CN104445113A - 一种基于电炉的黄磷或磷酸的生产方法及原料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生产黄磷或磷酸的原料以及基于电炉生产黄磷或磷酸的降低耗能的生产方法，该原料是将磷矿石、硅石、无烟煤、助熔催化剂，按比例混合后，磨细、混匀，以降低原料的化合温度、缩短原料的化合反应时间，能提高后续生产过程中的黄磷或磷酸产量、降低生产成本，采用该原料投入到基于电炉的黄磷或磷酸的生产***中，能够降低磷还原需要的热能，即降低电炉内的反应温度。

Description

一种基于电炉的黄磷或磷酸的生产方法及原料

技术领域

本发明涉及化工领域，具体地，涉及一种生产黄磷或磷酸的原料以及基于电炉的黄磷或磷酸生产方法。

背景技术

电炉法生产黄磷的方法是将，磷矿石、硅石、焦炭原料，分别制成30mm左右大小的块状物，按比例拌匀后投入电炉中，让磷矿石、硅石、焦炭原料，在电炉内加温，在高温缺氧和一氧化碳还原气氛存在的条件下熔化为液态，在液态中磷酸钙分子与硅分子化合反应，生成硅酸钙（液态），质换出单质磷（或叫蒸发出单质磷），单质磷在高温下形单质磷气体（P4气体）和一氧化碳气体、二氧化碳气体、杂质粉尘。单质磷气体（P4气体）和一氧化碳气体、二氧化碳气体、杂质粉尘，受负压吸引进入喷淋器进行喷淋冷却和清洗除去杂质粉尘，除去杂质粉尘后的单质磷气体（P4气体）和一氧化碳气体、二氧化碳气体、进入制磷槽中得到黄磷产品，三相电炉的操作电压为220～350V。在电炉内各电极间产生电弧，使炉内温度维持在1350～1450℃。生产过程中，电炉以原料电阻和电极电弧的形式将电能转换成热能，使炉料熔融，因此电炉为主要耗能设备。怎样降低电炉的能耗是解决电炉法生产黄磷或磷酸的耗能问题的重要部分。

发明内容

本发明针对现有电炉法生产黄磷与磷酸的生产方法的不足之处，提供一种生产黄磷或磷酸的原料以及基于电炉生产黄磷或磷酸的降低耗能的生产方法，该原料是将磷矿石、红砂岩、无烟煤、助熔催化剂，按比例混合后，磨细、混匀，以降低原料的化合温度、缩短原料的化合反应时间，能提高后续生产过程中的黄磷或磷酸产量、降低生产成本，采用该原料投入到基于电炉的黄磷或磷酸的生产***中，能够降低原料化合反应需要的热能，即降低电炉内的反应温度。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种生产黄磷或磷酸的原料，将适当重量的磷矿石、红砂岩、无烟煤、助熔催化剂混合后用制粉设备加工成粉状混合物，再将粉状混合物加入适量的含固化剂的水拌匀后压制成的扁椭圆固体物或圆球型固体物。

进一步，以重量计，所述磷矿石为56-68份、红砂岩为14-26份、无烟煤为10-15份、助熔催化剂为1-6份。

固化剂为质量分数为85%的磷酸，固化剂的量为磷矿石、红砂岩、无烟煤、助熔催化剂总量的1-6%。固化剂的选择，实际上也是有选择的，不能引入新的杂质，而很多现有技术都采用的是氢氧化钠或者腐殖酸，这些粘接剂能够带来很多无法除去的微量元素混合在黄磷中，造成黄磷品质低下。

