电炉制磷的工艺流程及主要设备

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

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

与焦炭混合作还原剂生产黄磷，目前贵州基本上以无烟煤作为主要的还原剂生产黄磷，其成本比用焦炭低得多。

一、原料的预处理

确定炉料的预处理工艺和设施，主要取决于所采原料的物理和化学性质。如果能够得稳定供应的硬质磷块岩，其机械强度高、热稳定性好、挥发分量低，经破碎、筛分、干燥等简单加工就能满足磷炉的供料要求，则是简单而经济的预处理方案。美国TVA采用佛罗里达砾粒磷矿，前苏联古比雪夫制磷厂采用卡拉—塔乌块状磷矿都有长期生产黄磷的经验。中国的大都数中小型制磷工厂都采用破碎、筛分、干燥块矿直接入炉的工艺。

在磷矿的开采、精选、运输、加工、贮存等过程中不可避免地产生一部分粉屑。如将这部分碎屑矿用作生产黄磷的原料，就必须增加磷矿造块胡预处理设施。另有很多磷矿因强度不够活热稳定性差，亦必须经过造块预处理后才能用于制磷生产。特别是用于大型制磷电炉的炉料，更应该注重造块预处理。常用的磷矿造块预处理工艺有下列几种。

（一）球团法

对碎屑状原料磷矿或精选磷矿粉采用球团法加工时，磷矿先经过干燥、磨细至60%～80%通过200目筛，在圆盘造球机或圆筒造球机中添加一定量的粘土浆作为粘结剂，制成粒度为10～20mm的生球，然后经过干燥、预热、焙烧、冷却等工序即制得磷矿球团。常用的焙烧设备有链箅机和回转窑两类。典型的生产厂有德国Knapsack、荷兰Vlissingen、中国昆明三聚磷酸钠厂，采用的是焙烧设备有链箅机与冷却链箅机串联工艺；还有德国Piessteritz 厂，采用的是链链箅机干燥、预热。进回转窑焙烧的工艺流程。

球团法的优点是；生产工艺成熟；球团矿形状规则，料层透气性好；对磷矿物化性能变化具有较大适应性；返料量小于其他方法。其缺点是：磷矿需要干燥和磨粉，增加了投资和动力消耗；对含碳酸盐较高的磷矿，由于CO2脱除率低，黄磷电耗相应较高。