專利名稱：一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法
一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法技術(shù)領(lǐng)域
一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法，涉用一種采用磷礦石制備黃磷，特別是采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法。技術(shù)背景
目前，國(guó)內(nèi)外黃磷生產(chǎn)均用電爐法生產(chǎn)。電爐法生產(chǎn)黃磷即將磷礦石、硅石、碳質(zhì)還原劑混合料加入密閉的三相電爐中，在1300 1500°C高溫下熔融，進(jìn)行化學(xué)還原反應(yīng)， 生成元素磷(P4)、一氧化碳(CO)等氣態(tài)物并挾帶粉塵逸出，稱磷爐氣。含磷爐氣經(jīng)除塵、冷凝洗滌、精制分離得到成品磷。同時(shí)，副產(chǎn)磷鐵和爐渣。
電爐法生產(chǎn)黃磷的主要工藝流程都基本相同。但由于電爐容量(規(guī)模)大小、爐型各有不同，在設(shè)備配置、一般工藝流程上有所差異。其中磷爐氣冷凝洗滌前的除塵工藝差異為最根本區(qū)別。
( 1)大型自焙電極制磷電爐大型自焙制磷電爐主要為德國(guó)、前蘇聯(lián)、美國(guó)等技術(shù)。由于其具有磷爐變壓器容量大 (一般50000kVA-90000kVA)、產(chǎn)量大(一般30000t/a及以上)所以稱其為大型制磷電爐。其采用自焙電極。入爐原料制備非常嚴(yán)格，采用熱處理如燒結(jié)法、球團(tuán)法預(yù)處理后入爐，不直接使用塊礦入爐。爐氣溫度一般高于350°C，采用電除塵工藝，爐氣直接進(jìn)入靜電除塵器除塵。除塵凈化后的磷氣進(jìn)入冷凝塔得到粗磷，再經(jīng)過濾精制得到產(chǎn)品黃磷。
(2)多電極制磷電爐多電極制磷電爐為中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)。由于其磷爐變壓器容量及產(chǎn)量均比大型自焙電極磷爐小較多，一般為觀000 kVA以下、產(chǎn)量一般7000-10000t/a，俗稱小磷爐。電爐電極采用成型石墨電極，多電極布置形式，一般為三相6根、三相7根 #500 或#600 石墨電極。與大型自焙電極制磷電爐不同，多電極制磷電爐入爐原料不需燒結(jié)料或球團(tuán)料，采用烘干預(yù)處理，塊礦入爐。爐氣溫度一般在150°C左右(導(dǎo)氣管)，最低在80°C左右(導(dǎo)氣管)。爐氣凈化沒有采用靜電除塵器除塵工藝技術(shù)。爐氣出爐后直接進(jìn)入冷凝塔，經(jīng)冷凝塔水噴淋洗滌、冷卻，黃磷凝聚成液滴，與絕大部分粉塵一起進(jìn)入受磷槽中， 得到粗磷。粗磷在精制鍋中用蒸汽加熱，漂洗精制、澄清后，得產(chǎn)品黃磷，同時(shí)得到含有磷 20%左右的泥磷。
從以上可以看出，按對(duì)磷爐氣凈化的不同處理工藝，磷爐氣凈化可分為濕法除塵工藝和干法除塵工藝。
(3)磷爐氣性質(zhì)電爐法制磷產(chǎn)生的磷爐氣為混合氣體，主要由磷蒸汽、Co、粉塵等組成。在該混合氣體中，磷蒸汽的露點(diǎn)為180. 7°C。磷蒸汽為該工藝產(chǎn)品黃磷的氣態(tài)相物，是收集的對(duì)象。所以必須對(duì)磷爐氣進(jìn)行除塵。
制磷電爐爐氣中的粉塵，一部分是原料中夾帶粉塵和爐料在電爐內(nèi)受熱炸裂產(chǎn)生，另一部分是爐料中揮發(fā)分遇高溫?fù)]發(fā)逸出和化學(xué)反應(yīng)生成揮發(fā)性化合物，溫度降低后又冷凝下來。前者產(chǎn)生的粉塵顆粒較大，超過10 _，后者分散度很高，一般小于10 磷爐氣中含塵量一般在50-150g/m3。粉塵的化學(xué)成分主要為P2O5 (即磷酸鹽)、Si02、堿金屬及焦粉(以炭黑的形式存在)等。
多電極制磷電爐爐氣最初采用箱式除塵器，但由于設(shè)備龐大、除塵效率低，且黃磷在除塵器內(nèi)凝結(jié)嚴(yán)重等系列問題無法得到推廣應(yīng)用。后曾研究過應(yīng)用靜電除塵器，但也因?yàn)槌龎m器內(nèi)黃磷凝結(jié)嚴(yán)重、排灰操作條件很差等原因，也無法得到推廣應(yīng)用。所以目前均采用直接進(jìn)入冷凝塔噴淋洗滌的濕法除塵工藝。
