So sánh ưu điểm kinh tế các quá trình trích ly H3PO4 (DH; HH; HDH) và việc tận dụng photphogip (PG).

ĐỀ TÀI
So sánh ưu điểm kinh tế các
q trình trích ly H3PO4
(DH; HH; HDH) và việc tận
dụng photphogip (PG)


MỤC LỤC
Phần 1 SO SÁNH ƯU ĐIỂM KINH TẾ CÁC Q TRÌNH TRÍCH LY H3PO4 (DH;
HH; HDH) .....................................................................................................................3
I. MỞ ĐẦU ....................................................................................................................3
II. CÁC QUY TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC ÁP DỤNG..............................................................4
III. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC QUY TRÌNH.....................................8
IV. CÁC YẾU TỐ LỰA CHỌN QUY TRÌNH........................................................... 23
Phần 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ XỬ LÝ VÀ TẬN DỤNG PHOTPHOGIP (PG)..............28
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÁC LOẠI GIP VÀ QUAN ĐIỂM TẬN DỤNG GIP
NHÂN TẠO .................................................................................................................28
II. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ XỶ LÝ VÀ SỬ DỤNG PG................................................30
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 54


Phần 1 SO SÁNH ƯU ĐIỂM KINH TẾ CÁC QUÁ TRÌNH TRÍCH
LY H3PO4 (DH; HH; HDH)
I. MỞ ĐẦU
Lựa chọn quy trình tối ưu cho một dự án sản xuất axit photphoric theo
phương pháp hòa tan quặng photphat bằng axit sunfuric (phương pháp
trích ly) là một cơng việc quan trọng. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến
sự lựa chọn này trong đó chủ yếu là nguồn quặng đầu vào. Bên cạnh đó,
các yếu tố kinh tế liên quan khác như giá lưu huỳnh, chi phí điện, nước,
hơi nước... và cơ sở hạ tầng ở địa phương cũng có tác động khơng nhỏ.
Những yếu tố này có thể vẫn cịn thay đổi kể cả sau khi nhà máy đã đi

vào hoạt động.
Trong phần này chúng tôi xin giới thiệu một số quy trình cơ bản được
áp dụng trong sản xuất axit photphoric trích ly với những yếu tố so
sánh về các mặt cơng nghệ và kinh tế.
Các quy trình sản xuất axit photphoric theo phương pháp trích ly có thể
được chia làm 5 dạng cơ bản dựa trên các đặc điểm hóa lý (điều kiện
hòa tan và tái kết tinh, số lần lọc ...( tương đương với tên phụ
phẩm photphogip như sau:
1/ Quy trình đihyđrat (DH) nồng độ sản phẩm 27 - 30% P2O5
2/ Quy trình tái kết tinh hemihyđrat (HRC), nồng độ sản phẩm 27 - 3
1% P2O5


3/ Quy trình đi/hemihyđrat (DHH), nồng độ sản phẩm 32 - 37% P2O5
4/ Quy trình hemihyđrat (HH), nồng độ sản phẩm 40 - 48% P2O5
5/ Quy trình hemi/dihyđrat (HDH), nồng độ sản phẩm 40 - 50 P2O5
II. CÁC QUY TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC ÁP DỤNG
1 . QUY TRÌNH ĐIHYĐRAT (DH)
Có hai loại quy trình DH là quy trình DH-is và DH-sg:
a) Quy trình DH-is: Mục đích của quy trình DH-is (iso-sunfat) là đạt
được mơi trường phản ứng đồng nhất hồn tồn bằng cách sử dụng các
bể đơn và tăng cường tái tuần hồn. Nếu quặng photphat rất mịn hoặc
dễ bị hịa tan thì quy trình này có thể sẽ rất có hiệu quả do lọc tốt.
Nhưng do chỉ sử dụng một bể hịa tan nên chu trình hịa tan photphat
tương đối ngắn, các tinh thể photphogip (PG) chưa kết tinh xong đã
được chuyển đến phần lọc. Mục đích đạt sự đồng nhất hóa hồn tồn
này cũng làm hạn chế dung lượng tối đa của từng mẻ.
Vấn đề tồn tại chính của quy trình này là việc khó đạt được sự đồng
nhất hóa ở gần các điểm nạp liệu.
b) Quy trình građien sunfat (DH - Sg)

Quy trình DH - sg địi hỏi phải có hai bể hoặc hai khoang bể với lưu
lượng tuần hồn giới hạn giữa chúng. Điều này có thể tạo điều kiện cho
quặng photphat được bổ sung vào điểm có nồng độ sunfat khác so với


