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影响饲料磷酸氢钙生产成本的主要因素
在饲料磷酸盐中,磷酸氢钙(DCP)是消费量较大的磷化工产品,其生产方法有盐酸法、普钙浸取法、热法磷酸直接中和法等。不论那种方法,自1991年以来,在从事磷化工方面的专家、学者以及生产厂家经过多年的潜心研究、创新和不断改进,到目前磷酸氢钙的生产工艺及技术装备已步入成熟阶段。单套生产能力不断扩大,年产万吨以上的生产装置取代了众多的小饲钙。先进而有效的脱氟净化技术的应用,确保了产品的内在和外在质量,满足了饲料生产企业的需求。然而,生产产品的目的是力争取得的最大的经济利益,创造新的财富。为此,如何降低磷酸氢钙的生产成本,扩大利润空间,是众多生产者关心的重点。本文对影响饲料磷酸氢钙(简称饲钙)生产成本的几个主要因素进行了简单分析,并提出了降低生产成本的一些办法。
一、磷矿石及P2O5收率
1、磷矿石的价格
磷矿石是生产饲料磷酸氢钙的主要原料之一,其消耗的金额在饲钙生产成本中所占的比例因各产区价格的差异为15%至40%不等。显然,磷矿价格是影响磷酸氢钙生产成本的主要因素之一。众说周知,我国的磷矿资源基本集中在云、贵、川和湖北等地,资源优势造就了价廉品质优的磷矿石,使该地区饲钙生产成本中磷矿所占比例较低,进而产生的效益十分可观。而缺乏磷资源的地区生产饲钙产品,如果没有低价位的硫酸来弥补,磷矿价格差距,就很难适应当前严峻的市场形势。
当前,有资源优势的同一地区受采矿方式、原矿品位、选矿工艺、磷矿质品、运输方式等多种因素的影响,相同品位的磷矿价格存在差异很大,当地售价在70元/t~250元/t之间。若在磷矿低价位~100元/t基础上,就地建厂,将充分体现装置效益,产品在市场上具有绝对的竞争力。
2、磷矿石组分
磷矿石是一种复杂的天然混合物,除了主要化学成分氟磷酸钙[Ca10(PO4)6 F2]外,它尚含硅石、海绿石、高岭土、褐铁矿、长石和白云石等杂质矿物。因而组成磷矿的主要化学成分为CaO、F、MgO、Fe 0。、A1203、、SiO2等。对生产磷酸氢钙来说,除主要组分P2O5和CaO外,其他组分均称为杂质。
(1)P205和CaO:
是生产管理的重要指标,其含量高低决定了磷矿和硫酸的消耗多少,表1列举了不同品位磷矿与消耗的关系。从中看出,磷矿品位与矿、酸消耗成反比关系,即品位越高消耗越低。当品位一定时,每吨饲钙所需的硫酸与矿中CaO含量成正比。若单位品位价格一定时,选择优质磷矿,可有效降低生产成本。
(2)MgO:
是一种不希望存在的有害杂质,但磷矿中总是含有MgO,其存在不仅给生产过程带来诸多麻烦,而且额外消耗硫酸,随其含量的增加而升高,(见表2)。另外,MgO的存在还会增加母液P205含量,造成P205损失。
(3)Fe2O3和Al2O3:
在硫酸分解磷矿的过程中,Fe2O3和Al2O3绝大部分进入磷酸中,当磷酸进行脱氟净化时,随PH值的升高,Fe3+、Al3+将发生下列反应。
H3FeF6+3Ca(OH)2+H3PO4→FePO4·2H2O+3CaF2+4H2O
H3AlF6+3Ca(OH)2+H3PO4→AlPO4·2H2O+3CaF2+4H2O
Fe2(SO4)3+3Ca(OH)2+2H3PO4+4H2O→FePO4·2H2O+3CaSO4·2H2O
Al2(SO4)3+3Ca(OH)2+2H3PO4+4H2O→AlPO4·2H2O+3CaSO4·2H2O
从理论上讲,磷酸中1份Fe2O3在中和过程中损失0.89份P2O5;1份Al2O3要损失1.39份P2O5。当磷矿中Fe2O3和Al2O3含量分别为1.31%和1.42%时,每1000 Kg磷矿(32%P2O5)所得磷酸在脱氟进化阶段因Fe3+、 A13+造成的损失约占总P2O5的10%。
3、P2O5损失
目前国内饲钙生产工艺大多数采用了硫酸分解磷矿制的磷酸,然后用石灰乳(或碳酸钙粉)预先中和磷酸,在相对低的PH值下,除去F-、(SiF6)- 、(SO4) 、Fe3+、Al3+等杂质得到的净化酸再进一步中和沉淀出磷酸氢钙。整个生产过程存在着流程长、工艺多、控制因素繁杂,如果操作方式不合理,管理跟不上或操作工人素质差,经常出现失误,就会以不同的形式、途径,造成不同程度的P2O5损失。使磷矿、硫酸消耗升高,直接影响饲钙的生产成本。P205损失的途径主要有以下几个方面:
(1)磷石膏带走的:
此项损失的原因比较复杂,属于不可能再回收利用的P2O5,为此,在磷酸的萃取——过程过程中,应选择优惠的工艺条件,尽力减少磷石膏中水溶性P2O5和非水溶性P2O5含量,以取得较高的P2O5收率。在正常条件下,磷石膏带走的P2O5约占磷矿带入总P2O5的5%~6%
。
(2)脱氟渣(粗肥)带走的P2O5:为了保证最终产品的质量,必须采取措施,脱除磷酸中存在的氟和绝大多数其他有害杂质,使净化酸中的W(P2O5)/W(F)>300,如果采用石灰乳(或碳酸钙粉)预中和脱
