專利名稱:含有自燃性元素磷物料的處理方法
本發(fā)明是關(guān)于處理含自燃性元素磷(如P4或P2)物料的一種方法。
含有自燃性元素磷物料的處理與清除，對(duì)熟悉本領(lǐng)域的人員很重要，由于含有的元素磷的自燃特性，這類物料易于自燃，因而需要采取嚴(yán)格的措施防止物料與大氣中的氧接觸(例如用水防護(hù)層把物料覆蓋起來(lái))，下面舉出這類含有自燃性元素磷的例子。這種自燃性物料與大氣接觸會(huì)自動(dòng)著火，由于產(chǎn)生很高的溫度，十分難于撲滅，因此按照本發(fā)明，盡管在保護(hù)的同時(shí)用含氧氣體與物料接觸或噴射物料，在物料上仍需要一個(gè)防護(hù)的覆蓋層(例如用惰性氣體，最好是水覆蓋)。
例如，對(duì)于普通熟練人員來(lái)說(shuō)，安全清除含有極易自燃固態(tài)P的廢物是一大難題。通常是在貯存罐水防護(hù)層的下面發(fā)現(xiàn)有這類廢物，固體物料常是由后面講到的易于流動(dòng)的P淤漿形成，如果這種淤漿放置了一段時(shí)間，這種基本上是固態(tài)的廢物的P含量很高(例如，高于90%以上)，清除這種廢物的常規(guī)的方法是費(fèi)力的破碎方法，(例如使用風(fēng)鎬)，在水防護(hù)層下將固體生成物破碎，隨后在不與空氣接觸條件下，在小容器中清除掉。
例如熔煉磷酸鹽巖石生產(chǎn)元素磷常常導(dǎo)致含有一定數(shù)量的易流動(dòng)的淤渣生成。這種淤渣由元素磷的液滴或液珠，固體雜質(zhì)和水組成。生成磷淤渣(例如，P.淤渣)的數(shù)量隨多種因素而變化，如巖石原料的起始配方，操作條件和熔煉爐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。含磷淤渣中元素磷的含量按重量計(jì)算大約為5%～90%或者更高，生成磷淤渣按重量計(jì)算大約為元素磷爐產(chǎn)量的10%～60%，或者更高。
在工藝上大家熟知，生成的淤渣是生產(chǎn)中不希望的副產(chǎn)物，由于淤渣中含有元素磷的有用成分，因此希望有一個(gè)處理方法將磷以某種可利用的形式進(jìn)行回收。如上所述磷有自然的特性這使淤渣副產(chǎn)物變得十分危險(xiǎn)，因?yàn)閷⒂僭┞兜娇諝庵心軌蛲蝗恢疳劤苫馂?zāi)，還能造成生命財(cái)產(chǎn)的損失。因此在工藝中需要有一種方法，利用此方法可以對(duì)淤渣進(jìn)行處理或是降低它的自燃性和或者是從中回收磷的有用成分。
曾經(jīng)建議過(guò)各種處理含磷淤渣的方法，或者是把其中的磷轉(zhuǎn)化或比較理想的形式，或者是從中回收磷的有用成分。其中有效的是物理的方法，如過(guò)濾、蒸餾、攪拌和固化、振動(dòng)、離心、團(tuán)固以及類似的方法，文獻(xiàn)中也有各種回收或處理淤渣磷的化學(xué)新技術(shù)。
例如，美國(guó)專利No3，084，029披露當(dāng)少量的分散劑加到淤渣中并把淤渣的PH調(diào)到大約等于6時(shí)，可以降低淤渣的粘度和粘附性。
美國(guó)專利No3，104，952建議把淤渣與磷酸混合在一種非氧化性的氣氛中對(duì)混合物進(jìn)行蒸汽蒸餾。
美國(guó)專利No3，442，621建議，為了降低淤渣中磷的含量，用鉻酸處理淤渣并在酸化劑的存在下使淤渣中的磷凝聚。
美國(guó)專利No3，615，218講到，通過(guò)二硫化碳與淤渣混合方法從淤渣中回收磷的有用成分。
上述的每一份美國(guó)專利中說(shuō)明的步驟與本發(fā)明使用的步驟有明顯的不同。
美國(guó)專利No3，436，184建議使用一種氧化劑來(lái)降低淤渣的磷含量。雖然這個(gè)專利提到可以采用任何氧化劑，但它舉出的氧化劑只是化合物或類似的元素，該專利公開(kāi)并沒(méi)有明確講述或明確地建議采用特定類型的處理劑(例如，一種含氧的氣體)。而這一點(diǎn)正是本發(fā)明的主旨。
