电炉制磷的工艺流程及主要设备

电炉制磷的工艺流程及主要设备

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第一节电炉制磷的工艺流程及主要设备

一、电炉法生产对炉料的要求

电炉法制磷生产的主要原料是磷矿、焦碳和硅石。生产上原料的品位、粒度及杂质含量都有一定的要求。

（一）磷矿

对磷矿品位P2O5的要求，一般而言，品位愈高则生产每t黄磷的电耗就愈低，不过这种说法尚不够全面。磷矿中除了P2O5组分外，还有CaO、SiO2、Fe2O3、AL2O3、CO2、F等组分。SiO2是参与磷矿还原反应的有用成分之一。根据SiO3-CaO-Al2O3三元体系的熔点图和生产实践，在炉料中控制炉渣的酸度指标SiO2/CaO（质量比）在0．75 -0．85范围内。可以使炉料有较低的熔融温度，促使反应向生成磷的方向进行。在配料时通常需要添加硅石以补充磷矿石中SiO2含量的不足。一般磷矿和硅石的混合料中P2O5含量达22%-25%即可满足生产要求。但是，P2O5每降低1%，每T黄磷将增加电耗400kW·h左右。某些含硅石高的中低品位磷矿，对酸法生产磷肥是不太适应，但却是制磷的好原料。这是中低品位磷矿的利用途径之一。

磷矿必须有适宜的粒度才能确保电炉的正常运行。如粒度过大，易引起料管堵塞，并在炉内发生离析现象，呈现局部的焦炭“不足”或“过多”，影响还原反应进行。如粒度过细，则增加料层阻力，妨碍炉气逸出，炉内容易结拱、塌料引起操作不稳，炉气中粉尘含量大，泥磷量增多，使磷的得率降低。通常磷矿石的机械强度和热稳定性也有一定的要求。在贮存、运输、加工过程中要有足够的强度而不致粉碎；在加热时不发生爆裂和软化发粘的现象。但磷矿石的机械强度和热稳定性，至今还没有建立统一的质量检验指标，通常是在选用某种磷矿石作原料之前，经试生产考核后才能确定其适用与否。

中国制磷工作者综合参考了磷矿石中P2O5、Ca02、SiO2、Fe2O3、CO2等五个主要组分在电炉内参与化学反应的热效应，根据生产经验推导出评价磷矿的

电耗计算公式，可以计算每生产1t黄磷的电炉用电量：

W=170000÷〔(P2O5)料-0.5〕+〔Fe2O3〕料×｛7750÷〔(P2O5)料-0.5〕-76｝+〔C O2〕料×｛3200÷〔(P2O5)料-3.5〕+8｝+6000

式中 W—每t黄磷电炉耗电量，kW.h/t;

[P2O5 ]料—磷矿和硅石混合料中P2O5含量,%;

[Fe2O3]料--磷矿和硅石混合料中Fe2O3含量,%;

[CO2 ]料--磷矿和硅石混合料中CO2含量,%;

根据上述计算公式,对不同的磷矿可估算出生产每t黄磷的电耗值,依此就能初步判断是否适用于黄磷生产.如计算出电炉耗电<14000kW.h/t,就可认为是适用以黄磷生产的优质磷矿。常用的磷矿其计算的电炉耗电数据，与按上述计算公式所得的结果进行比较（见表1），其平均误差为1.82%。可见此公式具有一定的指导生产作用。

表1某黄磷厂历年生产电耗与计算值对比

年份年平均

kW.h/t 混合料中含量% 计算电耗

kW.h/t

差值误差

%

P2O5Fe2O3CO2

1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 15525

14735

14645

14439

14168

14022

14114

14374

14803

22.5

23.65

23.35

23.88

24.39

24.59

23.66

22.89

22.58

0.87

0.98

0.89

0.85

0.86

0.88

0.98

0.95

1.0

5.46

3.71

3.65

2.53

1.98

1.78

2.46

2.71

3.82

15089

14373

14440

14038

13776

13685

14161

14484

14902

－435

－362

－205

－401

－392

－337

47

110

99

2.80

2，46

1.40

2.78

2.77

2.40

0.33

0.77

0.67

前苏联电炉制磷工厂使用的磷矿石质量指标如下：（ΓOCT11901-66）一级二级一级二级

P2O5含量,% ≧25.3 ≧23.0 筛分组成,mm 10～50 10-～50

CO2含量,% 35～40 35～40 通过10mm筛的细粉含量，% ≦5 ≦5

Fe2O3含量,% ≦2.5 ≦3.0

(二)硅石

硅石的主要成分是SiO2。制磷炉料所用的硅石通常要求SiO2含量大于96%，Fe2O3含量小于 1.5%。对硅石的机械强度和热稳定性的要求与磷矿石相同。硅石的粒度控制在3～30mm范围内为宜。

(三)焦炭或其他还原剂

焦炭是电炉制磷生产常用的还原剂。焦炭的类型、用量和粒度是影响炉料导电性的主要因素，并且在一定的功率负荷和电压下,影响着电极的工作位置。

焦炭粒度过大，炉内反应接触面小，反应不易完全，造成电极消耗多，炉内易积存大粒度焦炭，会恶化操作。焦炭用量过多，会增加炉料导电能力，使电极工作位置上移，炉气中含尘量增加，炉底温度降低导致出渣困难。适当地减小焦炭粒度，有利于反应的进行，增加炉料的比电阻，能适应电炉提高操作电压的趋势。但焦炭粒度也不能过小，粒度过小会降低炉料透气性，易被炉气带至下一工序。

冶金焦和土焦都能用于电炉制磷生产，但固定碳含量大于80%，挥发分含量小于3%，Fe2O3含量小于1.5,焦炭的转鼓指数不低于280kg.焦炭的用量一般控制为炉料中P2O5、Fe2O3、CO2等组分还原需碳量理论值的103%～105%。焦炭的粒度在13mm左右时，其电阻率为最小，故制磷生产中适用的焦炭粒度为3～15mm。

曾有人研究过用石油焦、石墨、无烟煤、木碳、沥青等碳元素材料代替焦炭作还原剂，其中以无烟煤较为合适。中国的一些黄磷生产厂家曾用过无