phần còn lại của hệ thống phản ứng hoặc vào điểm cách điểm bổ sung
H2SO4 một khoảng cách nhất định. Tỷ lệ tuần hoàn và tốc độ phản ứng
của quặng photphat sẽ là yếu tố xác định bậc gradien sunfat.
So sánh:
Hiệu quả tương đối của hai quy trình DH-is và DH-sg phụ thuộc vào
tính chất của quặng photphat và giá trị mức độ thích ứng của quy trình
DH-sg. Trong từng trường hợp cụ thể, 2 quy trình có thể giống nhau
hoặc khác nhau rất nhiều. Trong nhiều trường hợp, các thay đồi về tính
chất của quặng photphat có thể gây ảnh hưởng lớn hơn so với sự khác
biệt giữa hai quy trình, trong khi ở một số trường hợp khác, sự khác
biệt giữa 2 quy trình lại tỏ ra quan trọng hơn.
c) Quy trình DH hai giai đoạn
Người ta có thể hịa tan quặng photphat theo ngun tắc quy trình DH
thành 2 giai đoạn. Trong từng điều kiện cụ thể, việc áp dụng này có thể
sẽ thuận lợi hơn. Hai q trình hịa tan ở hai khu phản ứng nhất định
mà khơng cần tái quay vịng giữa hai giai đoạn. Theo quy trình này có
2 kiểu: kiểu 1 là của Rhone - Poulenc Diplo và kiểu 2 là của Double
Dihydrate Prayon Process của hãng Prayon (Bỉ). Quy trình Diplo có
một giai đoạn và Prayon có hai giai đoạn lọc.
2. QUY TRÌNH TÁI KẾT TINH HEMLHYDRAT (HRC)
Trước đây, nhất là ở Nhật Bản, quy trình này được áp dụng khá phổ
biến. Nhật Bản đã xây dựng nhiều nhà máy nhỏ hoạt động theo quy


trình HRC để sản xuất photphogip làm phụ gia xi măng. Nhưng quy

trình NISSAN HRC duy nhất được áp dụng thành cơng ở quy mơ thế
giới.
Quy trình này địi hỏi phải nghiền mịn quặng photphat để tạo các điều
kiện phản ứng có thể kiểm sốt được trong cơng đoạn hemihydrat. Chi
phí nghiền được bù đắp bởi PG được sản xuất ra có giá trị cao. Thơng
thường, quy trình này cho phép sản xuất axit photphoric nồng độ 28 30% P2O5 và 3% SO4.
Một số nhà máy của Nhật Bản chạy theo công nghệ này đang dự kiến
được cải tạo lại để vận hành theo quy trình HDH, vì quy trình này cho
phép loại bỏ công đoạn nghiền mịn, đồng thời sản xuất axit photphoric
đặc hơn mà vẫn đảm bản chất lượng PG.
3. QUY TRÌNH ĐI/ HEMLHYĐRAT (DHH)
Cơng ty Nhật Bản Central - Glass và Công ty Bỉ Prayon đã cùng nhau
phát triển quy trình DHH được gọi là quy trình CENTRAL - PRAYON.
Quy trình CENTRAL - PRAYON đã được áp dụng để sản xuất trực
tiếp đihyđrat cấp thương phẩm, nhờ các đặc tính "tự khơ" của bã
hemihyđrat.
Mục tiêu quy trình hai bậc này là tách công đoạn sản xuất axit khỏi
công đoạn sản xuất canxi sunfat, tạo điều kiện sản xuất axiit đặc hơn và
PG tinh khiết hơn.


Ở giai đoạn đầu của quy trình CENTRAL - PRAYON , người ta chỉ
cần loại bỏ một phần axit photphoric ra khỏi hỗn hợp bùn bằng cách lọc
hoặc ly tâm. Bã PG khơng rửa được bùn hóa trước khi đưa vào bể tách
nước. Sản phẩm axit có thể đạt nồng độ 37% P2O5, tùy theo chất lượng
quặng photphat sử dụng. Sản phẩm axit này ln có hàm lượng sunfat
thấp, đồng thời hiệu quả cao của quy trình sẽ đảm bảo mức tiêu hao
H2SO4 thấp.
Trong bể tách nước, axit H2SO4 được bổ sung vào sẽ làm tăng nhiệt độ
và nồng độ sunfat, làm tăng tốc độ chuyển hóa đihyđrat thành

hemihyđrat. Người ta cũng cho thêm một lượng nhỏ hơi nước để khống
chế nhiệt độ.
Sự chuyển hóa từ đihyđrat thành hemihyđrat diễn ra tương đối dễ dàng.
Quy trình này tạo ra bã hemihyđrat tinh khiết dễ lọc nhờ nồng dộ sunfat
cao, hàm lượng P2O5 thấp. Do tốc độ chuyển hóa nhanh nên tạo ra
hemihyđrat tương đối kém bền, do đó người ta đã phải sửa đổi thiết kế
lại bộ lọc. Các thiết bị mới nhất của Bird - Prayon (bộ lọc nghiêng) và
Prayon - EIMCO (hệ thống lọc băng chuyền) đã được sản xuất để đáp
ứng quy trình hemihyđrat, vận hành cho 11 nhà máy suốt 20 năm qua.
4. QUY TRÌNH HEMLHYĐRAT (HH)
Trong nhiều năm qua, người ta đã cố gắng sản xuất axit photphoric đặc
(đến nồng độ 48% P2O5) trực tiếp từ ngay sau bộ lọc. Cái giá phải trả
cho yêu cầu này là hiệu suất thu hồi thấp. Tuy nhiên, trong một số
trường hợp ưu điểm của cách làm trên vẫn lớn hơn so với nhược điểm


