quặng nguyên khai, sau khi toa quặng đã vào vị trí dỡ, quặng trên toa được bàn ủi của máy ủi quặng nguyên khai ủi xuống bunke. Quặng có kích thước nhỏ hơn 200x200 mm lọt qua mặt sàng trên bunke. Quặng từ bunke được băng tải cao su dưới bunke vận chuyển đổ vào máy nghiền má. Tại đây quặng có kích thước > 100x100 mm được máy nghiền má đập nhỏ sau đó cùng với quặng có kích thước < 100x100 mm đổ xuống băng tải cao su máy nghiền má và được vận chuyển vào kho apatit nguyên khai.
Đối với quặng tuyển, sau khi toa quặng đã vào vị trí dỡ, quặng trên toa được cầu trục 10 tấn dỡ ở kho ngoài, sau khi ráo nước lại được cầu múc lên bunke và được băng tải cao su vận chuyển vào kho apatit tuyển. Một phần quặng đã ráo
nước tại kho ngoài, được cầu trục 10 tấn múc lên bunke quặng trung hoà. Sau đó nhờ hai băng tải cao su vận chuyển sang kho supe để trung hoà.
Quặng apatit nguyên khai và tuyển sau khi đổ vào kho được hai cầu trục 5 tấn múc lên và đổ thành từng đống trong các gian kho hợp lý.
5.2.2. Công đoạn sấy nghiền
5.2.2.1. Công đoạn sấy nghiền sơ bộ
Quặng apatit nguyên khai loại 1 và loại 3 từ trong kho được cầu trục trộn với nhau theo tỷ lệ 59 % loại 1 và 7 % loại 3, múc lên các bunke chứa các hệ thống máy cung cấp xích, từ các bunke chứa, quặng được định lượng theo năng suất quặng cần sấy rồi được hệ thống băng tải xích vận chuyển đổ xuống hệ thống băng tải cao su.
Từ hệ thống các băng tải cao su vận chuyển quặng, quặng apatit theo ống dẫn quặng đổ vào thùng sấy. Quặng được sấy đến độ ẩm 1,5 ÷ 3 %.
Từ bunke than tại các lò đốt, than được xả xuống sàn thành đống và được làm ẩm, sau đó được tung vào lò bằng xẻng. Người ta dùng quạt thổi lò để cung cấp gió cho lò đốt. Khí nóng ở lò đốt vào thùng sấy có nhiệt độ từ 350 ÷ 800 °C, nhờ quạt hút ở cuối hệ thống được vận chuyển sang thùng sấy để sấy quặng sau khi đã lắng bụi than và xỉ bay theo khí tại ngăn lắng của lò đốt. Lò làm việc dưới áp suất âm 5 ÷ 10 mm H2O nhờ quạt hút. Khí nóng ra khỏi thùng sấy có nhiệt độ từ 100 ÷ 110 °C.
Để vật liệu sau khi sấy có máy nghiền không quá nóng, ở đây ta thực hiện biện pháp sấy xuôi chiều, vật liệu ẩm và khí nóng cùng vào đầu thùng sấy, vật liệu khô và khí nguội ra ở phía cuối thùng sấy.
Quặng tuyển có độ ẩm 15 ÷ 18 % từ kho chứa được múc lên bunke của hệ thống sấy 1, qua băng tải xích định lượng xuống băng tải cao su, sau đó qua băng tải cao su tắt sấy 1 không qua máy sấy rồi vào băng tải 57-1 sang trộn với apatit
nguyên khai qua sấy nghiền thành hỗn hợp có độ ẩm 10 ÷ 12 % vào bunke điều chế.
Sau sấy nguyên khai: sau khi được sấy tới độ ẩm 1,5 ÷ 3 %, quặng ra khỏi thùng sấy được đổ vào máy búa. Tại đây nhờ các lá búa quặng được đập nhỏ sơ bộ từ kích thước < 100x100 mm xuống còn 15÷30 mm. Quặng apatit có kích thước đạt tiêu chuẩn qua ghi sàng xuống băng tải cao su và được vận chuyển vào máy nghiền bi, còn quặng to tiếp tục được các lá búa đập tiếp.
Khí có bụi quặng apatit và bụi được dẫn vào hệ thống xiclon theo phương tiếp tuyến, chúng được lắng chủ yếu tại xiclon nhóm 4 và xiclon nhóm 2 trước nhóm 4. Apatit do xiclon lắng xuống được đưa xuống băng tải quặng sau sấy.
Khí và bụi còn lại đưa vào thiết bị khử bụi màng nước và đi vào thiết bị tách giọt hình trụ theo phương tiếp tuyến. Nước và các hạt bụi bị thấm ướt được lắng lại ở thành thiết bị chảy xuống đáy theo đường ống ra ao lắng tuần hoàn. Khí đã được làm sạch bụi theo ống khói thải ra ngoài trời.
5.2.2.2. Công đoạn nghiền mịn
Quặng apatit sau khi qua máy nghiền bùa được vận chuyển đổ vào máy nghiền bi để nghiền mịn.
Sau khi qua máy nghiền bi, quặng được nghiền nhỏ nhờ lực va đập giữa bi thép có đường kính Φ 40 ÷ Φ 70 và vỏ đệm ở thành máy nghiền và được đưa lên sàng phân ly tĩnh đặt phía trên máy nghiền nhờ quạt cao áp nghiền ở phía cuối hệ thống. Trong thiết bị phân ly, các hạt to mất động năng sẽ rơi xuống quay trở về máy nghiền, không khí lẫn bột mịn sẽ đi theo đường tiếp tuyến vào thiết bị lọc bụi tĩnh. Bột nhỏ có kích thước < 0,16 mm sẽ tiếp tục đi sang xiclon đơn lắng bụi, còn hạt to sẽ rơi xuống đáy côn và quay trở lại máy nghiền để tiếp tục được nghiền nhỏ.
