无机化工生产与化工工艺学.docx
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无机化工生产与化工工艺学
无机化工生产与化工工艺学
合肥四方磷复肥公司陈明信
第一章无机化工简介及无机化工反应单元工艺概述
1.1化学工业在世界经济发展中的地位
化学工业是以煤炭、石油、天然气、矿物、生物质等为原料，生产农用化学品、有机和无机原料、合成材料、精细与专用化学品等产品的重要产业部门。
据统计，化学工业的产品约60%用于基础工业和交通运输业，30%用于农业和轻工业，10%用于建筑材料等其他工业部门。
在欧美俄等化学工业发达国家，化学工业生产总值一般占GDP的5%-7%；占工业总产值的7%-10%，在各工业部门中列2-4位。
从目前我国的工业来看，石油和化学工业的主要经济指标（销售收入、利润）均居全国工业的首位；居第二、三位的是电子及通讯设备制造业、电力工业。
1.2化学工业的进展与新世纪中的发展特点
1.2.1新世纪的化学工业以技术创新为发展动力
生产竞争力和新产品新技术开发竞争力是构成化学工业的综合国际竞争力的主要因素。
生产竞争力主要指资源优势、成本优势、经营管理优势和产品质量性能服务的优势。
对于化学工业这样的技术密集型产业，技术创新是取得优势的关键。
新世纪化学工业的技术创新主要包括三个方面：
1、跟踪科学研究的前沿，在技术深度上开辟新的生长领域；2、与相关学科之间的相互交叉渗透，在技术的广度上通过与新兴产业的融合获得新的拓展；3、采用新的高科技成果改造传统产业，以获得更好的生产结果。
这些现代化工的前沿科学包括纳米技术、生物工程和化学工程交叉、微生物工程技术、量子化学和分子模拟技术等。
1.2.2新世纪的化学工业将是可持续发展的绿色产业
绿色化学的核心是“原子经济”，提高原子利用率。
主要是建立生态工业，包括资源和能源的循环利用、可再生物质替代矿物技术等。
1.2.3化学工业的资源
化工的主要原料来自矿产资源、农业和林业资源、空气和水、海洋资源以及工业副产品和废弃物。
最重要的有以下几种化工资源：
化学矿、煤、天然气、生物资源、海洋资源。
自然界固体矿物有3000多种，它们可分为冶金矿物、建筑矿物和化学矿。
化学矿物有很大一部分是用以制造无机盐的矿物，特称为成盐矿物。
1.3无机化工反应单元工艺
1.3.1焙烧、煅烧和烧结
1.3.2浸取
1.3.3复分解
无机化工的类型：
1）无机酸工业：
硫酸、盐酸、硝酸、磷酸
2）氯碱工业：
烧碱、氯气、盐酸、
3）纯碱工业：
碳酸钠、碳酸氢钠、氯化铵
4）化肥工业：
氮肥、磷肥、钾肥
5）无机盐工业。
单元反应的类型：
1）“湿法”化学加工
2）“热法”化学加工
3）复分解或置换加工
过程单元操作类型
1）原料准备：
矿物破碎、磨细、筛分，精选、选矿。
2）矿物热加工：
焙烧、煅烧、烧结。
3）矿物浸取：
从固相转移到液相（物理浸取、化学浸取）。
4）过滤：
固液分离（压力式、真空式、离心式）。
5）溶液精制：
蒸馏、吸附、液-液萃取、离子交换、膜分离、沉淀、结晶。
6）蒸发：
提高溶液浓度。
7）结晶：
形成均匀合适粒度的颗粒。
8）干燥：
防止结块或分解。
1.3.1焙烧、煅烧和烧结
焙烧：
将矿石、精矿在空气、氯气、氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等气流中不加或配加一定的物料，加热至低于炉料的熔点，发生氧化、还原或其他化学变化的单元过程。