của nó nhất là khi có nguồn quặng photphat và axit sunfuric rẻ và khi
các điều kiện cung ứng hơi, điện và nước bị hạn chế.
Tại Liên Xô cũ, axit photphoric được sản xuất theo quy trình
hemihyđrat từ quặng photphat Kola đã chiếm thị phần lớn nhất. Nhưng
tại các nước khác, quy trình này khơng được áp dụng phổ biến như vậy.
Hiện nay, công, nghệ HH đang được vận hành ở quy mơ cơng nghiệp là
các quy trình NORSK - HYDRO HH, OXY HH và PRAYON HH.
5. QUY TRÌNH HEMI- ĐIHYĐRAT (HDH)
Quy trình hemihyđrat/ đihyđrat (hai cơng đoạn) là quy trình sản xuất
axit đặc (đến 50% P2O5) và PG tinh khiết cao, với mức tiêu hao H2SO4
thấp . Tuy nhiên chi phí đầu tư cho quy trình này khá cao.
Nhược điểm chính của quy trình là phải vận hành 2 bộ lọc, điều này
làm giảm khả năng vận hành liên tục và vải lọc của bộ lọc đầu tiên
(HH) phải được rửa bằng nước lọc từ bộ lọc thứ hai để cân bằng lượng

nước. Đây đang là chủ đề cho sự thay đổi cơng nghệ nhằm tránh hiện
tượng trên. Ngồi ra cơng nghệ cịn có một số nhược điểm khác nữa.
Một số quy trình HDH hiện đang được áp dụng là quy trình của các
cơng ty Norsk Hydro , Nissan và Prayon PH2 & PH3.
III. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC QUY TRÌNH


Khi đánh giá các quy trình sản xuất axit photphoric theo phương pháp
trích ly, cần xét đến những khía cạnh sau:
- Ngun liệu quặng photphat có thích hợp khơng.
- Hiệu quả thu hồi PG.
- Các thất thoát khác (thất thoát khi nạp quặng photphat, thất thoát do
chảy tràn, thất thoát trong quá trình khởi động, ngừng dây chuyền,....).
- Định mức tiêu hao quặng photphat.
- Định mức tiêu hao axit sunfuric.
- Khả năng sử dụng axit sunfuric nồng độ thấp hơn.
- Nhu cầu nghiền quặng photphat.
- Khả năng sử dụng quặng photphat khô, ẩm hoặc dạng bùn.
- Định mức tiêu hao nước.
- Định mức tiêu hao điện.
- Định mức tiêu hao hơi nước/ Nồng độ cần thiết của axit sử dụng.
- Yêu cầu về vật liệu hợp kim cao cấp dành cho thiết bị.
- Thời gian vận hành thực tế trong năm.
- Khả năng thao tác dây chuyền có dễ dàng không.


- Hàm lượng chất rắn trong sản phẩm axit photphoric.
- Chất lượng sản phẩm axit photphoric.
- Chất lượng PG.
1 . Quy trình DH

Quy trình DH có thể được coi như quy trình cơ bản (làm chuẩn) để
đánh giá xếp loại. Các quy trình khác có thể được đánh giá so sánh
tương đối với quy trình DH.
Quy trình DH là quy trình đã được vận hành từ lâu với nhiều loại quặng
photphat khác nhau, nhờ đó người ta đã có nhiều kinh nghiệm về quy
trình này. Hiệu suất thu hồi PG đạt 94,5 - 97%. Hiệu suất thu hồi chung
của quy trình đạt 93,5 - 96,5% (tính theo lượng tiêu hao quặng photphat
so với lượng quặng photphat được nhập vào nhà máy). Thất thoát do
chảy tràn, khởi động và ngừng sản xuất, các chu kỳ rửa, thời gian làm
sạch bể... làm giảm 0,5-1% hiệu quả chung. Ngồi ra cịn thất thốt
quặng photphat do q trình bốc dỡ, vận chuyển, nghiền khơ... Nhưng
nếu trực tiếp tính theo photphat mịn từ hệ thống nghiền ướt hoặc sử
dụng bùn photphat nạp vào quy trình thì thất thốt quặng gần như bằng
khơng.
Quy trình DH có thể chấp nhận axit sunfuric loãng làm nguyên liệu.
Trước đây, người ta còn dùng dung dịch amoni sunfat thải để làm
nguyên liệu. Mức tiêu hao H2SO4 phụ thuộc vào kết quả phân tích
quặng photphat (chủ yếu là tỷ lệ CaO/P2O5 trong quặng) và vào hiệu


suất của quy trình. Kích thước chuẩn của hạt quặng dùng trong quy
trình DH phải đảm bảo sao cho khơng đến 40% số hạt nằm lại trên sàng
100 mesh, nhưng cỡ hạt có thể thay đổi nhiều tùy theo tính chất của
quặng.
Nếu cần nghiền quặng, có thể sử dụng quy trình nghiền ướt để giảm
tiêu hao điện và thất thốt khác. Nguyên liệu photphat với cỡ hạt theo
yêu cầu có thể đước nạp ở dạng khô, ẩm hoặc dạng bùn mà không làm
giảm hiệu suất thu hồi. Mức tiêu hao nước sạch là vấn đề cần cân nhắc
nhiều mặt vì khi hệ thống nước được đầu tư tốt, có thể giảm tối thiểu
định mức tiêu hao nước sạch.