Khí lẫn bột sau khi qua xiclon đơn Φ 1600 sẽ lắng phần lớn bột mịn tại đó, sau đó tiếp tục đi qua nhóm xiclon 6 để lắng tiếp bột mịn còn lại.
Bột apatit tiếp tục được các băng tải cao su, gầu nâng lớn nghiền, gầu nâng nhỏ, gầu nâng lớn điều chế, các vít xoắn vận chuyển sang bunke trung gian bộ phận điều chế.
Khí ra khỏi xiclon nhóm 6 qua quạt hút. Khí ra khỏi quạt hút chia làm hai đường: 1/3 lượng khí được đưa trở lại máy nghiền bi, còn 2/3 lượng khí còn lại được đưa qua thiết bị sủi bọt làm sạch khí trước khi phóng không. Bột apatit lắng tại sủi bọt được dẫn ra ao tuần hoàn để thu hồi apatit và tuần hoàn nước sủi bọt.
5.2.3. Công đoạn điều chế supe photphat
5.2.3.1. Điều chế và trung hoà supe tươi đợt I
Quặng apatit nguyên khai sau sấy nghiền có độ ẩm 1 ÷ 2 % và cỡ hạt 95 % qua sàng 0,16 mm trộn với quặng tuyển không sấy có độ ẩm 15÷22 % và kích thước cỡ hạt 0,074 mm thành hỗn hợp có độ ẩm 10÷21 %, được vận chuyển vào bunke trung gian bộ phận điều chế.
Axit sunfuric có nồng độ từ 75 ÷ 90 % được bơm từ kho chứa. Từ thùng chứa axit được bơm lên thùng cao vị, qua hệ thống định lượng vào thùng trộn.
Hỗn hợp apatit từ bunke trung gian được định lượng xuống thùng trộn nhờ hệ thống băng cân định lượng.
Trộn axit với apatit được thực hiện trong thùng trộn nhờ các que khuấy có tốc độ cao. Những que này có nhiệm vụ trộn thật đều axit và apatit để cho phản ứng của giai đoạn I được thực hiện nhanh chóng và dễ dàng. Nồng độ axit trộn là 67 ÷ 68 % (cho quặng apatit khô), thời gian lưu lại của bột sệt trong thùng trộn là 3÷5 phút và nhiệt độ của bột sệt ra khỏi thùng trộn là 110÷115°C.
Sau đó bột sệt được tháo xuống phòng hoá thành. Bột sệt sẽ ủ thành supe trong hoá thành khoảng từ 1h30 phút đến 2h. Sau khi xuống phòng hoá thành
khoảng 20 phút thì giai đoạn I kết thúc, hệ số phân huỷ K1 = 70÷77% và bắt đầu giai đoạn hai của quá trình điều chế supe. Giai đoạn II kéo dài tiếp tục tại kho ủ. Lượng supe trong phòng hoá thành được khống chế nhỏ hơn 2/3 chiều cao phòng hoá thành.
Supe ra khỏi phòng hoá thành còn một lượng P2O5 tự do nằm trong pha lỏng (chiếm khoảng 10 ÷ 12,5 % khối lượng supe) chưa phản ứng do pha lỏng bão hoà mono canxiphotphat và một số muối khác. Vì vậy, ta sử dụng quặng apatit để trung hoà supe tươi và supe trước khi ra kho được đánh tung. Việc trung hoà supe tươi đợt I được thực hiện ngay trên băng tải vận chuyển supe tươi ra kho ủ. Bột apatit dùng để trung hoà đợt I là hỗn hợp giữa bột khô lấy từ băng tải cao su vận chuyển bột sau nghiền mịn ra kho và quặng apatit tuyển sang kho đã được ủ để giảm độ ẩm. Hỗn hợp quặng được cầu trục số I kho ủ múc đổ lên bunke trung hoà đợt I nhờ hệ thống cung cấp xích định lượng xuống hai băng tải cao su và được đổ vào băng tải supe tươi, lượng bột sử dụng để trung hoà đợt I cho supe tươi là 20 %. Bột apatit trung hoà sẽ cùng với supe tươi được cắt từ phòng hoá thành xuống có nhiệt độ 80÷90°C và được tung cùng supe vào kho ủ bằng máy đánh tơi.
Do phản ứng tiếp tục xảy ra nên nhiệt độ khối phản ứng lại tăng lên khoảng 50 °C, hàm lượng P2O5 tự do còn cao 5÷7%. Vì vậy ta cần tiếp tục trung hoà lần II (lượng bột này chiếm 80% tổng lượng bột cần trung hoà) và dùng cần trục đảo trộn để thoát hơi nước và hạ nhiệt độ khối supe, tăng tốc độ cho phản ứng giai đoạn II
Phản ứng trung hoà
Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2.H2O + HF
5.2.3.2. Hấp thụ khí Flo
Hỗn hợp khí bao gồm: không khí, hơi nước, CO2, SiF4 được hút từ phòng hoá thành và thùng trộn bởi quạt hút khí cao áp, khí này được dẫn qua hệ thống hấp thụ để tách Flo.
Lượng F thoát ra từ quặng ở dạng hợp chất SiF4 tác dụng với nước theo phương trình sau:
SiF4 + 3H2O = 2H2SiF6 + H2SiO3
Sau khi ra thùng trộn, hoá thành, hỗn hợp khí được dẫn qua đường ống nghiêng từ hoá thành đến phòng hấp thụ (phải đảm bảo nhiệt độ của khí trong ống