黄磷电炉烟尘中各种磷化合物的化学物相分析

文章编号:0254-5357(2002)03-0212-03

黄磷电炉烟尘中各种磷化合物的化学物相分析

许 可

(中国科学院过程工程研究所,北京 100080)

摘要:对黄磷电炉烟尘中各种形态的磷化合物进行了化学物相分析,得出了元素磷、水溶性低价磷化合物、水溶性高价磷化合物、酸溶性高价磷化合物、酸溶性低价磷化合物、酸不溶性磷化合物在黄磷电炉烟尘中的含量,并对黄磷电炉烟尘的综合利用提出了建议。

关键词:磷;烟尘;化学物相分析

中图分类号:O613.62;O652.4;O655.6 文献标识码:B

收稿日期:2002 01 25;修订日期:2002 04 12

作者简介:许可(1972-),男,河南泌阳人,博士研究生,主要从事湿法冶金工作。

在电炉法生产黄磷的过程中,磷灰石与还原剂焦炭以及造渣剂二氧化硅在电炉中反应,磷灰石中的五价磷被还原成元素磷。由于反应体系温度较高,元素磷以气体形式从电炉中逸出,同时气体中还夹带有一部分固体颗粒,当含有固体颗粒的气体经过电除尘器时,其中的固体颗粒被电除尘器收集而与气态元素磷分离。在生产黄磷过程中,每生产1t 黄磷约产生0.2t 电尘,电尘中含有质量分数(w )为20%~30%的P 2O 5[1]。为了对电尘中的磷元素加以综合利用,有必要对电尘中磷的赋存状态进行研究。

当电尘从电除尘器中放出时,电尘燃烧并产生白烟,说明电尘中含有元素磷;电尘的X 射线衍射谱图和红外谱图显示出电尘中的含磷物相主要为磷灰石、焦磷酸钾钙和偏磷酸钾钙。根据以上现象和初步实验结果,本文进一步考察了电尘中元素磷、水溶性高价磷化合物、水溶性低价磷化合物、酸溶性高价磷化合物、酸溶性低价磷化合物、酸不溶性磷化合物在黄磷电炉烟尘中的含量。

在各种含磷化合物中,只有正磷酸盐可以直接检测,其他形态的磷化合物均是转化为正磷酸盐之后进行测定。例如尹家元、蒙飞和周伟生等人

[2~4]

在测定水样中不同形态的磷化合物时,所

采用的方法是直接测定水样中的正磷酸盐;将水样

中的聚磷酸盐在酸性条件下水解,测量总磷含量,然后用差减法求出聚磷酸盐的含量;再用HNO 3将水中的有机磷转化为正磷酸盐,测量水样中的总

磷含量,然后用差减法求出有机磷含量。张惠斌等人[5]提出用图1所示的方法分离含磷灰尘中的各种磷化合物,然后将各种磷化合物转化为正磷酸盐进行测量。本文采用此方法对云南磷肥公司黄磷生产过程副产品电尘中不同形态的磷化合物进行了分离和测量。

1 实验部分

1.1 仪器和主要试剂

仪器:722型分光光度计。

钼钒酸铵显色剂:将A 液[10g (NH 4)2MoO 4

溶于100mL 水中,加热至50~60 ,冷却]徐徐倾入B 液(0.3g NH 4VO 3溶于50mL 水中,再加入50m L 4mol/L H NO 3,冷却),边加边搅拌,再加18mL H NO 3。

对硝基苯酚-酚酞指示剂:1g/L 对硝基苯酚与3g/L 酚酞乙醇溶液等体积混合。

磷标准溶液:105.435mg/L P 2O 5,用KH 2PO 4

配制。

Al(NO 3)3-柠檬酸溶液:90g Al(NO 3)3 9H 2O 与32g 柠檬酸溶于1L 水中。

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212!第21卷第3期

2002年9月

岩 矿 测 试

ROCK AN D M IN ERAL AN ALY SIS

V ol 21,No 3September,2002

喹钼柠酮溶液:70g Na 2MoO 4 2H 2O 溶于约150mL H 2O 中;60g 柠檬酸溶于85m L HNO 3和150mL H 2O 中。将Na 2MoO 4溶液缓缓加入柠檬酸溶液中。5mL 喹啉加入35mL HNO 3和100mL H 2O 中,冷却后,在搅拌下将喹啉溶液加入Na 2MoO 4和柠檬酸混合溶液中,放置24h 后过滤。于滤液中加入280m L 丙酮,用水定容至1L 。1.2 实验方法

