湿法磷酸生产原理
磷酸工艺知识
磷酸工艺知识讲解第一讲二水湿法磷酸工艺原理一、湿法磷酸生产化学反应原理1、反应方程式：Ca5(PO4)3F + 5H2SO4+ 5n•H2O = 5CaSO4•nH2O + 3H3PO4+ HF↑磷矿石硫酸磷石膏(副产品) 磷酸(产品) 尾气其中，未定变量n有三种值，分别为0、1/2、2，则对应的副产品也分为三种，分别为无水物、半水物与二水物。
同时对应的生产方法也分别叫：无水法、半水法与二水法。
在实际的国内乃至国际工业生产中，二水法磷酸的生产工艺占80%以上。
2、二水法磷酸工艺原理：当n=2时，1中的方程式为：Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O = 5CaSO4•2H2O + 3H3PO4+ HF↑3、硫酸分解中磷矿分两步完成①磷矿首先被磷酸分解：Ca5(PO4)3F+7H3PO4=5Ca(H2PO4)2+HF② Ca(H2PO4)2与硫酸反应生成磷酸：5Ca(H2PO4)2 + 5H2SO4 + 10H2O = 5CaSO4•2H2O + 10 H3PO4由上可知，磷矿在反应槽中首先与槽内的磷酸反应，所以工艺上应将硫酸加入点放在磷矿加入点的后面位置。
4、什么叫二水湿法磷酸工艺？磷酸的工业生产方法分为热法生产与湿法生产两类。
从广义上讲，凡是用酸分解磷矿制成的磷酸，称为湿法磷酸，通常用硫酸分解磷矿，所以上述用硫酸分解磷矿，且副产品是二水物的磷酸生产工艺称为二水湿法磷酸工艺。
5、二水法工艺技术主要特点：（与半水法或其它方法相比较）①流程简单、操作稳妥可靠；②装置建厂数量最多，且单系列生产规模最大，居各种工艺之首；③对磷矿适应性强，特别对我国磷矿品位低，杂质含量高的情况尤为适用；④在较低的酸温和较低的酸浓度下操作，使得衬胶设备和不锈钢设备使用寿命延长；⑤二水石膏过滤不受过滤机类型限制，转台式、翻盘式及带式均可使用；⑥工业化磷酸装置P2O5收率一般在94%——96%之间。
二、湿法磷酸生产的原料湿法磷酸生产的主要原料是磷矿与硫酸。
湿法磷酸生产原理
CaSO4Ⅱ
贵州川恒化工股份有限责任公司 1.3.2 硫酸钙结晶的热力学原理 1.3.2.1 硫酸钙在CaSO4--H3PO4--H2O三元体系相平衡 • ef线—半水物与无水物转化平衡线 CaSO4· 0.5H2O CaSO4 + 0.5H2O • 转化平衡点磷酸浓度与温度关系式 T1=-0.153P+0.00667P2-0.000533P3+107 • Cd线---半水物与二水物转化平衡线 CaSO4· 0.5H2O +1.5H2O CaSO4· 2H2O • 转化平衡点磷酸浓度与温度关系式 T1=-0.032P+0.0506P2+265.4 • 二水物的稳定区域在cd线以下 • 湿法二水物流程极限温度在c点处，极限 磷酸浓度在d点处。
很慢
CaSO4· 2H2O
很慢
CaSO4
CaSO4· 2H2O CaSO4 •根据CaSO4-H3PO4-H2O系统相平衡图，简明湿法磷酸生产中，所采用的工 艺流程和工艺条件的关系。 •采用二水物流程，工艺条件应控制在abcd区域内，cd线是二水物流程极限 •二水物稳定区域Ⅲ内，温度过低，不利于磷矿分解和硫酸钙结晶，且要移 走大量热，在实际工业上难于实现。
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cd线以上区域 为CaSO4稳定 区，转化顺序： abcd线区域为 CaSO4稳定区， 转化顺序： ab线以下区域为 CaSO4· 2H2O稳 定区，转化顺序：
CaSO4· 2H2O
很快
CaSO4· 0.5H2 O
很快
CaSO4·Байду номын сангаас0.5H2 O