煅烧：
低于物料熔点的适当温度下，加热物料，使其分解，并除去所含结晶水，二氧化碳、三氧化硫等挥发性物质的过程。
烧结：
高于物料熔点的适当温度下，加还原剂、助熔剂进行的化学转化过程。
焙烧、煅烧和烧结的相同点和区别：
相同点：
三者都是高温反应过程。
不同点：
烧结高于物料熔点，焙烧和煅烧低于物料熔点。
焙烧和烧结是物料与添加剂等发生化学反应，煅烧是物料发生反应，失去结晶水或挥发组分。
1.3.1.1焙烧
1.3.1.1.1焙烧的分类与工业应用
根据反应性质可分成6类：
1）氧化焙烧
硫化精矿在低于物料熔点的温度下氧化，使矿石中的部分或全部硫化物变成氧化物的过程。
如，硫铁矿、硫化铜矿、硫化锌矿、辉钼矿、铬铁矿等。
4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2
3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2
2CuS+3O2=2CuO+2SO2
2）硫酸化焙烧
使某些金属硫化物氧化成易溶于水的硫酸盐的焙烧过程。
2MeS+3O2=2MeO+2SO2
（Me：
亚金，是一种仿金合金，以铜、铅、锌、镍、锡等为主要原料。
）
3）挥发焙烧
将硫化物在空气中加热，使提取对象变成挥发性氧化物，并从气态分离出来。
290～400℃
2Pb2S3+9O2======2Pb2O3+6SO2
4）氯化焙烧
借助于氯化剂（如Cl2、HCl、NaCl、CaCl2等）的作用，使物料中的某些组分转变为气态或凝聚态的氯化物，从而与其他组分分离。
金属氯化物的特点：
熔点低、挥发性高、易被还原，易溶于水或其他溶剂，各种金属的氯化物生成的难易和性质存在明显区别。
氯化焙烧的特点：
原料适应性强，作用温度低，分解率高。
800～1000℃
2TiO2+（1+a）C+2Cl2=======TiCl4+2aCO+（1-a）CO2
5）还原焙烧
将氯化物预热到一定温度，然后用还原气体（C、CO、H2、CH4等）使其中某些氧化物全部或部分还原。
800～1000℃
2BaSO4+2C======BaS+2CO2
6）氧化钠化焙烧
向矿石中加入适量的钠化剂（如Na2CO3、NaCl、Na2SO4），焙烧后生成易溶于水的钠盐。
Na2CO3+2V2O3+O22Na2VO3+2CO2
焙烧过程动力学与影响焙烧速率的因素：
外扩散、内扩散、表面反应。
温度升高，反应速率加快（不能太高）
原料粒度：
粒度越小，接触表面越大，反应加快（不能太小）。
氧气含量：
氧气含量增加，反应速率加快。
（硫铁矿焙烧制硫酸原料气是典型的氧化焙烧工艺。
）
1.3.1.2煅烧
煅烧的工业应用
1）制备固体原料或气体原料
CaCO3CaO+CO2（石灰石煅烧生成生石灰。
）
MgCO3MgO+CO2
2）通过焙烧生产产品
2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O
2KHCO3=KCO3+CO2+H2O
H2TiO3=TiO2+H2O
1.3.1.3烧结（以生产钙镁磷肥为例）
生产原理：
磷矿、硅酸镁矿、助剂（蛇纹石、白云石、橄榄石等）一起加入电炉（或高炉、平炉）于1350～1500℃熔融，用水冷却，形成＜2mm的玻璃质物料，经干燥磨细后成为钙镁磷肥产品（CaO、MgO、P2O5、SiO2）。