Nước để làm lạnh là nước tận dụng từ ao, hồ, sông, biển, thường được
sử dụng quay vịng nên chi phí cho nó khơng đang kể (ngồi chi phí
bơm) so với các chi phí khác.
Tiêu thụ điện thường được coi là yếu tố rất quan trọng trong chi phí vận
hành. Tuy nhiên, thơng thường mức tiêu hao điện ở các quy trình sản
xuất axit photphoric không khác nhau nhiều.
Trên thực tế, tiêu hao điện lớn nhất được dành cho công đoạn nghiền và
cho quạt của hệ thống làm lạnh khơng khí. Tiêu hao điện cho khuấy,
lọc, bay hơi . . . tương đối thấp .
Mức tiêu hao hơi nước thường được coi là một trong những yếu tố
chính ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế chung của nhà máy. Trong yêu
cầu sử dụng axit photphoric (sản xuất MAP, DAP, supephotphat kép,


NPK...) thì nồng độ axit photphoric giữ vai trị quyết định và nồng độ
axit lại liên quan đến mức tiêu hao hơi nước.
Tất nhiên, nếu yêu cầu đối với axit photphoric là trên 30% P2O5 thì nhà
máy sản xuất axit photphoric theo quy trình DH phải có cơng đoạn cơ
đặc. Nếu nhà máy sản xuất axit sunfuric nằm bên cạnh lại có nguồn hơi
nước sử dụng cho các mục đích khác hoặc cho sản xuất điện thì có thể
kết hợp để đun cô axit photphonc đến 42% P2O5. Nếu nhà máy khơng
có nguồn cung cấp hơi nước dưới dạng sản phẩm phụ của phân xưởng
sản xuất axit sunfuric hoặc của nhà máy khác, mà cũng khơng có đủ
nguồn nước nóng hồi lưu từ các cơng đoạn khác thì bắt buộc phải sử
dụng nồi hơi để sản xuất hơi. Chi phí sản xuất hơi như vậy phụ thuộc
vào giá nhiên liệu ở địa phương.
Quy trình DH là quy trình thực sự ít gây ăn mịn nhất. Ở các quy trình
khác, như HH và HDH, do nhiệt độ cao hơn nên vấn đề ăn mịn thiết bị
rõ rệt hơn.
Quy trình DH là quy trình dễ vận hành nếu chỉ sử dụng chọn lọc mọt số

loại quặng photphat. Nếu thay đổi nguồn cung cấp quặng thì cần có
một thời gian thích nghi để người vận hành điều chỉnh sang chế độ vận
hành tối ưu.
Chất lượng sản phẩm axit photphoric của quy trình DH tương đối cao,
có thể làm chuẩn cho các quy trình khác.


Chất lượng PG phụ thuộc nhiều vào nguồn quặng photphat. Tuy nhiên
dư lượng P2O5 thường khá cao nên việc xử lý thành PG hạng thương
phẩm sẽ khá tốn kém.
2. Quy trình HRC
Quy trình này được sử dụng ở Nhật Bản (nơi khơng có nguồn thạch cao
tự nhiên với trữ lượng đáng kể) để sản xuất phụ gia đóng rắn xi măng.
PG này được sản xuất trực tiếp từ bã lọc, chỉ qua cơng đoạn sấy, nhờ đó
giảm nhiều chi phí tinh chế.
So với quy trình DH cơ bản, chỉ một số loại quặng photphat nhất định
mới có thể được xử lý bằng quy trình HRC. Sự có mặt của các tạp chất
như stronti trong quặng photphat thường gây khó khăn cho sự chuyển
hóa HH thành DH.
Hiệu quả thu hồi PG ở quy trình này thường cao hơn so với quy trình
DH tiêu chuẩn.
Hàm lượng sunfat của sản phẩm axit (nói chính xác là tỷ lệ SO3/P2O5),
thường cao hơn so với quy trình DH, mức tiêu hao H2SO4 lớn hơn,
nhưng hiệu suất thu hồi axit photphoric cũng cao hơn. Axit sunfuric
thường được nạp vào trực tiếp ở dạng loãng (khoảng 60%) để khống
chế nhiệt độ của công đoạn HH.
Quặng photphat cho quy tnnh HRC cần được nghiền mịn hơn so với
quy trình DH: Đây là một cơng đoạn có chi phí rất cao, vì vậy nên