(4)多電極制磷電爐爐氣濕法除塵、收磷與精制的不足①目前多電極制磷電爐爐氣濕法除塵、收磷與精制工藝工藝流程長(zhǎng)且復(fù)雜，需經(jīng)洗氣、 收磷、精制、磷泥回收處理等工序，排污環(huán)節(jié)多、勞動(dòng)強(qiáng)度大。
②廢水產(chǎn)生量大，濕法除塵工藝生產(chǎn)每噸黃磷產(chǎn)生20 40m3的含磷污水，廢水處理成本高。采用干法電除塵后，噸黃磷污水的產(chǎn)生量可減少90%以上。
③泥磷產(chǎn)生量大。每生產(chǎn)一噸黃磷泥磷產(chǎn)生30%的泥磷，泥磷中含磷20%左右。降低了一次收磷率，也增加了泥磷的處理成本。
④磷爐尾氣雜質(zhì)高，不易回收利用。
所以，很有必要針對(duì)我國(guó)普遍使用的多電極制磷電爐爐氣性質(zhì)，研究開發(fā)先進(jìn)高效的磷爐氣干法除塵及后續(xù)收磷、精制工藝技術(shù)，替代當(dāng)前磷爐氣濕法除塵工藝，這對(duì)提高我國(guó)黃磷工業(yè)的清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排技術(shù)水平具有重要實(shí)際意義，也具有重大的推廣使用價(jià)值。
(5)目前靜電除塵工藝技術(shù)在多電極制磷電爐爐氣凈化應(yīng)用中的限制大型自焙電極制磷電爐采用的靜電除塵工藝由于具有如下三個(gè)原因一是對(duì)原料制備 (燒結(jié)、球團(tuán)法等)的質(zhì)量要求和工藝制備近似苛刻(入爐焦炭水分、粒度、爐氣溫度等);二是靜電除塵工藝配套設(shè)施龐大、技術(shù)要求高；三是氮?dú)庑栌昧看?，需要配套建設(shè)相應(yīng)的空分裝置生產(chǎn)氮?dú)猓糜趯?duì)整臺(tái)電除塵器的密封、夾套保溫等。導(dǎo)致建設(shè)費(fèi)用巨大、運(yùn)行和維修費(fèi)用高、人員技術(shù)要求高，所以無法在中小規(guī)模的多電極制磷電爐裝置中應(yīng)用。
多電極制磷電爐由于沒有與大型自焙電極制磷電爐那樣對(duì)入爐原料進(jìn)行嚴(yán)格的熱處理，其爐氣性質(zhì)與大型自焙電極制磷電爐爐氣差異很大，尤其是爐氣溫度過低，低于磷蒸汽露點(diǎn)，致使磷蒸汽在電除塵器中冷凝，電除塵器無法正常工作，且出灰操作條件非常差，以及各種磷爐氣特有性質(zhì)等原因?qū)е蚂o電除塵工藝無法在多電極制磷電爐中得到應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種投資小、運(yùn)行費(fèi)用低， 且具有較高的一次磷收得率，能極大減少泥磷產(chǎn)生量和廢水產(chǎn)生量的，有效解磷爐氣粉塵凈化過程存在的各種問題的采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法。
本發(fā)明的目的是通過以技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法，其過程包括采用多電極制磷電爐制備出磷爐氣，其特征在于其步驟依次還包括(1)將制備出的磷爐氣進(jìn)行加熱升溫；(2)重力沉降除塵；(3)電除塵器除塵；(4)收磷、精制。
本發(fā)明一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法，其特征在于將制備出的磷爐氣進(jìn)行加溫至溫度為260°C以上。
本發(fā)明一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法，其特征在于所將制備出的磷爐氣進(jìn)行加溫和重力沉降除粉塵過程在一個(gè)裝置中進(jìn)行；其裝置的結(jié)構(gòu)包括沉降室腔體一該腔體為一在垂直側(cè)壁上、水平方向居中、相對(duì)開有爐氣進(jìn)口和爐氣出口，在底部開有排灰口的腔體；爐氣進(jìn)氣管一該進(jìn)氣管為一與沉降室腔體爐氣進(jìn)氣口固接的擴(kuò)錐形管； 爐氣出氣管一該出氣管為一與沉降室腔體爐氣出氣口固接的縮錐形管； 排灰斗一該排灰斗為漏斗狀，上端與沉降室腔體底部開有的排灰口固接； 加熱裝置一該加熱裝置為覆于沉降室腔體和排灰斗外側(cè)面上的加熱體。
