云南磷化集团海口磷业有限公司（简称公司）磷酸装置年产磷酸（w(P2O5)≥46.5%，w(固)≤8%）66万t，在陈化装置沉降后被分离成2种不同品质磷酸，即上部清酸（w(P2O5)≥47%，w(固)＜2%）约54万t和底部渣酸（w(P2O5)≥42%，w(固)≤30%）约12万t。其中上部清酸作为高养分、高附加值66%磷酸一铵（MAP）和磷酸二铵（DAP）产品的原料。渣酸的主要成分是磷酸化合物、石膏和氟硅酸等，在2017年6月以前都是和w（固）8%的磷酸混合后用于传统法装置生产55%～60%的粒状磷酸一铵（GMAP）产品，或通过与磷矿粉混合、熟化后生产重过磷酸钙产品。但随着近年来GMAP和重过磷酸钙产品供大于求，其销售价格即使低于成本价也难以销售，生产的唯一目的就是消耗渣酸。因此渣酸的处理，成为公司生产经营和持续发展的瓶颈。
1 渣酸——液态非均相物系的分离方法简介
液态非均相物系的分离方法分为机械分离、传质分离和反应分离，由于渣酸分离的主要目的是将其中的固体颗粒物与液体相分离，本文重点讨论机械分离的可行性。
1.1 重力沉降
重力沉降是依靠地球引力的作用，利用颗粒与流体的密度不同，使之发生相对运动而沉降。一般分为自由沉降和斜管沉降。自由沉降在公司湿法磷酸生产的陈化工序已经使用，其主要作用是将经过浓缩的浓磷酸（w(P2O5)≥46.5%，w(固)≤8%）在陈化槽分离；斜管沉降是在自由沉降槽中增加斜管，以提高沉降分离效果，降低沉降槽高度，由于湿法磷酸结垢严重，所以在湿法磷酸陈化工序未采用。从以上情况可知，再次采用重力沉降法，将第一次重力沉降渣酸实现液固分离并不可行。
1.2 过滤
过滤是分离悬浮液较普遍和较有效的单元操作之一。但经现场调研，立式全自动压滤机过滤渣酸存在如下问题：滤布跑偏频繁、泄漏量大、导辊轴承进酸损坏频繁、滤布再生效果差、使用周期短、滤板隔膜损坏频繁等。
1.3 离心分离
离心分离分为离心过滤和离心沉降。离心过滤原理：过滤式离心机转鼓壁上有许多孔，转鼓内表面覆盖过滤介质，加入转鼓的悬浮液随转鼓旋转产生巨大的离心压力，在压力作用下悬浮液中的液体透过过滤介质和转鼓壁上的孔流出，固体被截留在过滤介质表面，从而实现固体与液体的分离。其优点为悬浮液在转鼓中产生的离心力为重力的千百倍，使过滤过程得以强化，获得水含量较低的滤渣。缺点是需要频繁更换滤布等过滤介质。
离心沉降原理：离心沉降是依靠离心力场将固液密度差扩大几千倍，使之发生相对运动而沉降。其优点：分离效率高，可以分离出比较小的固体颗粒。缺点：离心机转速高，转动件加工精度要求高，离心设备结构复杂，制造成本和投资费用高。
2 卧式螺旋卸料沉降离心机的应用
为从渣酸中分离液相部分，提高产品的附加值，公司组织人员对液态非均相物系的分离设备进行调研，选用离心沉降原理制造的卧式螺旋卸料沉降离心机。它具有连续生产、自动化控制、封闭操作、单机生产能力大、设备结构较紧凑、耐磨性和耐腐蚀性好、运行周期长等特点。
卧式螺旋卸料沉降离心机的结构中，外转子即转鼓，由电机通过皮带传动；内转子即螺旋，由差速器将转鼓转速和输入轴转速合成一个转速传给螺旋，使螺旋获得一个比转鼓慢5～60r/min的差转速，于是转鼓和螺旋便构成了一副具有微小差转速的同向高速旋转的螺旋输送机构。悬浮液通过进料口进入转鼓内，被置于比重力场大数千倍的离心力场中而形成空心液环。由于固相密度大于液相，即固相所受的离心力大于液相，于是固相便沉降到转鼓内壁上，然后被螺旋输送到转鼓小端的排渣口，借助离心力将其抛到机壳的沉渣收集室。液相则通过螺旋形通道向转鼓大端流动，并通过事先调整好的溢流孔进入澄清液收集室。
沉渣在螺旋输送过程中，由沉降区进入脱水区，此时沉渣逐渐密集并通过离心力的径向压实作用和螺旋叶片的轴向挤压作用，将其中的部分液体挤压出来，通过螺旋通道或螺旋叶片与转鼓内壁的间隙流回沉降区。该机的沉降区长度调节可以通过改变溢流挡板的位置（即溢流直径）而实现，增大沉降区长度可以得到较清澈的液相，而固相水含量较大；反之，会得到水含量较小的固相，但液相的固含量较多。
该设备特别适宜分离固相粒度0.005～2.000mm、w（固）1%～30%、温度0～90℃、固相密度大于液相的悬浮液。由于采用螺旋卸料，对固相颗粒有一定的破坏作用，对沉渣的洗涤效果差。从渣酸中分离出来的固相物将返回溶解槽与硫酸进行再次反应，因此对固相物的洗涤要求不高。公司选用的卧式螺旋卸料沉降离心机的具体参数如下：型号W520×2184-NB，转鼓内径520mm，额定转速3000r/min，机器重量8000kg，转鼓长度2184mm，电机功率75kW，外形尺寸5550mm×1400mm×1820mm。
3 卧式螺旋卸料沉降离心机在渣酸处理中的应用
该项目自2017年6月使用以来，渣酸处理效果较好，装置正常运作情况下，每天可处理渣酸（w(P2O5)42%，w(固)26%左右）约30m³，可产生清液（w(P2O5)46%，w(固)5%左右）约10.5m³，大大缓解了磷酸渣酸胀槽的情况，增加了高品质磷酸产量。
4 项目取得的主要经济效益和社会效益
（1）经济效益。增加渣酸分离项目后，不仅能处理积压的渣酸，还增加成品酸量。按每天平均产生清液10.5m³，清液相对密度1.6计算，每吨酸利润200元，每年按装置正常运行时间300d计算，则节约成本为100.8万元。
（2）环境效益。增加渣酸分离项目，能有效解决装置因渣酸胀槽造成的停车风险，提升萃取/浓缩装置运行率，减少因装置开停车造成的泄露和排放指标波动，确保环保指标达标。