nhiều nhà máy áp dụng quy trình NISSAN H đang xem xét chuyển
sang quy trình HDH.
Quặng photphat có thể được nạp vào ở dạng khô hoặc ẩm, nhưng
không được ở dạng bùn (vì u cầu nhiệt độ của cơng đoạn HH), do đó
khơng tận dụng được ưu điểm của cơng đoạn nghiền ướt.
Do yêu cầu nghiền mịn hơn và do có nhiều bể hịa tan và tái kết tinh
cần khuấy nên tiêu hao điện ở quy trình HRC cũng cao hơn so với quy
trình DH.
Cơng đoạn HH của quy trình HRC có tính ăn mịn đặc biệt mạnh do
làm việc ở nhiệt độ cao, vì vậy, người ta thường sử dụng cách khuấy
bọc cao su hoặc thép không gỉ.
Thời gian vận hành thực tế trong năm của nhà máy áp dụng quy trình
HRC tương tự như nhà máy áp dụng quy trình DH. Nhưng do mức
khuấy thấp hơn trong các bể tái kết tinh nên các bể này phải được rửa
sạch thường xuyên hơn so với bể hòa tan của quy trình DH, khiến thời
gian làm việc giảm đi một ít (310 - 320 ngày/ năm).
Quy trình HRC là quy trình tương đối dễ vận hành với điều kiện ổn
định thành phần quặng photphat.
Hàm lượng chất rắn trong sản phẩm axit photphoric của quy trình HRC
thấp hơn so với mức trung bình của quy trình DH. Chất lượng axit
thành phẩm kém hơn so với quy trình DH do PG khơng hấp thụ một số
chất hữu cơ. Hàm lượng chất hữu cơ trong axit cao hơn, nhưng chất


lượng PG lại tốt hơn. Mục đích của quy trình HRC là tiến hành xử lý
PG ngay trong nhà máy axit photphoric mà không phải xử lý bổ sung
sau khi phụ phẩm ra khỏi nhà máy. PG được sản xuất theo quy trình
này từ các nguồn quặng photphat thơng thường sẽ được sử dụng trực
tiếp làm phụ gia đóng rắn xi măng mà khơng cần xử lý tiếp bằng hóa
chất (chỉ cần sấy khô). Nhưng nếu sử dụng cho các mục đích khác như

làm vữa PG, tấm lati trát vữa thì đối với đa số các loại quặng photphat
cần phải có cơng đoạn rửa ướt trước khi sấy khơ.
3. Quy trình DHH.
Như đã nêu trên, 2 cơng ty Nhật Bản và Bỉ đã cùng phát triển quy trình
DHH được gọi là quy trình CENTRAL - PRAYON. Phía Nhật Bản
muốn sản xuất chất thay thế thạch cao tự nhiên chất lượng cao, cịn
phía Bỉ muốn giải quyết vấn dề tiêu hủy phế thải do diện tích đất đổ
phế thải ngày càng eo hẹp.
Quy trình DHH đã được vận hnh đối với nhiều loại quặng photphat.
Công ty này đã sử dụng một phụ gia vô cơ để sản xuất axit photphoric
37% P2O5 đồng thời vẫn duy trì sự kết tinh theo hình thức DH. Yếu tố
để quyết định sử dụng phụ gia dựa trên kết quả phân tích quặng
photphat và yêu cầu về nồng độ của sản phẩm axit, có xét đến chi phí
phụ gia. Người ta cũng sử dụng quặng photphat hỗn hợp để tăng nồng
độ axit thành phẩm mà không cần sử dụng phụ gia.
Quy trình DHH là quy trình kết tinh kép hồn tồn, có thể tách sản
phẩm axit sau đợt hòa tan đầu tiên, thực hiện tái kết tinh, PG có độ tinh


khiết cao, thất thoát photphat thấp và hiệu suất quá trình cao (98 98,5%). Hàm lượng P2O5 trong bùn nạp giai đoạn hai vào bộ lọc HH
cuối cùng nằm trong khoảng 23 - 26%. Thất thoát do khởi động và
ngừng vận hành được giảm nhiều. Hiệu suất thu hồi chung cao (ở mức
98%) có nghĩa là định mức tiêu hao photphat thuộc vào loại thấp nhất
trong các quy trình sản xuất axit photphoric trích ly.
Sản phẩm axit photphoric tạo ra ở giai đoạn đầu (DH) có hàm lượng
sunfat rất thấp, vì vậy đã làm giảm nồng độ axit sunfuric trong dòng
chất này. Cùng với hiệu suất thu hồi chung cao, yếu tố trên làm cho quy
trình DHH là một trong những quy trình tiêu hao ít axit sunfuric nhất.
Tuy nhiên có một điểm hạn chế là do cần sự cân bằng nước chặt chẽ
nên người ta phải sử dụng axit sunfuric đặc (> 70% H2SO4).

Do điều kiện hòa tan tốt và hàm lượng sunfat ở phần DH thấp nên có
thể dùng nhiều loại quặng photphat khác nhau với cỡ hạt dưới 0,5mm.
Hàm lượng nước trong PG từ quy trình này thuộc vào loại thấp nhất
trong các quy trình sản xuất H3PO4 trích ly. Hemihyđrat ở đây có hàm
lượng nước tự do rất thấp và một phân tử hemihyđrat chỉ chứa nửa
phân tử nước.
Tiêu thụ điện cho thiết bị khuấy ở quy trình DHH có mức tương đương
với quy trình DH. Do điều kiện hòa tan thuận lợi nên phần hòa tan ở
quy trình DHH có thể được giảm bớt về thể tích. Cơng đoạn tách nước
nhanh nên địi hỏi thể tích tương ứng nhỏ hơn nhiều so với cơng đoạn
chuyển hóa từ HH sang DH. Điều này có nghĩa là nếu sử dụng quặng