磷矿与助熔剂混合炉料以3℃/min的速度加热，在600～700℃时，由于助熔剂脱除结晶水而吸热，1100℃物料开始熔化，1300℃完全熔融。
然后以10℃/min的速度冷却，在1150℃、1050℃分别出现结晶过程而放热，焙体冷却后所得结晶的晶相有氟磷灰石[Ca5（PO4）3F]、镁橄榄石[Mg2SiO4]和透辉石[CaMgSi2O6]等。
钙镁磷肥由CaO、MgO、P2O5和SiO2四个主要成分组成。
其中CaO、P2O5来自磷矿，MgO、SiO2来自助熔剂。
大多数磷矿中CaO/P2O5的摩尔比为3.4～3.8，而MgO/SiO2的摩尔比主要取决于磷矿与助熔剂中MgO与SiO2含量。
磷矿与助熔剂配制成矿料，应使制得的产品中含P2O5尽可能高，而熔点最低，熔体粘度最小。
钙镁磷肥的组分常用（CaO+P2O5）-MgO-SiO2三元系相图来表示。
1.3.2浸取
浸取：
利用溶剂将固体原料（成分含可溶的溶质和不可溶的惰性物质）中可溶组分提取出来的单元过程。
1.3.2.1浸取的几个概念
1）浸取的种类
酸浸取：
硫酸、盐酸、硝酸、亚硫酸等无机酸或有机酸。
碱浸取：
氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氨水、硫化钠、氰化钠等无机碱或有机碱。
水浸取：
水
盐浸取：
氯化钠、硫酸铜、氯化铜等无机盐。
2）浸取剂的选择
对溶质的浸取有选择性
对溶质的饱和度大
适当的物性
价格、毒性、燃烧、爆炸、腐蚀等性质。
3）固体的预处理
粉碎、湮没、切片、造型、煅烧、焙烧。
4）浸取的条件
固液反应
温度、浸取剂、粒径、孔隙率、搅拌等。
温度上升，浸取速度提高，杂质含量增加。
合适的浸取速度。
浸取剂浓度降低，浸取速度提高，杂质含量增加。
合适的浸取剂浓度。
粒度下降，浸取速度提高，成本增加。
合适的粒度。
搅拌强度提高，浸取速度提高。
充分搅拌。
5）浸取液的处理
除去悬浮物，过滤，得澄清浸取液，获取有用物质。
处理方法：
结晶法、吸附法、离子沉淀法、金属沉淀法、气体沉淀法、离子浮选发、沉淀浮选法、离子交换法、溶剂萃取法、固体或液体阴极电积法。
1.3.2.2几种典型的浸取过程（略）
酸浸取、碱浸取、盐浸取
1.3.2.3硫酸浸取磷矿制磷酸
1）生产原理
Ca5F（PO）3+5H2SO4+11H2O3H3PO4+HF+5CaSO4·nH2O
2）生产工序
磷矿的破碎
磷矿的浸取
料浆的冷却
料浆的过滤
回磷酸系统
湿法磷酸的浓缩
含氟尾气的吸收
再结晶系统
1.3.2.3复分解
复分解：
不同离子的两种盐在液相或液-固相中进行离子交换生成另外两种盐的反应过程。
1.3.2.3.1复分解反应的过程原理
AX+BYBX+AY
如：
KCl+NaNO3KNO3+NaCl
1.3.2.3.2复分解反应的应用
两种反应物在水中的溶解度较大，生成物的溶解度较小，且在一定范围内能成为固体析出。
析出固体结晶物（如产物KNO3）
溶液产物需进一步处理（如产物（NH4）2SO4）
生成两种沉淀（如产物ZnS、BaSO4）
第二章固体化学矿的初加工及液固相间的化工过程概述
2.1液固两相处理过程的一般规律
2.1.1液固两相处理的总括流程