CaSO4· 0.5H2 O
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2 硫酸钙结晶过程
湿法磷酸净化技术及发展
湿法磷酸净化技术及发展1. 引言1.1 湿法磷酸净化技术概述湿法磷酸净化技术是一种常见的工业废水处理技术，用于去除废水中的磷酸盐，从而达到净化水质的目的。
磷酸是一种常见的水质污染物，过量的磷酸会导致水体富营养化，从而影响水体生态平衡和人类健康。
湿法磷酸净化技术主要是通过化学反应将废水中的磷酸盐转化为不溶于水的沉淀物，然后通过沉淀物的沉淀和分离过程，彻底去除磷酸盐。
这种技术通常包括混凝、絮凝、沉淀、澄清、过滤等步骤，可以有效去除废水中的磷酸盐。
目前，湿法磷酸净化技术已经在各种领域得到广泛应用，包括污水处理厂、化工厂、电镀厂等。
随着环保意识的提高和污水排放标准的不断提高，湿法磷酸净化技术将在未来得到更广泛的应用和发展。
2. 正文2.1 湿法磷酸净化技术原理湿法磷酸净化技术原理是指利用化学方法将含有磷酸的废水进行处理，使其达到排放标准的一种技术。
其主要原理包括四个方面：沉淀法、氧化还原法、中和法和吸附法。
首先是沉淀法，通过添加适当的沉淀剂，使废水中的磷酸与沉淀剂起反应生成不溶性沉淀，进而达到磷酸净化的目的。
其次是氧化还原法，通过氧化剂或还原剂的作用，将废水中的磷酸氧化或还原成不易溶解的物质，从而实现磷酸的净化。
再次是中和法，通过添加中和剂中和废水中的酸性物质，使磷酸转化为不易溶解的盐类，达到净化的效果。
最后是吸附法，利用活性炭、氧化铁等材料具有较强的吸附性能，将废水中的磷酸吸附到材料表面，从而使废水中的磷酸得到去除。
综合以上几种原理，湿法磷酸净化技术能有效处理磷酸废水，保护环境，提高水质。
2.2 湿法磷酸净化技术应用领域湿法磷酸净化技术在不同领域有着广泛的应用。
环境保护领域是湿法磷酸净化技术的主要应用领域之一。
在环保领域，湿法磷酸净化技术被用于处理工业废水、农业废水和生活污水中的磷酸盐污染物。
磷酸盐是一种常见的污染物，会导致水体富营养化，破坏水生态系统的平衡，影响水质和生物多样性。
通过湿法磷酸净化技术，可以有效去除废水中的磷酸盐，净化水质，保护水环境。
湿法磷酸生产原理及生产方法的选择
湿法磷酸生产原理及生产方法的选择湿法磷酸生产原理及生产方法的选择摘要目前国内外磷酸的生产工艺主要有“热法”和“湿法”两种。
二者相比较，湿法磷酸的工艺特点是产品成本相对较低，但是质量较差，且对磷矿的品位和杂质含量都有较高的要求，尽管如此，二水物法还是得到了广泛的应用，目前国际上制备工业磷酸主要采用湿法。
二水物法湿法磷酸生产工艺的研究开发和反应槽、过滤机等主要设备设计技术的日臻成熟和完善，为二水物法湿法的大规摸工业化生产打下了坚实的基础。
在二水物法湿法磷酸生产过程中，由于磷矿与硫酸的反应速率与磷矿的细度密切相关，因此矿浆送入反应槽之前磷矿石一般需经过粉碎(中碎)和研磨(细碎)两个工序。
湿法研磨流程短、生产能力大，这就加快萃取工序的反应速度。
湿法磷酸生产过程中，制得粒大、均匀、稳定的二水物和α半水物硫酸钙结晶，便于过滤分离和洗涤干净是十分重要的问题。
关键词：湿法磷酸，二水物法一湿法磷酸生产的基本原理工业上制取磷酸的方法有两种：一种是用强无机酸(主要用硫酸)分解磷矿制得磷酸，称湿法磷酸，又称萃取磷酸，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。
本设计主要讨论湿法磷酸。
1.1 湿法磷酸生产的基本原理用酸(硫酸、硝酸、盐酸等)分解磷矿制得的磷酸统称湿法磷酸，而用硫酸分解磷矿制取磷酸的方法是湿法磷酸生产中最主要的方法。