本發(fā)明一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法，采用多電極制磷電爐，磷爐氣從多電極制磷電爐出來后進(jìn)行加熱、重力除塵預(yù)處理，在預(yù)處理過程使磷爐氣快速升溫，使磷爐氣中的磷蒸汽溫度遠(yuǎn)離露點(diǎn)溫度，達(dá)到氣-固充分分離的條件，同時(shí)在預(yù)處理過程中重力沉降除去大顆粒粉塵。經(jīng)過預(yù)處理后，磷爐氣進(jìn)入電除塵器可以進(jìn)行高效除塵凈化，凈化后的磷爐氣由電除塵器出氣口進(jìn)入磷氣冷凝塔，冷凝后的粗磷收集到受磷槽，粗磷進(jìn)入高效磷精制裝置，精制后得到產(chǎn)品工業(yè)黃磷。
本發(fā)明方法的創(chuàng)新及有益效果是電除塵預(yù)處理裝置為磷爐氣電除塵的預(yù)處理環(huán)節(jié)，預(yù)處理裝置有兩個(gè)作用，一是對(duì)溫度低于或稍高于磷蒸汽露點(diǎn)溫度的磷爐氣進(jìn)行快速加熱升溫，解決磷氣結(jié)露與粉塵粘附、包裹后一起被除下來的問題，既可提高磷的一次收得率并減少泥磷量，又使磷爐氣溫度達(dá)到電除塵器工作的要求，同時(shí)解決除塵出灰操作困難的問題；二是通過重力沉降，出去磷爐氣中大顆粒的粉塵，減輕后續(xù)電除塵器工作的負(fù)荷， 可提高除塵器的除塵效率和保持電除塵器工作的穩(wěn)定性。電除塵器是高效的除塵設(shè)備，且對(duì)于小粒徑的粉塵也有很高的除塵效果，可除去磷爐氣中的99%以上的粉塵，為后續(xù)簡(jiǎn)化磷精制工藝提供保障。與目前多電極制磷電爐的濕法除塵收磷與精制相比較，可極大減少冷凝洗滌收磷裝置的泥磷及廢水產(chǎn)生量?？傊?，本方法可極大簡(jiǎn)化目前多電極制磷電爐黃磷生產(chǎn)工藝流程、降低操作人員的生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度、提高一次收磷率、減少泥磷產(chǎn)生量和廢水產(chǎn)生量并相應(yīng)降低泥磷與廢水處理成本，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。


圖1為本發(fā)明方法的裝置示意圖。
圖中1.制磷電爐，2.電除塵預(yù)處理裝置，3.電除塵器，4. 一級(jí)冷凝塔，5. 二級(jí)冷凝塔，6.粗磷槽，7.磷精制裝置，8.總水封。
圖2為本發(fā)明的將制備出的磷爐氣進(jìn)行加溫和重力沉降除粉塵過程的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
—種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法，其過程包括采用多電極制磷電爐制備出磷爐氣，其步驟依次還包括(1)將制備出的磷爐氣進(jìn)行加溫；(2)重力沉降除塵；(3)電除塵器除塵凈化；(4)收磷、精制。
本發(fā)明一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法，將制備出的磷爐氣進(jìn)行加溫至溫度為260°C以上。
本發(fā)明一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法，所將制備出的磷爐氣進(jìn)行加溫和重力沉降除粉塵過程在一個(gè)裝置中進(jìn)行；其裝置的結(jié)構(gòu)包括沉降室腔體9一該腔體為一在垂直側(cè)壁上、水平方向居中、相對(duì)開有爐氣進(jìn)口和爐氣出口，在底部開有排灰口的腔體；爐氣進(jìn)氣管10—該進(jìn)氣管為一與沉降室腔體爐氣進(jìn)氣口固接的擴(kuò)錐形管； 爐氣出氣管11一該出氣管為一與沉降室腔體爐氣出氣口固接的縮錐形管； 排灰斗12—該排灰斗為漏斗狀，上端與沉降室腔體底部開有的排灰口固接； 加熱裝置13—該加熱裝置為覆于沉降室腔體和排灰斗外側(cè)面上的加熱體。