工业生产中有许多情况下所需要的物质包含在固体物质中，加工过程中要固相中的有用物质不断转移到液相中。
涉及固液两相过程的生产有许多共性，最基本的化学矿物作为原料的生产总括流程为：
矿石
通过选矿提高矿石品位，可以减少能耗和其他原材料消耗。
选矿一般采用物理方法进行，如重力选、磁选、浮选等。
对于难选的矿物，可直接采用化学办法加工。
矿石准备好后便可进行化学加工提取其中的有用成分，一般可分为热法过程（热法生产）和湿法过程（湿法生产）。
热法生产是在高温下，将矿物与助剂进行烧结、熔融、还原、水热法处理等使其变成可溶性物质，以便进一步处理。
如在磷化工领域中，磷矿石的水热法脱氟，在电炉中用焦炭还原磷灰石为黄磷；磷矿石窑法生产磷酸；明矾石高温焙烧，钾长石熔融制造碳酸钾、白水泥等。
液固两相过程涉及湿法工艺过程。
湿法生产中常用无机盐分解矿石，如磷矿石的硝酸浸取。
这种浸取包含了化学反应过程和物质在两相间的传递。
有的过程中不仅固相中的物质向液相传递，还可能在液相中形成新的固，如生产结晶。
采用硫酸与磷酸混合浸取磷矿石过程中就会获得硫酸钙结晶。
湿法浸取的溶液中往往含有多种成分，因此必须经过分离与净化，达到中间控制或产品的技术要求。
为达到分离的目的，可以使其中一些物质变成固相，使其结晶析出。
如可以在液相中加入沉淀剂使之沉淀；也可通过蒸发、冷却等方法结晶。
获得结晶后一般采用过滤和沉淀等方法将结晶和母液分离。
为减少晶体夹带母液量，保证成品纯度，需对晶体进行洗涤。
母液和洗涤水可返回流程中适当位置，以减少有用成分的损失（如氟硅酸钠生产过程中的母液就是循环利用）。
第三章磷矿石的酸解过程生产工艺——磷酸与磷肥
3.1磷、磷酸及磷盐
通过湿法工艺采用无机盐浸取获得的磷酸主要用于肥料生产。
土壤中所含的磷一般不能满足作物需要，地壳中磷的含量为0.08%～0.12%（以P2O5计）。
我国表层土壤中磷的含量为0.03%～0.35%，而这些磷绝大部分为不溶或难溶性磷，不易被作物吸收。
因此，将矿物中的不溶磷转化为能被作物吸收的磷酸盐是化学工业的重要任务之一。
对于肥料产品中磷含量是以模拟不同性质的土壤浸出液对肥料溶解性能为依据的。
一般将肥料中的磷分为水溶性磷、枸溶性磷和不溶性磷三种，前两者称为有效磷。
水溶性磷为能溶于水的磷酸盐，如NH4H2PO4、Ca（H2PO4）2，适用于各种土壤，这类磷酸盐属于速效肥。
磷铵与普钙、重钙分别含有这两种磷酸盐。
枸溶性磷在土壤中具有缓释作用。
在肥料测试中，模拟土壤不同程度的酸性，一般采用三种类型的配置液：
①2%柠檬酸溶液浸取，类似于酸性土壤，常用于浸取钙镁磷肥、钢渣磷肥、烧结磷肥；②中性柠檬酸溶液浸取，类似于中性土壤，常用于浸取沉淀磷酸钙、磷铵；③碱性柠檬酸溶液浸取，常用于浸取普钙。
高浓度磷肥一般都是先制成磷酸，再用磷酸进一步加工而成，如磷酸一铵和磷酸二铵的生产。
所以首先要了解一下磷酸的物理化学性质。
磷酸由五氧化二磷（P2O5）与水反应得到的化合物。
根据磷的氧化程度不同，磷可以生成四种正酸型的含氧酸：
次磷酸H3PO2、亚磷酸H3PO3、正磷酸H3PO4和过磷酸H3PO5。
正磷酸称为磷酸，在与水缩合反应时，可以形成一系列的多磷酸，其结构为以四面体为单元连接的线形开链配置结构，链的长度没有明晰的极限。
若与五氧化二磷结合的水比正磷酸少，则可以形成焦磷酸H4P2O7、三聚磷酸H5P3O10、四聚磷酸H6P4O13，其通式为Hn+2PnO3n+1，它们的结构呈链状。