所述助熔催化剂的重量组份为：三氧化二铁0.5-3份，三氧化二铝0.5-3份，氧化镁0.3-2份，氯化钠1-3份。

所述扁椭圆固体物大小为20mm×10mm×5mm－80mm×60mm×40mm。扁椭圆固体物在炉内砌合力强，不易发生喷火事故。

所述圆球型固体物直径大小为20mm－70mm。

所述粉状混合物的细度为0.01mm-0.5mm。

传统方法是把磷矿石、硅石、焦炭原料，按比例分别制成30mm左右大小的块状物，把块状物混合拌匀进入电炉，加温熔化成液态，让高温液态中的磷酸钙中的钙分子与硅分子化合反应，生成硅酸钙分子（液态），质换出单质磷（或叫蒸发出），单质磷在高温下形单质磷气体（P4气体），单质磷气体（P4气体）经过制磷***得到黄磷产品。这种块状物加温熔化成液态化合反应的生产方法（分子间化合距离太远，化合反应慢），导致了黄磷生产的电耗增加。

而本发明将适当比例的三种原料加入适当比例的助熔催化剂和适当的固化剂混磨成为粉状物，能够降低原料在电炉中反应需要的温度，让原料中的分子在零距离或很小距离的情况下，快速化合反应，缩短化合反应时间，使传统反应温度从1350～1450℃降低到1230-1260℃，提高生产效率的同时还减少了磷元素的灼烧量，提高了磷元素的收率。

用前述原料基于电炉生产黄磷或磷酸的方法，将扁椭圆固体物或圆球固体物投入到竖式固化仓中加热除去原料结晶水与有机物杂质后，加温到1230-1260℃得单质磷气体，将单质磷气体进入增设的保温扩散式旋风除尘器除尘后，继续投放入黄磷或磷酸生产***即可得黄磷或磷酸。

将扁椭圆固体物或圆球固体物加热到除去原料结晶水与有机物杂质的温度为480℃。

本发明突破了传统的电炉法生产黄磷与磷酸的生产方法，改变了磷酸钙中的钙分子与硅分子化合反应方式，使磷酸钙中的钙分子与硅分子在达到化合反应温度时，不需要任何搅动动能，在零距离或很小很小距离的状态下速迅完成化合反应。

综上，本发明的有益效果是：

1、  本发明将适当重量的磷矿石、红砂岩、无烟煤、助熔催化剂混合后用制粉设备加工成0.01mm-0.5mm的粉状混合物，再将粉状混合物加入适量的含固化剂的水拌匀后压制成的扁椭圆固体物或圆球型固体物，能够缩短化合反应时间，成倍的降低电炉生产黄磷或磷酸的电耗，电耗从15000-16000度降低到9000度以下，生产年产量提到了50%以上，使原年产量0.6w吨的黄磷厂年产量提高到1.0w吨以上；

2、  本发明由于缩短了化合反应时间，减少了磷元素的灼烧损失量；

3、  本发明采用了无烟煤降低了原料成本；

4、  本发明由于缩短了化合反应时间，还减少了石墨电极的用量，使得电炉生产成本进一步降低；

5、  本发明在原电炉窑气出口处加设或新建电炉窑气出口处增设保温扩散式旋风除尘器，除去了窑气中97％的灰尘杂质（灰尘杂质中稀土等微量元素含量高，可利用），减少了泥磷挟带损失，减少了97％的黄磷精制工作量；

6、  本发明由于生产方法的改变，化合反应比较完全，黄磷的得率高于原来的生产方法,磷的还原率高达93％以上，总回收率高达90％以上，大幅度降低了生产成本。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

磷矿石中P₂0₅含量26－31％：可选用磷矿石选矿后的尾渣。红砂岩中Si0₂含量75－99％：可选用当地含硅量≥95％的黄砂岩、白砂岩（这三种砂岩易磨、节电）、工业废渣。无烟煤、C含量75－82%：可选用经过煅制除硫、除杂的兰炭煤、焦炭粉。