photphat nghiền thơ hơn mà quy trình có thể chấp nhận thì mức tiêu thụ
điện chung của cả quy trình thấp hơn nhiều so với ở quy trình DH.
Nồng độ axit thành phẩm (37% P2O5) có thể được điều chỉnh nhằm
giảm tối đa lượng hơi tiêu thụ.
Chỉ những hợp kim đặc biệt hoặc thép bọc cao su mới có thể dùng làm
cánh khuấy cho bể tái kết tinh. Thiết bị phản ứng thường được bố trí
sao cho dung dịch có thể chảy qua lỗ tràn vào thiết bị lọc mà khơng cần
bơm ly tâm.
Quy trình DHH là quy trình dễ vận hành khi đã xác định được các
thông số tối ưu của công đoạn tái kết tinh đối với loại quặng photphat
cụ thể.
Hàm lượng chất rắn trong sản phẩm axit thay đổi tùy theo thiết bị tách
nước cái ở giai đoạn trung gian. Nếu sử dụng bơm ly tâm, hàm lượng
chất rắn có thể lên đến 3%, nếu sử dụng bộ lọc có thể giảm hàm lượng
này xuống 0,5%.
Sản phẩm axit photphoric có nồng độ sunfat thấp và hàm lượng chất
hữu cơ thấp, trong khi đó PG là sản phẩm dạng hemihyđrat với hàm

lượng P2O5 và florua thấp, có thể được tái hyđrat hóa trực tiếp bằng
cách cho hấp thụ nước tự do. Phương pháp này đã được sử dụng để sản
xuất các hạt PG "khô" ngay từ sau khi lọc ở nhiều nhà máy sản xuất
axit photphoric của Nhật Bản. Các hạt PG đó được sử dụng làm phụ gia


xi măng. Hemihyđrat được hiđrat hóa lại như vậy có hàm lượng tạp
chất rất thấp và có thể sử dụng trực tiếp làm vữa PG.
4. Quy trình HH
Ưu điểm chính của quy trình HH là các chỉ số tiêu hao (hơi, điện, nước)
thấp. Nhưng quy trình này khơng đạt hiệu suất sản phẩm cao nên chỉ có
thể áp dụng một cách hạn chế.
Khi áp dụng quy trình cho các loại quặng photphat khác nhau, vấn đề
lớn duy nhất cần giải quyết là sự khác biệt rõ rệt của hiện tượng đóng
cặn trên màng lọc HH. Hiện tượng đóng cặn này thường khơng phải là
kết quả của sự hyđrat hóa HH (có thể giải quyết bằng cách thay đổi
thiết bị), mà là do sự kết tủa flosilicat trong hệ thống rửa bằng nước lọc.
Người ta có thể giải quyết một phần vấn đề này bằng cách phun hơi
nước. Một số loại quặng photphat lại không gây ra vấn đề này, nhưng
một số loại quặng khác thường có xu hướng gây ra vấn đề này mà chỉ
có thể giải quyết bằng cách thay đổi thiết kế thiết bị và phối trộn
photphat một cách thích hợp.
Hiệu suất thu hồi PG của quy trình HH thấp nhất trong số các quy trình
sản xuất H3PO4 trích ly. Ngồi ra cịn những vấn đề nghiêm trọng là sự
thất thốt khó tính tốn được trong q trình khởi động hoặc ngừng
thiết bị lọc, vì sẽ có sự chảy tràn axit đặc nếu khơng có hệ thống thu
gom v.v....


Quặng photphat nạp ở dạng khơ cũng gây thất thốt. Hiệu suất thu hồi

PG nằm trong khoảng 90 - 94%, trong khi hiệu suất chung của quy
trình là 88 - 93%. Với hiệu suất này mức tiêu hao quặng photphat
tương đối cao, nhưng điều đó có thể chấp nhận được nếu thực hiện quy
trình này ngay tại các mỏ với giá quặng thấp, hoặc ở những nơi có
nguồn điện, hơi, nước giá rẻ.
Hàm lượng sunfat của axil sản phẩm và tỷ lệ SO3/P2O5 thấp hơn so với
quy trình DH. Sản phẩm thường chứa 1,5% SO3 và đạt nồng độ 40 48% P2O5. Tuy nhiên, do hiệu suất chung thấp, nên định mức tiêu hao
axit sunfuric cao hơn so với tính tốn. Nếu u cầu sản phẩm axit đặc
hơn thì người ta phải sừ dụng H2SO4 đặc.
100% quặng photphat nạp vào có thể có cỡ hạt < 1mm, nhưng nếu sử
dụng hạt cỡ nhỏ hơn thì càng tốt. Cân bằng nước của quy trình rất sít
sao, nên nếu cần sản xuất H3PO4 đặc thì quặng photphat phải được nạp
vào dạng khơ. Nếu sản xuất axit 40%, có thể nạp quặng photphat với
độ ẩm đến 12%, nhưng trong bất cứ trường hợp nào cũng không được
sử dụng quặng photphat lấy trực tiếp từ máy nghiền ướt.
Tiêu thụ nước ở quy trình HH thấp hơn so với quy trình DHH do PG
thu được ở dạng HH, nhưng độ ẩm tự do của PG lại cao hơn so với quy
trình DHH do tính chất tinh thể khác nhau. .
Tiêu thụ điện ở quy trình HH thấp hơn so với quy trình DH. Có thể
khơng cần tiêu thụ hơi nếu yêu cầu độ đặc của sản phẩm axit là dưới
48%. Đây có thể là yếu tố quan trọng đối với những cơ sở sử dụng