另一种缩合磷酸为偏磷酸（HPO3）n，呈环状结构。
3.2磷酸生产工艺
3.2.1磷矿石制取磷酸的流程
磷酸是磷化工的基本原料，特别是国民经济所需的化肥，其磷元素主要来自湿法浸取的磷酸。
工业上制取磷酸的方法有两种：
一种是用强无机酸（主要是硫酸）分解磷矿制得磷酸，称为湿法磷酸，又常称为萃取磷酸，主要用于制造高效肥料。
另一种是在高温下将天然磷矿中的磷升华，而后氧化、水合制成磷酸，称为热法磷酸，主要用于生产工业磷酸盐、牲畜和家禽的辅助饲料。
湿法浸取磷酸的介质是无机酸，常用的有硫酸、盐酸、硝酸。
硫酸分解磷矿的最大优点是因副产品硫酸钙的溶解度非常低，可在反应的同时析出其晶体，从而使分离副产品的手段简单，同时硫酸也比较便宜。
湿法磷酸生产工艺的原则流程如图：
硫酸洗涤水
磷矿磷酸
返酸
3.2.2湿法磷酸生产的反应过程
3.2.2.1磷矿酸解的主要反应
湿法磷酸生产中，磷矿[主要成分为Ca5（PO4）3F]、硫酸和返回的磷酸被一同送入酸解反应器，因此磷矿是在硫磷混酸中分解的。
磷矿酸解的主要反应如下，aq表示溶液。
Ca5（PO4）3F+5H2SO4+nH3PO4+aq=（n+3）H3PO4+5CaSO4·mH2O+HF+aq
式中，n为磷酸所占份额，若n=0，则为硫酸与磷矿作用的总反应式；m为硫酸钙所含结晶水的量，根据磷酸的浓度和温度不同，在磷酸生产中只有三种硫酸钙结晶，即无水物CaSO4、半水物CaSO4·1/2H2O、二水物CaSO4·2H2O。
在硫磷混酸分解磷矿的反应机理上，可以认为反应分两步进行，磷矿先被磷酸分解，生成磷酸一钙，然后磷酸一钙再与硫酸反应生成磷酸，反应过程如下。
Ca5（PO4）3F+7H3PO4+aq=5Ca（H2PO4）2+HF+aq
5Ca（H2PO4）2+5H2SO4+aq=10H3PO4+5CaSO4·mH2O+aq
反应中生成的氢氟酸HF与磷矿中带入的SiO2生成氟硅酸。
6HF+SiO2=+H2SiF6+2H2O
氟硅酸的气相分压将随磷酸浓度和温度的上升而增大，可能分解成四氟化硅气体逸出。
H2SiF6=SiF4+2HF
少量的H2SiF6将与SiO2反应生成SiF4，使氟硅酸的分解加剧。
2H2SiF6+SiO2=3SiF4+2H2O
溢出的四氟化硅气体与水蒸气作用，可能在设备的壁上或管路上析出硅胶沉淀。
3SiF4+（n+2）H2O=2H2SiF6+SiO2·nH2O
磷矿中的铁、铝等杂质有多种存在形式，它们将同时与磷酸发生反应，当磷酸浓度为37%（P2O5）以下时，产物主要为中性磷酸盐，大多数为无定型晶体。
析出固形物时，水分子可作为结晶水进入固相。
若以氧化物的形式表示杂质，其反应可表示如下。
（Fe，Al）2O3+2H3PO4=2（Fe，Al）PO4·nH2O+（3-n）H2O
3.2.2.2硫酸钙结晶和生产方法分类
前已述及，因反应条件的不同，在磷酸生产中只有三种硫酸钙结晶，即无水物CaSO4、半水物CaSO4·1/2H2O、二水物CaSO4·2H2O。
与湿法磷酸生产过程有关的晶型只有二水物、α-半水物和无水物Ⅱ三种。
根据上述硫酸钙的结晶形态，工业上有以下几种磷酸生产方法。
（1）二水法制湿法磷酸
二水法制湿法磷酸会造成磷的总收率不高，其原因在于：