即用硫酸处理天然磷矿[主要成分为3Ca（PO4）2•CaF2]分解，生成磷酸溶液及难溶性的硫酸钙沉淀。
其总化学反应式如下：Ca5F(PO4)3＋5H2SO4＋5nH2O===3H3PO4＋5CaSO4·nH2O＋HF实际上，反应分两步进行。
第一步是磷矿和循环料浆(或返回系统的磷酸)进行顶分解反应，循环的料浆中含有磷酸且循环量很大，磷矿首先溶解在过量的磷酸溶液中生成磷酸一钙：Ca5F(PO4)3＋7H3PO4===5Ca(H2PO4)2＋HF↑这一步称为预分解。
制湿法磷酸实验报告
一、实验目的1. 了解湿法磷酸的制备原理和工艺流程。
2. 掌握湿法磷酸的制备方法和操作步骤。
3. 通过实验验证湿法磷酸制备过程中的关键参数对产品质量的影响。
二、实验原理湿法磷酸制备原理：以磷矿石为原料，通过硫酸或盐酸等无机酸浸出，得到粗磷酸，再经过净化、浓缩等步骤，最终得到湿法磷酸。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 磷矿石（P2O5含量≥30%）- 硫酸（浓度98%）- 碳酸钠（纯度≥99%）- 硫酸铵（纯度≥99%）- 氢氧化钠（纯度≥99%）- 活性炭- 滤纸- 实验用水2. 实验仪器：- 磷矿石浸出装置- 磷酸浓缩装置- 蒸馏装置- pH计- 电热恒温水浴锅- 电子天平- 磷酸滴定仪- 离心机四、实验步骤1. 磷矿石浸出- 将磷矿石破碎至小于10mm的颗粒。
- 将破碎后的磷矿石与硫酸按一定比例混合，放入浸出装置中。
- 控制浸出温度和浸出时间，使磷矿石充分浸出。
- 浸出液经过滤，得到粗磷酸。
2. 净化- 将粗磷酸与活性炭混合，进行吸附净化。
- 吸附后的磷酸通过滤纸过滤，去除活性炭。
- 调节pH值至6.5-7.5，使磷酸中的杂质离子沉淀。
3. 浓缩- 将净化后的磷酸放入浓缩装置中，加热浓缩。
- 控制浓缩温度和浓缩时间，使磷酸浓度达到要求。
4. 脱水- 将浓缩后的磷酸通过蒸馏装置进行脱水，得到湿法磷酸。
5. 检测与分析- 对制备的湿法磷酸进行P2O5含量、pH值、杂质离子含量等指标的检测。
- 分析实验数据，探讨关键参数对产品质量的影响。
五、实验结果与分析1. P2O5含量：实验制备的湿法磷酸P2O5含量达到（以P2O5计）≥40%。
2. pH值：实验制备的湿法磷酸pH值在6.5-7.5范围内。
3. 杂质离子含量：实验制备的湿法磷酸中，铁、镁、铝等杂质离子含量均低于国家标准。
4. 实验数据分析：通过实验数据可以看出，影响湿法磷酸制备质量的关键参数有浸出温度、浸出时间、净化温度、净化时间、浓缩温度、浓缩时间等。
湿法磷酸生产原理
CaSO4·0.5H2
O
CaSO4·2H2O
很慢
CaSO4
CaSO4
CaSO4
CaSO4·2H2O
•根据CaSO4-H3PO4-H2O系统相平衡图，简明湿法磷酸生产中，所采用的工
艺流程和工艺条件的关系。
•采用二水物流程，工艺条件应控制在abcd区域内，cd线是二水物流程极限
•二水物稳定区域Ⅲ内，温度过低，不利于磷矿分解和硫酸钙结晶，且要移
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2 硫酸钙结晶过程
2.1 晶核生成对结晶影响 结晶微观过程：
•过饱和溶液---溶质超过所处条件下的饱和 溶解度，而未析出晶体的溶液。(不稳定状 态) •过饱和度S=C/C0；相对过饱和度σ=S-1 C---过饱和溶液浓度；C0----饱和溶液浓度 •晶核大小及生成速率与过饱和度关系
•剩余SO42-存在，导致硫酸钙 溶解度变化，即引起硫酸钙 结晶在系统中平衡点轨迹移 动。
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1.3.5、硫酸钙在CaSO4-H3PO4-H2SO4-H2O四元体系中相平衡