nhiên liệu hóa thạch để sản xuất hơi, nhưng nếu có nguồn cung cấp hơi
từ bộ phận sản xuất H2SO4 trong nhà máy thì lại khơng tận dụng được
nguồn năng lượng này.
Một số quy trình HH được vận hành ở nhiệt độ cao nên tốc độ ăn mòn
bơm lọc và cánh khuấy cũng cao hơn. Nhưng có thể áp dụng phương
pháp khuấy bằng dòng chảy tốc độ cao để hạn chế sự ăn mòn.
Thời gian vận hành thực tế trong năm của nhà máy vận hành theo quy

trình HH tương tự như ở nhà máy theo quy trình DH.
Quy trình HH là quy trình một giai đoạn, vì vậy là một trong những
quy trình dễ vận hành nhất, đặc biệt là khi khơng có bộ phận cơ đặc.
Hàm lượng sunfat thấp ngay từ đầu khiến cho quá trình vận hành rất ổn
định. Tuy nhiên, khi khởi động hoặc ngừng thiết bị lọc phải hết sức cẩn
thận, vì chỉ vài phút hoạt động trục trặc của thiết bị lọc cũng có thể làm
sụt giảm hiệu suất của cả quá trình.
Hàm lượng chất rắn của axit sau khi lọc sẽ rất thấp (0,5%) nếu sử dụng
vải lọc thích hợp. Nồng độ flo trong sản phẩm axit thấp hơn so với ở
quy trình DH và ngay cả khi hàm lượng nhôm trong quặng photphat
cao thì hàm lượng nhơm trong axit thành phẩm vẫn thấp.
PG thu được tương đối nhiều tạp chất nên không thích hợp cho các ứng
dụng cao cấp, tuy nhiên có thể sử dụng để làm đường giao thơng.
Nhược điểm chính của quy trình HH là hiệu suất thu hồi sản phẩm thấp.


5. Quy trình HDH
Quy trình này được phát triển để giải quyết vấn đề hiệu suất thu hồi sản
phẩm thấp của quy trình HH. Ở quy trình này, canxi sunfat dạng HH
được tái kết tinh thành dạng DH trong giai đoạn hai với các thơng số
thích hợp hơn để sản xuất PG sạch.
Vì vậy, quy trình HDH vẫn giữ được các ưu điểm và có xu hướng giảm
những nhược điểm của quy trình HH.
Tuy nhiên, quy trình này khơng áp dụng được cho một số loại quặng
photphat nhất là các loại quặng gây ra vấn đề khó tái kết tinh khi PG
dạng HH chuyển thành dạng DH.
Hiệu suất thu hồi PG của quy trình khá cao, đạt 98,5%. Các lượng mất
mát do chảy tràn khi khởi động bộ lọc được thu hồi lại ở giai đoạn hai
của quy trình, nhờ đó giảm tỷ lệ thất thốt chung. Hiệu suất chung của
cả quy trình thường đạt 98%, định mức tiêu hao quặng photphat thấp,

đồng thời hàm lượng sunfat trong axit thành phẩm cũng thấp, nhờ đó
định mức tiêu hao H2SO4 ở quy trình này vào loại thấp nhất trong tất cả
các quy trình sản xuất H3PO4 tích ly.
Do sản phẩm PG là phân tử ngậm hai phân tử nước nên cân bằng nước
của q trình phản ứng tốt hơn, có thể dùng nước để rửa PG, cho phép
sản xuất axit photphoric đặc hơn, ngay cả khi sử dụng nguyên liệu
quặng photphat ẩm, hoặc cho phép sử dụng axit H2SO4 loãng hơn.


Yêu cầu về nghiền quặng photphat tương tự như ở quy trình HH, nhưng
do tinh thể DH ngậm nhiều nước hơn nên quy trình HDH cần nhiều
nước hơn cho quá trình sản xuất.
Tiêu thụ điện ở quy trình HDH khơng thấp như ở quy trình HH, vì cơng
đoạn tái kết tinh với thể tích tương đối lớn địi hỏi phải khuấy nhiều.
Ở giai đoạn thứ hai của quy trình là lọc, lưu lượng nước rửa lớn hơn do
phân tử DH ngậm nhiều nước hơn, tạo điều kiện sản xuất axit H3PO4
đặc hơn. Vấn đề hiệu quả kinh tế sẽ là yếu tố quyết định có nên trang bị
thiết bị bay hơi cho nhà máy sản xuất H3PO4 theo quy trình HDH hay
không.
Yêu cầu về hợp kim cao cấp cho thiết bị của quy trình HDH cũng
tương tự như ở phần HH của quy trình HDH, nhưng vì ở phần DH
khơng có tính ăn mịn cao như vậy, nên có thể không cần sử dụng hợp
kim cao cấp.
Thời gian vận hành liên tục trong năm của nhà máy áp dụng quy trình
HDH ngắn hơn so với nhà máy áp dụng các quy trình sản xuất H3PO4
khác.
Chất lượng axit photphoric thành phẩm của quy trình HDH tương
đương với quy trình HH, nhưng axit thành phẩm của quy trình HDH
thường có hàm lượng flo và nhôm thấp hơn do các nguyên tố này đã
được giải phóng trước ở phần tái kết tinh. Chất lượng PG của quy trình