①洗涤不完全；②磷矿的萃取不完全；③磷酸溶液陷入硫酸钙的空穴中；④磷酸一钙结晶层与硫酸钙结晶层交替生长；⑤HPO42-取代了硫酸钙晶格中的SO42-；⑥溢出、泄漏、清洗、蒸汽雾沫夹带的机械损失。
为了减少除洗涤不完全和机械损失以外的其他导致的磷损失因素，采用了将硫酸钙溶解再结晶的方法，如半水-二水法、二水-半水法等。
（2）半水-二水法制湿法磷酸
（3）二水-半水法制湿法磷酸
（4）半水法制湿法磷酸
3.2.2.3磷矿中杂质对分解过程的影响
杂质对分解过程的影响大致分为两类：
一类具有较复杂的作用，它可根据条件的不同，加快或降低磷矿的分解速率；另一类杂质是降低磷矿的分解速率。
前一类杂质中主要是氟，包括氢氟酸和氟硅酸两种形式，以及硫酸根离子和某些钾盐。
后一类包括倍半氧化物（Fe2O3，Al2O3）和其它金属杂质，如镁离子及一些有机杂质。
氟对分解速率的影响是复杂的，磷酸中氟硅酸和氢氟酸可促进磷矿分解。
这种现象可能是几个因素作用的结果，氟硅酸增大了液相氢离子的活度，改变了反应物的结晶条件、溶解度及生成物的结构。
但氟化物的存在还有负面影响，氟也可以与溶液中的钾、钠离子生成溶解度低的氟硅酸化合物，它像硅胶一样，覆盖在矿粒表面，使分解趋于困难。
当倍半氧化物与氟共存时，分解率明显降低，可能是因为倍半氧化物与氟生成配合物，在矿粒表面覆盖，增大了扩散阻力。
镁杂质的存在将严重影响磷矿的分解效果，它中和了磷酸第一离子，使分解磷矿的“游离酸”降低，同时在溶液中增加了盐的浓度，不利于磷酸的分解。
随着镁离子浓度的增加，氢离子活度下降，要使磷矿完全分解，就必须提高酸的耗量。
铁杂质能使酸的活度降低，使磷酸反应速率减慢，同时改变了一钙盐的饱和溶解度，易形成枸溶性磷或不溶性的磷酸盐。
铁铝杂质可能使酸的黏度增加，流动状况恶化。
若杂质量较高，还可能生成一些固形物沉淀在磷矿粒的表面或孔洞中，增大了传质阻力。
值得注意的是，铁铝杂质本身在磷酸系统中的溶出具有一种负温度效应。
当磷酸浓度低于某临界点时，铁铝杂质的分解率随温度的升高而降低；但磷酸浓度较高时，则分解率随温度的升高而增加。
采用低品位磷矿生产磷酸，为了减少铁铝杂质进入液相，应选择适当的工艺条件，浓度低时可采用较高的温度，既可增加磷矿石的分解速率，有抑制杂质向液相的转移；浓度较高时可适当降低操作温度，以抑制杂质分解。
3.2.2.4硫酸钙的结晶的动力学基础
各种水合物的硫酸钙的溶解度，除二水物外，溶解度均随温度升高而降低。
硫酸钙在溶液中的结晶过程一般要经历成核、生长和转晶几个阶段。
人们希望在湿法磷酸生产中，制得粗大均匀的硫酸钙晶体以便过滤洗涤。
硫酸钙的结晶过程分为：
（1）成核过程。
成核的方式有初次成核、二次成核。
初次成核又可分为：
均相成核和非均相成核。
二次成核主要是流体剪应力成核和碰撞成核。
大工业结晶器中，碰撞成核主要有四种：
晶体与搅拌桨之间的碰撞；湍流运动造成晶体与结晶器内表面的碰撞；湍流作用下晶体之间的相互碰撞；沉降速度不同造成晶体间的碰撞。
（2）生长过程。
晶体的生长由三个步骤组成：
①溶质从溶液主体穿过晶体表面的静止层到达晶体表面，此为扩散过程；②溶质进行有序排列长入晶面，同时放热，此为表面反应过程；③放出的结晶热传导回到溶液，此为传热过程。
（3）转晶过程。
转晶过程是以半水物结晶为起点，分别按下列两个不同性质的转化过程进行。
吸水转化过程CaSO4·0.5H2O+1.5H2OCaSO4·2H2O
脱水转化过程CaSO4·0.5H2OCaSO4+0.5H2O