•溶液中SO3=0时，半水硫酸 钙与二水硫酸钙转化平衡线 对应于三元系统中cd线，平 衡点移动轨迹与三元系统吻 合。
•从MgO耗酸计算可以看到，MgO耗硫酸量占理论耗酸量的百分率是磷矿中 MgO/CaO的1.4倍。 •生成的MgSO4全部溶解于磷酸溶液中，与Mg2+结合的SO42-将对液相”优惠 SO3%”浓度的控制产生干扰。 •MgSO4在磷酸溶液中引起液相SO3%浓度的增值为MgO的“SO3当量浓度”。
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用上述晶体成核原理和晶体成长过程简述硫酸钙结晶的微观过程。 过饱和度对硫酸钙结晶的影响
磷酸工艺
磷酸工艺知识讲解第一讲二水湿法磷酸工艺原理一、湿法磷酸生产化学反应原理1、反应方程式：Ca5(PO4)3F + 5H2SO4+ 5n•H2O = 5CaSO4•nH2O + 3H3PO4+ HF↑磷矿石硫酸磷石膏(副产品) 磷酸(产品) 尾气其中，未定变量n有三种值，分别为0、1/2、2，则对应的副产品也分为三种，分别为无水物、半水物与二水物。
同时对应的生产方法也分别叫：无水法、半水法与二水法。
在实际的国内乃至国际工业生产中，二水法磷酸的生产工艺占80%以上。
2、二水法磷酸工艺原理：当n=2时，1中的方程式为：Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O = 5CaSO4•2H2O + 3H3PO4+ HF↑3、硫酸分解中磷矿分两步完成①磷矿首先被磷酸分解：Ca5(PO4)3F+7H3PO4=5Ca(H2PO4)2+HF② Ca(H2PO4)2与硫酸反应生成磷酸：5Ca(H2PO4)2 + 5H2SO4 + 10H2O = 5CaSO4•2H2O + 10 H3PO4由上可知，磷矿在反应槽中首先与槽内的磷酸反应，所以工艺上应将硫酸加入点放在磷矿加入点的后面位置。
4、什么叫二水湿法磷酸工艺？磷酸的工业生产方法分为热法生产与湿法生产两类。
从广义上讲，凡是用酸分解磷矿制成的磷酸，称为湿法磷酸，通常用硫酸分解磷矿，所以上述用硫酸分解磷矿，且副产品是二水物的磷酸生产工艺称为二水湿法磷酸工艺。
5、二水法工艺技术主要特点：（与半水法或其它方法相比较）①流程简单、操作稳妥可靠；②装置建厂数量最多，且单系列生产规模最大，居各种工艺之首；③对磷矿适应性强，特别对我国磷矿品位低，杂质含量高的情况尤为适用；④在较低的酸温和较低的酸浓度下操作，使得衬胶设备和不锈钢设备使用寿命延长；⑤二水石膏过滤不受过滤机类型限制，转台式、翻盘式及带式均可使用；⑥工业化磷酸装置P2O5收率一般在94%——96%之间。
二、湿法磷酸生产的原料湿法磷酸生产的主要原料是磷矿与硫酸。
湿法磷酸生产原理
谢谢！
• 1、Ca5F(PO4)3+ 7H3PO4 =5 Ca(H2 PO4)2 +HF
• 2、5Ca(H2PO4)2+5H2SO4+10H2O= 5CaSO4.nH2O +10H3PO4
•
除去主要反应外，还有许多副反应，最为
重要 的如下：
• 3、 CaF2+ H2SO4 = CaSO4 +2HF
• 4、 6HF+SiO2 = H2SiF6 +2H2O
•
生产系统：硫酸分解磷矿石后，生产
二水硫酸钙晶体（石膏）和浓度为28%左右的 稀磷酸的混合料浆，然后经过滤分离后得到成 品稀酸，该稀酸经蒸发水分提浓后，最终得到 要求的成品磷酸。
１、主要化学反应为：
Ca5F(PO4)3+5H2SO4+5nH2O=5CaSO4.nH2O+3H3PO4 +HF
实际上，该反应分两步完成：
•
本装置的硫酸由硫酸分厂罐区直截打到