HDH cao hơn so với quy trình DH và tương đương so với quy trình


DHH. Nhưng bã canxi sunfat dạng HH của quy trình DHH có thể tự
khơ và hấp thụ nước liên kết, cịn ở quy trình HDH thì PG phải được
sấy khơ nên tiêu tốn nhiên liệu.
IV. CÁC YẾU TỐ LỰA CHỌN QUY TRÌNH
Khi lựa chọn quy trình thích hợp cho sản xuất H3PO4 trích ly, cần xem
xét các yếu tố sau để vận dụng hợp lý vào tình hình thực tế:
1. Tính linh hoạt đối với yêu cầu về quặng photphat
Các nhà máy không nằm gần mỏ quặng photphat thường cần áp dụng
các quy trình sản xuất cho phép sử dụng quặng photphat từ nhiều
nguồn khác nhau, còn nhà máy nằm ngay tại địa điểm có mỏ quặng
photphat thì lại cần quy trình có thể áp dụng cho loại quặng photphat cụ
thể của mỏ này
2. Định mức tiêu hao quặng photphat
Khi xét định mức tiêu hao quặng photphat, cần xét đến giá quặng
photphat được cung cấp cho nhà máy, kể cả các chi phí xử lý tại địa
phương.
3. Định mức tiêu hao axit H2SO4
Giá axit H2SO4 có thể thay đổi rất rộng tuỳ theo trường hợp. Nếu có
nguồn axit H2SO4 là sản phẩm phụ của nhà máy luyện kim hoặc của
các nhà máy hóa chất khác, thì giá H2SO4 rất thấp. Nhưng nếu H2SO4


được sản xuất từ lưu huỳnh nhập khẩu thì giá thành lại rất cao. Đây là
điều cần phải tính tốn.
4. Nguy cơ về các thất thốt khó lườg (ví dụ do chảy tràn, do nạp
quặng photphat khô,..).
Nếu giá quặng photphat và giá thành axit H2SO4 cao thì các thất thốt

này có thể rất quan trọng và cần tính tốn kỹ.
5. Yêu cầu về nồng độ tối thiểu của axit H2SO4
Vấn đề này có thể có cả hai mặt tích cực và tiêu cực. Một quy trình địi
hỏi phải pha lỗng H2SO4 đặc có thể sẽ gây nhiều khó khăn do vấn đề
làm nguội khi pha lỗng axit, cịn quy trình cho phép sử dụng H2SO4
đặc sẽ có ưu thế khi nguồn axit cung cấp là axit đặc. Nếu phải cung cấp
axit sunfuric lỗng thì một số quy trình sản xuất H3PO4 sẽ khó được áp
dụng vì các khó khăn về vấn đề cân bằng nước.
6. Yêu cầu về nghiền quặng
Cần có sự phối hợp đồng bộ giữa việc mua sắm và vận hành thiết bị với
việc cung ứng năng lượng để đáp ứng quặng nghiền đạt tiêu chuẩn yêu
cầu. Nghiền ướt có hiệu quả kinh tế hơn nghiền khơ, nên đối với các
quy trình sản xuất H3PO4 khơng cho phép sử dụng quặng photphat dạng
bùn thì người ta sẽ phải sấy quặng nghiền ướt hoặc tiến hành nghiền
khô với chi phí cao hơn. Một số quy trình cho phép điều chỉnh các
thơng số để có thể sử dụng quặng photphat cỡ hạt thô hơn.


7. Độ ẩm cho phép của quặng photphat
Vấn đề này có thể là quan trọng đối với một số quy trình, nhưng ngược
lại hồn tồn khơng có ý nghĩa đối với các quy trình cho phép sử dụng
quặng photphat dạng bùn.
8. Định mức tiêu hao nước
Đây có thể là vấn đề quan trọng nhất ở những khu vực mà nguồn nước
bị hạn chế, nhất là khi áp dụng các quy trình tạo ra đihyđrat (DH).
9. Định mức tiêu hao điện
Tiêu hao điện lớn nhất là cho cơng đoạn nghiền, cịn tiêu hao điện cho
phản ứng và lọc (thiết bị khuấy, quạt...) không đáng kể.
10. Định mức tiêu hao hơi
Nếu nhà máy sản xuất H3PO4 nằm gần nhà máy sản xuất H2SO4 thì có

thể sử dụng hơi cao áp, hơi thấp áp và nước nóng của nhà máy sản xuất
H2SO4 cho nhà máy sản xuất H3PO4. Nhưng nếu nhà máy sản xuất
H3PO4 khơng nằm gần nhà máy sản xuất H2SO4 thì nó cần có bộ phận
tạo hơi nước, khi đó định mức tiêu hao hơi sẽ là yếu tố quan trọng để
lựa chọn quy trình sản xuất H3PO4.
11. Nhu cầu về hợp kim cao cấp cho thiết bị