80℃时纯磷酸中半水物转化为二水物，按照它们的进展趋势可分为两个阶段，即转化潜期和实际转化期。
①转化潜期。
在此期间内，半水物结晶保持不变，主要是进行新相的萌发，转化过程实际上并未开始。
②实际转化期。
半水物开始转化为另一个新相，固相的结晶水含量随时间的转移在持续地增大，直到完全成为二水物为止。
潜期和实际转化期之和称为完全转化期。
在硫酸钙在磷酸中的溶解度曲线中，温度一定时（如80℃时），不论是潜期还是实际转化期都随磷酸浓度的增加而减慢，这表明增大磷酸浓度有阻止吸水转化过程进行的趋势。
在湿法磷酸生产中，磷酸浓度越低，结晶过程越顺利。
（4）杂质对结晶过程的影响。
溶解在磷酸溶液中的无机和有机杂质都能干扰硫酸钙结晶的晶形。
如果表面吸附有杂质，结晶的某些表面发生选择性吸附，结晶长大的速度会下降，结晶的外形会发生变化。
在磷酸生产中，常见的杂质有铁、铝、镁和氟。
①单纯的铁、铝对结晶的影响不是很大，它使结晶细长。
但在有氟的条件下，一定的铝可以使晶体的宽度增加，长度缩短。
氟铝有产生聚晶的趋向。
②镁离子起到延缓转化和使晶粒细化的作用，可能是形成的磷酸镁吸附在晶体表面产生隔离作用。
③HF易使结晶成为细小的针状晶体，同时可促进半水物向二水物转化。
当加入活性氧化硅（硅藻土）或三价铝离子时，会分别形成氟硅酸H2SiF6或氟铝配位离子AlF63-和AlF52-，从而消除了HF的影响，使晶体粗化。
④溶液中SO32-含量对晶体外形有很大影响：
浓度过低时会生成薄片状二水物难于过滤；当浓度略为增大时会生成双晶或多个斜方六面体的针状结晶的缔合体，成为聚晶；适当的浓度可生成粗大的斜方六面晶体；浓度过大时会生成细针状晶体，并围绕一个中心成为菊花型缔合体。
⑤结晶时会发生同结晶取代现象，如HPO42-、SO42-的离子半径相近，当磷酸浓度较高时，磷酸根易于在晶格中取代硫酸根，导致磷损失。
提高温度则黏度随之降低，可减少取代；增大硫酸根浓度、增大搅拌有利于分解反应和物质传递，也会减少取代。
3.2.3二水物磷酸流程的组装
二水物流程是湿法磷酸生产上应用最早、最为广泛的工艺流程，它有不少优点，如：
①二水物结晶在稀磷酸溶液中具有很好的稳定性，不会在生产过程中发生任何相变；②能形成粗大、整齐的晶体，有利于过滤和充分洗涤，减少磷酸的损失；③生产中工艺条件的控制幅度大，便于操作及管理；④磷酸浓度低，对设备腐蚀相对较小。
因此，人们在第一次实现湿法磷酸生产时，就是从二水物流程开始的，直到今天，这个流程在湿法磷酸生产中仍占有重要地位。
我公司的磷酸生产就是采用二水物流程。
下面简单介绍一下我国广泛采用的单桨多槽流程。
硫酸
矿浆
稀磷酸排风机
空气污水
洗涤水冲盘水
过滤机
滤洗液槽磷酸贮槽
单桨多槽二水物流程简图
如图所示，从球磨机输送的含水33～35%的磷矿浆，用隔膜泵或液下料浆泵输送到反应槽矿浆进料口，磷矿浆经计量后加入到同心圆单桨多槽反应器（萃取槽）。
萃取槽由两个同心的直立圆筒子组成。
分解过程在环行室中基本完成，中间的内筒起消除磷矿短路和降低过饱和度的作用。
环行室内装有八个搅拌桨和多个阻涡挡板。
搅拌桨造成料浆沿环行室以相当大的流速朝一个方向运动。
环行区分为8个小区，中心筒为第9个区。
料浆按顺时针方向从第1区依
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