反应槽。其浓度为96-98%
• （2）磷矿
•
本装置用的磷矿是由选矿厂经过破碎浮
选后制成精矿浆泵送到浓密车经浓密后泵送装 置使用。其含回量为63-70%，P2O5含量为
33%左右
三、 产品说明
浓磷酸 P2O5 %wt≥48 含固量 %wt≤2
F
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6
•80℃下，生产30%P2O5对应SO3%=-1.15%，而实际控制SO3%=3%,状态点
A1将落在平衡点A上，处于半水物介稳区，无法实现二水工艺流程。
•80℃下，生产28%P2O5对应SO3%=0.62%，而实际控制SO3%=3%,状态点
B1将落在平衡点B上，处于半水物介稳区，无法实现二水工艺流程。
CaSO4Ⅱ
细小长方形片状晶体:结晶细小，过滤洗涤困难。
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1.3.2 硫酸钙结晶的热力学原理 1.3.2.1 硫酸钙在CaSO4--H3PO4--H2O三元体系相平衡
• ef线—半水物与无水物转化平衡线
CaSO4·0.5H2O
CaSO4 + 0.5H2O
• 转化平衡点磷酸浓度与温度关系式
❖磷酸有促进二水转化为无水物趋势，但二水转化为无水物转化期较长，在 生产上无实际意义。
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表二 80℃各个平衡点对应的SO3%和P2O5%值
平衡点P2O5%
30(A点 28(B点) ）
25(C点)
22(D点)
•根据平所衡用点磷S矿O通3%过实验测得-1，.15二水物0工.6艺2 中优惠[S3.O283%]=3%
•80℃下，生产25%P2O5对应SO3%=3.28%，而实际控制SO3%=3%,状态点
C1将落在平衡点C下，处于二水物稳定区，但C1距平衡点C太近，转化推动
力小，转化控制区域窄，不利于工业化二水工艺流程。
•80℃下，生产22%P2O5对应SO3%=6%，而实际控制SO3%=3%,状态点D1将
湿法磷酸生产基本原理
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目录 1 湿法磷酸基本原理 1.1 湿法磷酸原理结构图 1.2 化学反应原理 1.3 硫酸钙结晶原理 1.3.1 硫酸钙晶型和晶习 1.3.2 硫酸钙结晶热力学原理 1.3.3 硫酸钙结晶动力学原理 1.3.4 硫酸钙在四元系统相平衡 2 硫酸钙结晶过程 2.1 晶核生成对结晶过程影响 2.2 晶核生长对结晶过程的影响 2.3晶核生成和晶体成长在硫酸钙结晶过程体现 3 工业操作条件及杂质对二水硫酸钙结晶过程影响 3.1 工业操作条件对二水硫酸钙结晶影响 3.2 磷矿中杂质对二水硫酸钙结晶过程影响 4主要工艺指标计算 5 参考文献
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•根据图3和图4可以看出cd线以下CaSO4·2H2O
的稳定区域是相对的。存在CaSO4的稳定相。
•图2中ab线—二水物与无水物转化平衡线
CaSO4·2H2O
CaSO4 + 2H2O
•图2中cd线---半水物与二水物转化平衡线
CaSO4·0.5H2O +1.5H2O CaSO4·2H2O
走大量热，在实际工业上难于实现。
贵州川恒化工股份有限责任公司 1.3.3硫酸钙结晶的动力学原理
表一 80℃时二水物转化为无水物的完全转化期
磷酸浓度P2O5%
30
19.6
12.75
完全转化时间(d)
10
19
78
❖潜期---旧相保持不变，主要进行新相萌发，转化过程实际没有开始。 ❖转化期---旧相开始转化为新相，直到完全转化为止。 ❖磷酸有延缓半水物向二水物转化趋势，即低磷酸浓度下，二水结晶顺利。
Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 5nH2O = 5CaSO4·nH2O +3H3PO4 + HF 1.2.3 湿法磷酸生产的控制方向
最
硫酸钙水合结晶稳定
大
磷矿P2O5转化率
P2O5
收 率
P2O5过滤洗涤率
结晶粗大整齐易过滤洗涤
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1.3 硫酸钙结晶原理 1.3.1 硫酸钙的晶型(不同硫酸钙水合结晶)和晶型(各种硫酸钙水合结晶的外形)
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1.1 湿法磷酸原理结构图 湿法磷酸生产基本原理
化学反应基本原理
硫酸钙结晶原理
硫酸钙结晶热力学原理
硫酸钙结晶动力学原理
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1.2ห้องสมุดไป่ตู้化学反应原理
1.2.1 湿法磷酸定义 用酸(H2SO4、HNO3、HCl等)分解磷矿制得磷酸的方法，湿法磷酸最基本
硫
薄片状结晶:晶体面积大，孔隙率小，不易过滤。
双晶体或多晶体:较好的过滤洗涤性能，晶间包藏大。
酸 CaSO4·2H2O
斜方六面单晶体:有一定厚度，较佳过滤洗涤性能。
钙
针状晶体:过滤速度快，洗涤困难，滤饼含湿量大。
针状聚合晶体:过滤性好，晶间包藏大，不易洗涤。
晶
型
α-CaSO4·0.5H2O
球状聚合晶体:颗粒晶体粗大均匀，孔隙率大，有较 好的过滤洗涤性能。
和常见的是用H2SO4分解磷矿制取磷酸。 1.2.2 H2SO4分解磷矿的主要化学反应式 •磷矿与循环料浆(或返回系统的磷酸)进行预分解反应：
Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 = 5Ca(H2PO4)2 + HF (A) •磷酸二氢钙料浆与稍过量的硫酸进行萃取结晶反应：
5Ca(H2PO4)2 + 5H2SO4 + 5nH2O = 5CaSO4·nH2O +10H3PO4 (B) (A) +(B)的总反应为：
•Ⅲ区域为二水物稳定区；Ⅰ区域为无水物稳定
区；Ⅱ区域为无水物稳定区。
cd线以上区域 为CaSO4稳定 区，转化顺序：
CaSO4·2H2O
很快
CaSO4·0.5H2
O
很慢
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abcd线区域为 CaSO4稳定区， 转化顺序：
CaSO4·0.5H2
O
很快
ab线以下区域为
CaSO4·2H2O稳
T1=-0.153P+0.00667P2-0.000533P3+107 • Cd线---半水物与二水物转化平衡线
CaSO4·0.5H2O +1.5H2O CaSO4·2H2O • 转化平衡点磷酸浓度与温度关系式
T1=-0.032P+0.0506P2+265.4
• 二水物的稳定区域在cd线以下
• 湿法二水物流程极限温度在c点处，极限 磷酸浓度在d点处。
定区，转化顺序：
CaSO4·0.5H2
O
CaSO4·2H2O
很慢
CaSO4
CaSO4
CaSO4
CaSO4·2H2O
•根据CaSO4-H3PO4-H2O系统相平衡图，简明湿法磷酸生产中，所采用的工
艺流程和工艺条件的关系。
•采用二水物流程，工艺条件应控制在abcd区域内，cd线是二水物流程极限
•二水物稳定区域Ⅲ内，温度过低，不利于磷矿分解和硫酸钙结晶，且要移