氟,由于Ca2+的加入及磷酸PH值的升高,生成的Ca(H2PO4)2在稀酸溶液中容易水解,致使一部分P2O5生成CaHPO4沉淀。与此同时约90%以上的Fe3+、A13+将生成中性磷酸盐沉淀,连同CaSO4·2H20、CaF2、CaSiF6等一起形成含P2O5约25%-28%(干基)的粗肥。如果此副产物得不到充分利用或利用价值太低,就会给饲钙生产造成15%~30%的P2O5损失。为此,如何将粗肥中P2O5转化到饲钙产品中,成为各生产厂家研究的焦点,并采取了一些不同的回收方法。目前广泛应用的有效办法是把现在的预中和脱氟过程分成两步进行,将第二步脱氟生成的粗肥返回到原磷酸中进行溶解。然后调整PH值后进行液固分离,固相为粗肥,液相再进行第二步脱氟并分离固相再返回到第一步,如此循环。其工艺流程见图1,该方法可提高饲肥比至85:15以上。
(3)母液带走的P2O5:
母液是分离磷酸氢钙沉淀后的废水,在两段中和法工艺中,每生产1吨饲钙将产生7.8—8.5 t母液。由于中和终点PH值,控制高低不同以及磷矿带入的Mg 、K 、Na 等离子多少不等,其母液中未沉淀的P2O5含量为0.1%~0.2%。如果使用含杂质较高磷矿或者终点PH值在5.8左右,母液中P2O5含量有时高达0.3%~0.4%,其损失很大,回收或减少母液中P205是降低生产成本的又一途径。
二、硫酸价格与节酸途径
1、硫酸价格
采用硫酸法生产饲钙的装置,硫酸消耗的成本约占饲钙总消耗成本的50%。显然,硫酸的价格是影响饲钙生产成本重要因素之一,表3分析了不同硫酸、磷矿价位之下的饲钙消耗成本。
从表3看出,当硫酸价格在260~300元/t时,即使缺乏磷矿资源,生产饲钙的成本在市场上也有竞争力,如果硫酸价格在450—500元/t时,磷矿的价格尤为引人注目。当硫酸和磷矿均在高价位,生产饲钙的成本很难适应市场。因此,生产中如何节约硫酸显得十分重要。
2、节约硫酸的途径
(1)选择优质磷矿:
高品质磷矿因杂质含量相对低一些,在正常生产条件下,硫酸消耗相应低一些,表4是采用不同品位磷矿时,每生产1t饲钙的硫酸消耗情况。从中看出,晋宁磷矿硫酸消耗相对少一些。
(2)降低液相SO3浓度:
在不明显降低P2O5萃取和改变石膏晶形的情况下,适当降低SO3浓度的控制范围是节约硫酸的又一途径之一。当液相SO3浓度从30~35g/t,每t磷矿可节约硫酸780t约30万元。
(3)用磷酸预先分解磷矿:
由于磷矿中往往伴生有白云石、石灰石等碳酸盐附生矿物,致使矿中的CaO/P2O5比偏高于氟磷灰石的理论比值,这就意味着需要多消耗额外的硫酸。如果将进入生产系统的磷矿浆(粉)部分或全部首先在具有足够停留时间的预反应器中与过滤系统的滤酸在适宜的操作条件下充分反应。不仅能够有效地除去磷矿中的碳酸盐和湿法磷酸中的游离硫酸,而且可利用部分磷酸中的第一氢离子的化学能分解磷矿,使磷矿中的一部分Ca0溶入磷酸生成Ca(H2PO4)2,从而达到节约硫酸的目的。其工艺流程见图2。
三、生产能力
1、规模
一般指装置最初的设计能力,近年来饲钙单套装置的生产规模日趋大型化,在本行业可以说向着规模经济发展。扩大生产规模对同等工艺技术水平的生产装置,可有效降低成本。表5是不同生产规模下的电能消耗、人工费用及其他生产性费用在每t饲钙中的变化。
从中看出,生产规模从10Kt/a扩大至60Kt/a,电能消耗的成本下降约7O元/tDCP,人工工资下降6O元/tDCP,其他生产费用下降38元/tDCP。
2、产量
是指投入生产时能够达到的生产能力,当一定规模的装置建立起来后,就应当采取有效的操作方式,加强管理,提高效率(即提高开车率),使产量达到或超过其设计能力,才能有效降低生产成本,以
取得最大的经济效益。比如,我厂设计能力10Kt/aDCP,从1999年至2002年间的生产成本(见表6),扣除其他因素影响,随产量的增加而降低。
3、超产
是指在不增加任何设备和操作工人的情况下,发挥现有装置的潜力,使生产能力超出设计能力的那部分产量。合理而科学的超产对饲钙生产成本降低十分有利。我厂2001年对磷酸生产系统改变了传统操作方法,采用了快速萃取技术。经过生产实践证明,P2O5产量由原来的5000t/a提高到目前的接近1万t/a,不仅没有影响P2O5收率,而且每吨P2O5的生产成本随之降低了约1/2。相反,若长期不能发挥装置应有的能力,势必影响生产成本。
总之,影响饲钙生产成本的因素较多,除了磷矿、硫酸价格以外,其他因素只要根据各厂自己的特点,不断改进工艺,采取有效措施,尽力减少P2O5损失,加强管理,发挥装置的能力,就能够有效降低生产成本,给企业带来极好的经济利益。
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