最近，蘇聯(lián)專利No697，401，講到用高溫流化床處理含磷淤渣。該專利一般性的講敘在44～90℃的溫度下加熱含磷淤渣，同時(shí)將一種含氧氣體以氣泡的方式通入淤渣30～60分鐘使其完全混合，然后把生成的組合物在120～180℃的流化床處理1～1.5小時(shí)，流化劑的速度為每秒3～5米。這篇資料完全沒(méi)有提到關(guān)于把淤渣層覆蓋起來(lái)防止與空氣中氧的接觸的問(wèn)題。特別與使用含氧氣體處理有關(guān)的例2，首先用石灰乳中和它的廢水產(chǎn)物生產(chǎn)石灰淤渣，然后將其加熱并用含氧氣體處理。本發(fā)明與該專利的不同在于在用一種非燃性流體將含磷物料(沒(méi)有先被中和)覆蓋(例如，用水覆蓋層)，防止與大氣中氧接觸的條件下實(shí)施本發(fā)明。
本發(fā)明是關(guān)于利用與一種含氧氣體接觸來(lái)處理含自燃性元素磷物料的方法，接觸開(kāi)始時(shí)的溫度最好為常溫，同時(shí)又另外用一種非燃性流體(如惰性氣體或適當(dāng)?shù)囊后w覆蓋劑)覆蓋物料，防止物料直接與空氣接觸。本文使用的“含磷物料”這一名詞包括前述的自燃性淤渣和含有實(shí)質(zhì)為固體元素磷的產(chǎn)物，以及被裝有淤渣或固體廢物中元素磷污染了的貯存罐的金屬構(gòu)件，還包括另外的一些物料如被P4污染的泥土，含有P4的水等。它們由于含有元素磷而極易自燃。
一種適當(dāng)?shù)馁A存罐，例如鐵路貯罐車或另外的貯罐可以用于存放含有元素磷(例如，P4淤渣或含有基本上是固體P4的物料)的廢物層，該廢物層用一種合適的覆蓋層覆蓋著使其中的元素磷與空氣隔離，避免發(fā)生任何不希望自燃事故。
根據(jù)本發(fā)明，防止含有元素磷物料與空氣中氧接觸的合適的覆蓋劑是某種非燃性的流體?？梢圆捎枚栊詺怏w，如氮?dú)?，但是最好是選用一種P2O5能夠溶解的非燃性流體，以便能夠回收用含氧氣氣體處理含元素磷物料時(shí)所生成的P2O5。水由于價(jià)廉而容易得到最為理想，它可起到一種極好的吸熱劑的作用，可以耗散掉氣體中的氧和物料中元素磷作用時(shí)在流體覆蓋層下面生成的大量熱，P2O5溶于水開(kāi)始生成稀磷酸溶液，稀磷酸在商業(yè)性生產(chǎn)中具有潛在的循環(huán)利用的價(jià)值。
根據(jù)實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)較好的方案，放置一個(gè)合適的噴射裝置與含磷物料層接觸，如果可能(當(dāng)物料層被覆蓋時(shí))，或放入含磷物料層，控制通過(guò)噴射裝置的空氣或其它含氧氣體的量，例如用一個(gè)合適的閥門，以便用含氧氣體對(duì)物料進(jìn)行處理。被處理物料中P4的含量越高，一般操作人員可能越需要開(kāi)始時(shí)對(duì)使用的噴射氣體中氧的含量進(jìn)行稀釋或選用較低的氣流速度。在開(kāi)始接觸時(shí)實(shí)際上是在室溫條件下進(jìn)行。換句話說(shuō)無(wú)需進(jìn)行外部加熱。但是按照常規(guī)的操作慣例，也可以把P4物料加熱到足夠高的溫度(44.2℃或更高)使物料熔化而具有流動(dòng)性。
對(duì)于實(shí)質(zhì)上只含有P4的那些物料，用來(lái)自液氮的氮?dú)夂涂諝饣旌虾笮纬傻囊环N氣流開(kāi)始噴射可能是比較理想的。隨著噴射的進(jìn)行及物料中元素磷的有用成分在水存在條件下轉(zhuǎn)變成不易自燃的形態(tài)(例如，轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿?，可以減小氮?dú)饬髦饾u增加氣流的氧含量和/或增大整個(gè)氣流的流速。采用愈來(lái)愈富氧的氣流繼續(xù)噴射，混合氣流中的純氧的量逐漸增大。