從多電極制磷電爐1中出來的溫度低于或稍高于磷蒸汽露點(diǎn)溫度的含粉塵磷爐氣，由磷爐氣導(dǎo)氣管進(jìn)入磷爐氣電除塵預(yù)處理裝置2，磷爐氣快速加熱升溫到高于露點(diǎn)溫度以上，使處于結(jié)露狀態(tài)的磷爐氣充分氣化，同時(shí)，磷爐氣中的大顆粒粉塵在重力沉降作用下去除，經(jīng)過預(yù)處理裝置處理后的磷爐氣進(jìn)入電除塵器3進(jìn)行高效除塵凈化，磷爐氣由電除塵器出口進(jìn)入一級(jí)冷凝塔4，然后再進(jìn)入二級(jí)冷凝塔5，冷凝后的液態(tài)磷收集到粗磷槽6，粗磷然后進(jìn)入磷精制裝置7，得到產(chǎn)品工業(yè)黃磷和泥磷，工藝廢水循環(huán)返回冷凝塔重復(fù)使用， 收磷后的尾氣經(jīng)過總水封8排空或送至用戶。
本發(fā)明方法充分利用電除塵預(yù)處理裝置中的高效加熱器加熱性能對(duì)溫度達(dá)不到電除塵器除塵要求的磷爐氣進(jìn)行加熱升溫，使磷爐氣中的磷蒸汽高于其露點(diǎn)溫度并達(dá)到充分的氣固分離條件，避免了磷蒸汽結(jié)露與粉塵粘附、包裹而被當(dāng)作粉塵被除下來，同時(shí)還可使所收集下來的粉塵具有良好的流動(dòng)性，保證了出灰操作具有良好的條件，從而有效保障了后續(xù)電除塵器高效除塵工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。電除塵器的高效除塵功能極大減少進(jìn)入冷凝塔磷氣的含塵量，不僅提高了粗磷的磷純度，還極大減少了泥磷，為減化粗磷精制工作提供了保障。本發(fā)明方法能快速將低于或稍高于露點(diǎn)溫度的磷爐氣加熱升溫至260°C以上， 在預(yù)處理裝置對(duì)于粉塵粒徑> 50 m的粉塵具有40%以上的除塵效率，電除塵器除塵效率可達(dá)99%以上，除塵裝置灰斗所收集的粉塵中磷的含量< 0. 5%(按每生產(chǎn)噸黃磷計(jì))。相比現(xiàn)有的多電極制磷電爐濕法除塵、收磷及精制工藝，可使效泥磷產(chǎn)生量減少90%以上、廢水產(chǎn)生量減少90%以上。
權(quán)利要求
1.一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法，其過程包括采用多電極制磷電爐制備出磷爐氣，其特征在于其步驟依次還包括(1)將制備出的磷爐氣進(jìn)行加溫；(2)重力沉降除塵；(3)電除塵器除塵凈化；(4)收磷、精制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法，其特征在于將制備出的磷爐氣進(jìn)行加溫至溫度為260°C以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法，其特征在于所將制備出的磷爐氣進(jìn)行加溫和重力沉降除粉塵過程在一個(gè)裝置中進(jìn)行；其裝置的結(jié)構(gòu)包括沉降室腔體一該腔體為一在垂直側(cè)壁上、水平方向居中、相對(duì)開有爐氣進(jìn)口和爐氣出口，在底部開有排灰口的腔體；爐氣進(jìn)氣管一該進(jìn)氣管為一與沉降室腔體爐氣進(jìn)氣口固接的擴(kuò)錐形管； 爐氣出氣管一該出氣管為一與沉降室腔體爐氣出氣口固接的縮錐形管； 排灰斗一該排灰斗為漏斗狀，上端與沉降室腔體底部開有的排灰口固接； 加熱裝置一該加熱裝置為覆于沉降室腔體和排灰斗外側(cè)面上的加熱體。
全文摘要
一種采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法，涉及一種采用磷礦石制備黃磷，特別是采用多電極制磷電爐制備黃磷的方法。其特征在于其步驟依次包括(1)將制備出的磷爐氣進(jìn)行加溫；(2)重力沉降除塵；(3)電除塵器除塵凈化；(4)收磷、精制。本方法的可極大簡(jiǎn)化目前多電極制磷電爐黃磷生產(chǎn)工藝流程、降低操作人員的生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度、提高一次收磷率、減少泥磷產(chǎn)生量和廢水產(chǎn)生量并相應(yīng)降低泥磷與廢水處理成本，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。
文檔編號(hào)C01B25/027GK102530897SQ20111044903
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者張大超, 朱建新, 朱德益, 李輝, 束榮桂, 王慶田, 董冰巖 申請(qǐng)人:中輕依蘭(集團(tuán))有限公司, 云南鵬隆安環(huán)?？萍加邢薰? 江西理工大學(xué)