1.2.1 工作曲线的绘制

取0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL P 2O 5标准溶液,分别放入50mL 容量瓶中,用水稀释至体积约为30m L,加入 2.5mL HNO 3、10mL (NH 4)2MoO 4-NH 4VO 3显色剂,用水定容,放置30min,在420nm 处测量其吸光度,并绘制工作曲

线。

图1 磷灰尘中磷的化学物相分析流程Fig.1 Chemical phase analysis procedure of

phosphoric forms in the fly ash

1.2.2 元素磷的分离与测定

按分析流程(图1)称取0.1000~0.2000g 试样置于小烧杯中,加入10mL CS 2,搅拌1m in,将CS 2倒入另一烧杯中,再用5mL CS 2浸取一次。合并两次浸出过程的CS 2浸出液,再加50mL H 2O 、10m L 溴化H NO 3于CS 2浸取液中,加热蒸去CS 2后再升温蒸至近干,加入5mL HClO 4,加热

冒烟,冷却后,定容至50m L,测定元素磷含量(W 1)。

1.2.3 水溶性磷的分离与测定

将残渣移入烧杯中,加入100mL H 2O,搅拌3min,过滤,用约50mL H 2O 洗涤,合并滤液和洗涤液,低温蒸发至100mL 左右,加少许纸浆,加热至沸,加入25mL 喹钼柠酮溶液沉淀溶液中的高价磷。过滤后,将残渣烘干、灰化,加Na 2O 2熔融,用水溶解熔融物,定容至50m L,测定水溶性高价磷含量(W 2);将滤液蒸至近干,加5mL HClO 4,加热冒烟,冷却后,定容至50mL,测定水溶性低价磷含量(W 3)。

1.2.4 酸溶性磷的分离与测定

在水溶后的残渣中,加入10~20m L Al(NO 3)3-柠檬酸溶液,加热微沸5min 后,过滤,洗涤。向滤液中加入少许纸浆,加热至沸,加入50mL 喹钼柠酮溶液沉淀溶液中的高价磷。过滤后,将残渣烘干、灰化,加Na 2O 2熔融,用水溶解熔融物,定容至50mL,测定酸溶性高价磷含量(W 4);将滤液蒸至近干,加5mL H ClO 4,加热冒烟,冷却后,定容至50mL,测定酸溶性低价磷含量(W 5)。1.2.5 酸不溶性磷的分离与测定

将Al(NO 3)3-柠檬酸溶液浸取后的残渣烘干,加Na 2O 2熔融,用水溶解熔融物,定容至50mL,测定酸不溶性磷含量(W 6)。

1.2.6 W 1~W 6中磷含量的测定

根据W 1~W 6中磷含量的高低,从定容至50mL 的W 1~W 6中分别取1~20mL 溶液于50m L 容量瓶中,用水稀释体积约30mL,加2滴对硝基酚-酚酞混合指示剂,然后滴加NaOH 溶液至微红色,再用已驱除NO 的HNO 3中和至无色,并过量2.5mL,摇匀,冷却,加10mL (NH 4)2MoO 4-

NH 4VO 3显色剂,然后按1.2.1节的操作方法测吸光度。

1.2.7 干扰离子的影响

在磷的测量过程中,Si 、Fe 、As 、Cr 、Bi 含量过高影响磷的测定。电尘中SiO 2的含量(质量分数w ,全文同)为17.64%,Fe 的含量为1.54%,不含As 、Cr 、Bi 。当溶液中SiO 2含量不高于1.2g /L,Fe 含量不高于0.3g/L 时不影响磷的测定[6]。根据电尘中SiO 2和Fe 的含量可以推算出SiO 2的含量小于0.7g/L,Fe 的含量小于0.06g/L,因此电尘中的SiO 2和Fe 不影响磷的测定。

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第3期 许可:黄磷电炉烟尘中各种磷化合物的化学物相分析 第21卷