最后當(dāng)廢物料已經(jīng)基本上轉(zhuǎn)變成自燃性明顯變小的物態(tài)時(shí)，可以采用比較純的氧氣氣流噴射。對(duì)于上述基本上是固體的廢物物料，已證明按本發(fā)明可以把這類物料流化成容易流動(dòng)的淤渣或泥漿而同時(shí)在有水防護(hù)層的條件下將元素磷轉(zhuǎn)化成一種基本上無(wú)自燃性的物料(例如轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿?。所使用氣體中氧的含量可以變動(dòng)很大(例如從大約1%到100%，決定于被處理的含元素磷物料的特性，覆蓋流體層的類型和深度等)。曾經(jīng)把純氧有效的用于凈化盛P4廢料貯罐中的含P4的金屬。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在噴射淤渣的同時(shí)，可以用一個(gè)泵通過(guò)管線從罐中抽吸同廢物接觸的磷水，通過(guò)一個(gè)管線送到儲(chǔ)存罐中去的生成物是稀的磷酸組合物，用一個(gè)循環(huán)管線能把貯存罐中水罩水平線維持在一個(gè)理想的水平上。按照本發(fā)明隨后可以用荷性堿處理從用氧處理水層中的磷形成的稀磷酸溶液，生成TSP(磷酸三鈉)和STPP(三聚磷酸鈉)一類的產(chǎn)物。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)用太陽(yáng)光(揭開(kāi)盛物料貯存罐的頂蓋)對(duì)水覆蓋層下面的含自燃性P4的廢物進(jìn)行預(yù)處理是有利的，可以在采用本方法之前部分的降低物料的自燃特性。
本文的附圖代表利用一種元素磷淤渣原料生產(chǎn)磷酸裝置的示意圖。淤渣11裝在罐12的一個(gè)相應(yīng)的水覆蓋層13的下面，罐12放在充滿水的防護(hù)器14里，為了防止淤渣滲漏和除去本方法產(chǎn)生的過(guò)量燃燒熱。噴射器的氣體管線15把含氧氣體(例如，空氣、空氣/N2、O2)送到液層13，通過(guò)噴射器把氧提供給水覆蓋層13下面的淤渣層11。隨著處理的進(jìn)行，結(jié)果在液體覆蓋層13中產(chǎn)生一種稀的磷酸溶液。通過(guò)管線16把稀磷酸溶液抽到循環(huán)罐17中，管線18用于把殘余的P2O5氣體轉(zhuǎn)移到洗氣罐19中，在19中再用它們噴射稀酸液層20?？梢杂霉芫€21把酸液送到貯存。氣體用一個(gè)合適的纖維水霧分離器洗滌后由23排出。用管線24和25噴灑稀酸使其飽和并進(jìn)行最后的洗氣。
在一個(gè)比較理想的實(shí)施方案中，噴射器的噴嘴是安裝在一個(gè)可在罐的中間上下移動(dòng)的吊桿上，結(jié)構(gòu)材料用高鎳不銹鋼，噴嘴是帶有大量孔眼的圓球，含氧氣體從孔眼通過(guò)。把一個(gè)似帽狀的罩安裝在球的末段并焊牢，有助于打碎氣體通入磷層時(shí)生成的氣泡，在罩的表面上開(kāi)一些槽溝。
列舉下面的例子對(duì)本發(fā)明加以說(shuō)明，舉出這些例子僅僅是為了說(shuō)明的目的，不應(yīng)看作是對(duì)本發(fā)明的一種限制方式。
例1按照本發(fā)明處理兩個(gè)容量為27，506加侖的貯存罐，每個(gè)罐裝有實(shí)質(zhì)上為固體元素磷的物料(例如，P的含量大約為99%)，各種組成如下大約15%的固體和85%的水。
開(kāi)始用常壓空氣通過(guò)水覆蓋層噴射P物料，逐漸升高壓力使噴射器能在大約40psi，流速大約為立方英尺/分的條件下工作6個(gè)月。經(jīng)過(guò)這樣一段時(shí)間后，大約90～95%的淤渣被加工為稀的磷酸溶液。處理后罐中P4和自燃性淤渣的數(shù)量是很小的，在沒(méi)有從罐中遷移走任何物質(zhì)(不管是液體還是固體)的情況下，只需按天向罐中加入淡水以補(bǔ)充蒸發(fā)的損失。