一种生产黄磷或磷酸的原料，将56份磷矿石、23份红砂岩、15份无烟煤、6份助熔催化剂，混合后用立式磨机或其它制粉设备加工成0.01mm的粉状混合物，再将粉状混合物加入15％含原料重量的2%的固化剂的水中拌匀后压制成的20mm×10mm×5mm的扁椭圆固体物。把20mm×10mm×5mm扁椭圆固体物进入到竖式固化仓内，用黄磷尾气（一氧化碳气体）在竖式固化仓底部燃烧室，燃烧加温到480℃，让扁椭圆固体物固化并除去原料结晶水与有机物后，直接进入到到原来生产黄磷与磷酸的电炉中或新建的生产黄磷与磷酸的电炉中，加热到1230-1260℃，就得到了单质磷气体（P4气体）。单质磷气体（P4气体）进入保温扩散式旋风除尘器除尘后，进入原来的黄磷生产***或新建的黄磷或磷酸生产***及可生产出黄磷或磷酸产品。其中固化剂为85wt%磷酸。其中，助熔催化剂的重量组份为：三氧化二铁0.5份，三氧化二铝0.5份，氧化镁0.3份，氯化钠2份。

实施例1的电耗降低到9000度以下，生产年产量提到了50%以上，黄磷厂年产量从原来的0.6w吨提高到1.0w吨以上；磷的还原率90.2%以上，总回收率达88％。

实施例2

磷矿石中P₂0₅含量26－31％：可选用磷矿石选矿后的尾渣。红砂岩中Si0₂含量75－99％：可选用当地含硅量≥95％的黄砂岩、白砂岩（这三种砂岩易磨、节电）、工业废渣。无烟煤、C含量75－82%：可选用经过煅制除硫、除杂的兰炭煤、焦炭粉。

一种生产黄磷或磷酸的原料，将68份磷矿石、19份红砂岩、10份无烟煤、3份助熔催化剂，混合后用立式磨机或其它制粉设备加工成0.5mm的粉状混合物，再将粉状混合物加入15％含原料重量的1%固化剂的水中拌匀后压制成直径21mm圆球型固体物。把直径21mm圆球型固体物进入到竖式固化仓内，用黄磷尾气（一氧化碳气体）在竖式固化仓底部燃烧室，燃烧加温到480℃，让圆球型固体物固化并除去原料结晶水与有机物后，直接进入到到原来生产黄磷与磷酸的电炉中或新建的生产黄磷与磷酸的电炉中，加热到1230-1260℃，就得到了单质磷气体（P4气体）。单质磷气体（P4气体）进入保温扩散式旋风除尘器除尘后，进入原来的黄磷生产***或新建的黄磷或磷酸生产***及可生产出黄磷或磷酸产品。其中，助熔催化剂的重量组份为：三氧化二铁1.5份，三氧化二铝1.8份，氧化镁0.8份，氯化钠1份。固化剂为85wt%磷酸。

实施例2的电耗降低到9000度以下，生产年产量提到了50%以上，黄磷厂年产量从原来的0.6w吨提高到1.0w吨以上；磷的还原率89.2%以上，总回收率达89％。

实施例3

磷矿石中P₂0₅含量26－31％：可选用磷矿石选矿后的尾渣。红砂岩中Si0₂含量75－99％：可选用当地含硅量≥95％的黄砂岩、白砂岩（这三种砂岩易磨、节电）、工业废渣。无烟煤、C含量75－82%：可选用经过煅制除硫、除杂的兰炭煤、焦炭粉。

一种生产黄磷或磷酸的原料，将63份磷矿石、26份红砂岩、10份无烟煤、1份助熔催化剂混合后用立式磨机或其它制粉设备加工成0.08mm的粉状混合物，再将粉状混合物加入15％含原料重量的6%固化剂的水中拌匀后压制成的80mm×60mm×40mm。扁椭圆固体物，进入到竖式固化仓内，用黄磷尾气（一氧化碳气体）在竖式固化仓底部燃烧室，燃烧加温到480℃，让扁椭圆固体物固化并除去原料结晶水与有机物后，直接进入到到原来生产黄磷与磷酸的电炉中或新建的生产黄磷与磷酸的电炉中，加热到1230-1260℃，就得到了单质磷气体（P4气体）。单质磷气体（P4气体）进入保温扩散式旋风除尘器除尘后，进入原来的黄磷生产***或新建的黄磷或磷酸生产***及可生产出黄磷或磷酸产品。

助熔催化剂的重量组份为：三氧化二铁1.5份，三氧化二铝1.8份，氧化镁0.8份，氯化钠3份。

实施例3的电耗降低到9000度以下，生产年产量提到了50%以上，黄磷厂年产量从原来的0.6w吨提高到1.0w吨以上；磷的还原率89%以上，总回收率达89％。

实施例4：

磷矿石中P₂0₅含量26－31％：可选用磷矿石选矿后的尾渣。红砂岩中Si0₂含量75－99％：可选用当地含硅量≥95％的黄砂岩、白砂岩（这三种砂岩易磨、节电）工废渣。无烟煤、C含量75－82%：可选用经过煅制除硫、除杂的兰炭煤、焦炭粉。

一种生产黄磷或磷酸的原料，将67份磷矿石、14份红砂岩、14份无烟煤、5份助熔催化剂，混合后用立式磨机或其它制粉设备加工成0.1mm的粉状混合物，再将粉状混合物加入15％含原料重量的5%固化剂的水中拌匀，后压制成直径70mm圆球型固体物。把直径70mm圆球型固体物进入到竖式固化仓内，用黄磷尾气（一氧化碳气体）在竖式固化仓底部燃烧室，燃烧加温到480℃，让扁椭圆固体物固化并除去原料结晶水与有机物后，直接进入到到原来生产黄磷与磷酸的电炉中或新建的生产黄磷与磷酸的电炉中，加热到1230-1260℃，就得到了单质磷气体（P4气体）。单质磷气体（P4气体）进入保温扩散式旋风除尘器除尘后，进入原来的黄磷生产***或新建的黄磷或磷酸生产***及可生产出黄磷或磷酸产品。

助熔催化剂的重量组份为：三氧化二铁1.5份，三氧化二铝1.8份，氧化镁0.8份，氯化钠2.4份。

实施例4的电耗降低到9000度以下，生产年产量提到了50%以上，黄磷厂年产量从原来的0.6w吨提高到1.0w吨以上；磷的还原率93%以上，总回收率达90％。

Claims (9)

1.一种生产黄磷或磷酸的原料，其特征在于，将适当重量的磷矿石、红砂岩、无烟煤、助熔催化剂混合后用制粉设备加工成粉状混合物，再将粉状混合物加入适量的含固化剂的水拌匀后压制成的扁椭圆固体物或圆形球型固体物。

2.根据权利要求1所述的原料，其特征在于，以重量计，所述磷矿石为56-68份、红砂岩为14-26份、无烟煤为10-15份、助熔催化剂为1-6份。

3.根据权利要求2所述的原料，其特征在于，固化剂为质量分数为85%的磷酸，固化剂的量为磷矿石、红砂岩、无烟煤、助熔催化剂总量的1-6%。

4.根据权利要求1-3任一项所述的原料，其特征在于，所述助熔催化剂的重量组份为：三氧化二铁0.5-3份，三氧化二铝0.5-3份，氧化镁0.3-2份，氯化钠1-3份。

5.根据权利要求1-3任一项所述的原料，其特征在于，所述扁椭圆固体物大小为20mm×10mm×5mm－80mm×60mm×40mm。

6.根据权利要求1-3任一项所述的原料，其特征在于，所述圆球型固体物直径大小为21mm－70mm。

7.根据权利要求5所述的原料，其特征在于，所述粉状混合物的细度为0.01mm-0.5mm。

8.用权利要求1-7任一项所述的原料基于电炉生产黄磷或磷酸的方法，其特征在于，将扁椭圆固体物或圆球固体物投入到竖式固化仓中加热除去原料结晶水与有机物杂质后，加温到1230-1260℃得单质磷气体，将单质磷气体进入增设的保温扩散式旋风除尘器除尘后，继续投放入黄磷或磷酸生产***即可得黄磷或磷酸。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于， 将扁椭圆固体物或圆球固体物加热到除去原料结晶水与有机物杂质的温度为480℃。