進(jìn)行接觸時(shí)P4物料周圍的溫度大約為30℃，這是因?yàn)樗鼈兎旁谑彝庖粋€(gè)比較熱的金屬貯罐里，還由于南加里福尼亞州陽(yáng)光充足的氣候。
例2一個(gè)容量為18，270加侖的元素磷貯罐，在使用的35年間聚積了大約4，000加侖基本上為固體P的廢物(大約99%P)，廢物用一個(gè)大約為13，700加侖的防護(hù)水層覆蓋著。通過(guò)水層不時(shí)地用空氣噴射這種不能回收P的物料大約6個(gè)月，貯罐側(cè)壁三英尺，帶有一個(gè)大約可容納3，300加侖熱淤渣的園錐體(大約99%的P)。然后每星期用純氧噴射處理貯罐大約40小時(shí)，處理約4個(gè)星期。通過(guò)逐漸增加單位時(shí)間(分)壓縮空氣的體積(從20立方英尺增加到120立方英尺)，對(duì)錐體能夠把磷水泵掉并可除掉罐的側(cè)壁而不引起冒煙著火。在去掉前，要求切割成小塊(例如，6英寸)，并用噴燈燒掉殘余的P4污染。利用本發(fā)明的步驟，兩個(gè)人4小時(shí)就可以除掉側(cè)壁部分。這樣貯存罐僅剩下一個(gè)裝有淤渣混合物(P含量大約為5%)和大約900加侖的磷水的園錐體。
上文闡明本發(fā)明的某些實(shí)施方案，不應(yīng)把它看作是對(duì)本發(fā)明的一種限制方式。在下面的權(quán)利要求
書(shū)中將規(guī)定其保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.處理含有自燃性元素磷物料的一種處理方法，該方法包括用一種含氧氣體和物料接觸，把物料轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)質(zhì)上無(wú)自燃性的物料，同時(shí)通過(guò)用一種非燃性的流體把物料覆蓋起來(lái)，防止它直接和空氣中的氧接觸。
2.按照權(quán)利要求
1的方法，其中的氣體是空氣。
3.按照權(quán)利要求
1的方法，其中非燃性流體是可溶解P2O5液體。
4.按照權(quán)利要求
1的方法，其中氣體中氧的含量從大約1%到100%。
5.按照權(quán)利要求
3的方法，其中的氣體中氧的含量從大約1%到100%。
6.按照權(quán)利要求
1的方法，當(dāng)開(kāi)始發(fā)生接觸時(shí)，物料基本上處于常溫。
7.按照權(quán)利要求
3的方法，當(dāng)接觸開(kāi)始時(shí)，物料基本上處于常溫。
8.按照權(quán)利要求
4的方法，當(dāng)接觸開(kāi)始時(shí)，物料基本上處于常溫。
9.按照權(quán)利要求
5的方法，當(dāng)接觸開(kāi)始時(shí)，物料基本上處于常溫。
10.按照權(quán)利要求
1～9的方法，用一個(gè)水的防護(hù)層覆蓋物料防止與大氣中的氧接觸。
11.按照權(quán)利要求
10的方法，空氣與物料接觸的產(chǎn)物再與水混合而生產(chǎn)的產(chǎn)物可以回收。
12.按照權(quán)利要求
11的方法，用苛性堿處理回收產(chǎn)物。
13.按照權(quán)利要求
1～9的方法，物料基本上是含有固體元素磷的物料，其中P4的含量超過(guò)90%。
14.按照權(quán)利要求
1的方法，物料暴露于陽(yáng)光下進(jìn)行預(yù)處理。
專利摘要
利用和一種含氧氣體例如空氣接觸的方法處理含自燃性元素磷的物料(例如處理一種元素磷(P
文檔編號(hào)C01B25/20GK87105401SQ87105401
公開(kāi)日1988年6月15日 申請(qǐng)日期1987年8月7日
發(fā)明者奧斯頓K·羅伯茨, 威廉E·特雷納, 史蒂夫·那卡慕拉, 列昂C·達(dá)芬, 戴維L·比德曼 申請(qǐng)人:施托?；瘜W(xué)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan