磷酸盐生产工艺概述PPT(24张)
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精制时一般控制温度，破坏磷和杂质的胶状结构。 精制时常采用间接蒸气加热，热水搅动(60~70 ℃) 精制时间：60～80℃下，一般需要16小时以上。
热法磷酸生产工艺
完全燃烧法：（一步法）
电炉出的含元素磷的炉气直接燃烧，炉气中CO也一起燃烧：
P4+10CO+10O2==2P2O5+10CO2+△ 2P2O5+2H2O == 4HPO3 HPO3+H2O == H3PO4
副反应：
Fe2O3+3C==2Fe +3CO CaCO3== CaO+CO2 MgCO3＝＝MgO+ CO2
4Fe+P2==2Fe2P CO2+C==2 CO 8CO2+P4==P4O8+8 CO
电炉法黄磷生产工艺条件
磷矿石品位、粒度：
我国磷矿石中五氧化二磷 的含量 ：25％～33％ ，30～32 磷矿石粒度一般控制在4～35mm之间，20
由于硫酸钙溶解度很小，容易和磷酸分离，所以湿 法磷酸实际上是指硫酸分解磷矿制得的磷酸。
工艺流程图
热法黄磷工艺流程简 图
尾气水封
热 冷 凝 塔
磷矿石
焦炭 电炉
硅石
冲 渣 水
冷 冷 凝 塔
黄 磷 精制磷
炉制水泥
集渣池
预沉槽 沉磷池
电炉法黄磷生产原理
磷矿石还原的主要反应：
2Ca5(PO4)3F+15C+6SiO2===3P2+15CO+3Ca3Si2O7+CaF2 6CaF2+7 SiO2===3SiF4+ 2Ca3Si2O7
除尘操作过程中，为保证炉气中的磷以气态存在，避免 磷的损失，操作温度不应低于露点温度（160℃）（磷 蒸气含量300～350g/m3时，露点为160～170℃）
常用除尘设备：相式除尘器，高压静电除尘器（操作温 度>200℃）
炉气中磷蒸气的冷凝
一般采用两塔或多塔冷凝，以促进磷蒸气在适宜的过饱 和度下冷凝。
塔内气速一般：0.1～0.2m/s，过大气液分离困难。 塔内气体停留时间：>100min 塔出口尾气温度：<35℃，使磷的冷凝率>99％
磷的精制
少数粉尘分散在冷凝下来的液体磷中，为满足黄磷产品 质量标准，必须进一步精制。
磷液体密度1.75g/cm3，大于杂质的密度，有足够的时 间，就能使磷与杂质分开，也可加入适当助剂提高精制 效率。（如硅藻土）
二次电压：一般100V～500V，二次电压较高，使反应区上移，熔 池半径缩小，延长电炉使用寿命。二次电压的提高，使电极电流密 度下降，从而明显降低电极消耗，提高电炉功率因素。电压升高会 使炉气带尘量增加，对精制和回收率造成影响。
炉底功率：炉底功率一般< 240KW/m2。过大电炉寿命缩短，过小 生产强度降低
磷、磷肥、磷酸盐工业
磷是一种用途十分广泛的化工原料性产品， 在国民经济中占有重要地位。黄磷性质活泼， 化合性强，可生产出多种产品，目前全世界一 半以上的黄磷主要用于制成磷酸和磷酸盐，应 用于肥料工业、洗涤剂、食品工业、医药工业、 农药和电子工业、纺织、玻璃、冶金和陶瓷等 行业，对磷酸盐的需求也日益增加。此外，黄 磷的化合物可制成燃烧弹和烟幕弹等，在国防 上占有一定地位。
热法磷酸用元素磷生产，1吨元素磷(可产1.38吨100％ 磷酸)，需耗电12500～15000KWH，属高能耗产业。
磷酸的生产工艺
热法：电炉制磷→黄磷燃烧→吸收并水解→磷酸 湿法：
用无机酸分解磷矿制得：常用硝酸、盐酸、硫酸、氟硅酸
Ca5(PO4)3F+10HNO==3H3PO4+HF+5Ca(NO3)2 Ca5(PO4)3F+10HCl ==3H3PO4+HF+5CaCl2 Ca5(PO4)3F+5H2SO4==3H3PO4+HF+5CaSO4.nH2O Ca5(PO4)3F+5H2SiF6==3H3PO4+HF+5CaSiF6.2H2O
炉气的除尘
炉气离开电炉时含尘量一般：50～150g/m3，除尘可改 善磷蒸气的冷凝和磷精制，但除尘时必须防止磷蒸气冷 凝。
根据化学反应方程，生成1分子的磷（P4）同时生成10 分子的CO和0.33分子的SiF4，磷蒸气占气体总体积的 1/11.33，若体系在负压下操作（<90KPa），则磷蒸气 分压< 8 KPa，相应温度175.7 ℃
硅石用量：硅石用作助溶剂，炉渣熔点为SiO2/ CaO的重量比所决定。
若>1.07称为酸性炉渣，若<1.07称为碱性炉渣。一般控制0.8~1.2
电炉法黄磷生产工艺条件
二次电压、炉底功率：
功率负荷、电压、电流是电炉的三个重要参数。我国制磷电炉功率 一般1500KVA， 2000KVA， 3000KVA， 3500KVA, 45MVA。
此法因热利用差（磷酸酐强腐蚀，大量反应热无法利用）工 业上未被采用。
热法磷酸生产工艺
液态磷燃烧法（二步法）
工业常用流程，第一种：黄磷燃烧→五氧化二磷→水冷 却、吸收→磷酸，又称水冷流程。
第二种：黄磷燃烧→五氧化二磷→冷磷酸冷却、吸收→ 磷酸，又称酸冷流程。
热法磷酸一般含>85％磷酸，浓度高、质量纯，是食品、 医药工业用磷酸的主原料。
焦炭的用量、粒度：
粒度：焦炭3540℃才汽化，所以电炉中是一种液固相反应过程，两相间接 触面积是反应的控制因素，粒度小有利于反应，但过小使炉料透气性下降， 部分焦炭富集，不利于电炉操作。一般控制为磷矿粒度的1/2～1/3，约4～ 15mm。
用量：焦炭用量直接影响炉渣含磷量。炉渣含磷量小，所需焦炭就多。若 过剩焦炭多，则会增加炉料导电性，电极上移，炉气温度上升，炉底温度 下降，出渣困难，一般控制炉渣含磷量0.85～1.0％。
磷酸的生产工艺
热法：电炉制磷→黄磷燃烧→吸收并水解→磷酸 湿法：
用无机酸分解磷矿制得：常用硝酸、盐酸、硫酸、氟硅酸
Ca5(PO4)3F+10HNO==3H3PO4+HF+5Ca(NO3)2 Ca5(PO4)3F+10HCl ==3H3PO4+HF+5CaCl2 Ca5(PO4)3F+5H2SO4==3H3PO4+HF+5CaSO4.nH2O Ca5(PO4)3F+5H2SiF6==3H3PO4+HF+5CaSiF6.2H2O
热法磷酸生产工艺
完全燃烧法：（一步法）
电炉出的含元素磷的炉气直接燃烧，炉气中CO也一起燃烧：
P4+10CO+10O2==2P2O5+10CO2+△ 2P2O5+2H2O == 4HPO3 HPO3+H2O == H3PO4
副反应：
Fe2O3+3C==2Fe +3CO CaCO3== CaO+CO2 MgCO3＝＝MgO+ CO2
4Fe+P2==2Fe2P CO2+C==2 CO 8CO2+P4==P4O8+8 CO
电炉法黄磷生产工艺条件
磷矿石品位、粒度：
我国磷矿石中五氧化二磷 的含量 ：25％～33％ ，30～32 磷矿石粒度一般控制在4～35mm之间，20
由于硫酸钙溶解度很小，容易和磷酸分离，所以湿 法磷酸实际上是指硫酸分解磷矿制得的磷酸。
工艺流程图
热法黄磷工艺流程简 图
尾气水封
热 冷 凝 塔
磷矿石
焦炭 电炉
硅石
冲 渣 水
冷 冷 凝 塔
黄 磷 精制磷
炉制水泥
集渣池
预沉槽 沉磷池
电炉法黄磷生产原理
磷矿石还原的主要反应：
2Ca5(PO4)3F+15C+6SiO2===3P2+15CO+3Ca3Si2O7+CaF2 6CaF2+7 SiO2===3SiF4+ 2Ca3Si2O7
除尘操作过程中，为保证炉气中的磷以气态存在，避免 磷的损失，操作温度不应低于露点温度（160℃）（磷 蒸气含量300～350g/m3时，露点为160～170℃）
常用除尘设备：相式除尘器，高压静电除尘器（操作温 度>200℃）
炉气中磷蒸气的冷凝
一般采用两塔或多塔冷凝，以促进磷蒸气在适宜的过饱 和度下冷凝。
塔内气速一般：0.1～0.2m/s，过大气液分离困难。 塔内气体停留时间：>100min 塔出口尾气温度：<35℃，使磷的冷凝率>99％
磷的精制
少数粉尘分散在冷凝下来的液体磷中，为满足黄磷产品 质量标准，必须进一步精制。
磷液体密度1.75g/cm3，大于杂质的密度，有足够的时 间，就能使磷与杂质分开，也可加入适当助剂提高精制 效率。（如硅藻土）
二次电压：一般100V～500V，二次电压较高，使反应区上移，熔 池半径缩小，延长电炉使用寿命。二次电压的提高，使电极电流密 度下降，从而明显降低电极消耗，提高电炉功率因素。电压升高会 使炉气带尘量增加，对精制和回收率造成影响。
炉底功率：炉底功率一般< 240KW/m2。过大电炉寿命缩短，过小 生产强度降低
磷、磷肥、磷酸盐工业
磷是一种用途十分广泛的化工原料性产品， 在国民经济中占有重要地位。黄磷性质活泼， 化合性强，可生产出多种产品，目前全世界一 半以上的黄磷主要用于制成磷酸和磷酸盐，应 用于肥料工业、洗涤剂、食品工业、医药工业、 农药和电子工业、纺织、玻璃、冶金和陶瓷等 行业，对磷酸盐的需求也日益增加。此外，黄 磷的化合物可制成燃烧弹和烟幕弹等，在国防 上占有一定地位。
热法磷酸用元素磷生产，1吨元素磷(可产1.38吨100％ 磷酸)，需耗电12500～15000KWH，属高能耗产业。
磷酸的生产工艺
热法：电炉制磷→黄磷燃烧→吸收并水解→磷酸 湿法：
用无机酸分解磷矿制得：常用硝酸、盐酸、硫酸、氟硅酸
Ca5(PO4)3F+10HNO==3H3PO4+HF+5Ca(NO3)2 Ca5(PO4)3F+10HCl ==3H3PO4+HF+5CaCl2 Ca5(PO4)3F+5H2SO4==3H3PO4+HF+5CaSO4.nH2O Ca5(PO4)3F+5H2SiF6==3H3PO4+HF+5CaSiF6.2H2O
炉气的除尘
炉气离开电炉时含尘量一般：50～150g/m3，除尘可改 善磷蒸气的冷凝和磷精制，但除尘时必须防止磷蒸气冷 凝。
根据化学反应方程，生成1分子的磷（P4）同时生成10 分子的CO和0.33分子的SiF4，磷蒸气占气体总体积的 1/11.33，若体系在负压下操作（<90KPa），则磷蒸气 分压< 8 KPa，相应温度175.7 ℃
硅石用量：硅石用作助溶剂，炉渣熔点为SiO2/ CaO的重量比所决定。
若>1.07称为酸性炉渣，若<1.07称为碱性炉渣。一般控制0.8~1.2
电炉法黄磷生产工艺条件
二次电压、炉底功率：
功率负荷、电压、电流是电炉的三个重要参数。我国制磷电炉功率 一般1500KVA， 2000KVA， 3000KVA， 3500KVA, 45MVA。
此法因热利用差（磷酸酐强腐蚀，大量反应热无法利用）工 业上未被采用。
热法磷酸生产工艺
液态磷燃烧法（二步法）
工业常用流程，第一种：黄磷燃烧→五氧化二磷→水冷 却、吸收→磷酸，又称水冷流程。
第二种：黄磷燃烧→五氧化二磷→冷磷酸冷却、吸收→ 磷酸，又称酸冷流程。
热法磷酸一般含>85％磷酸，浓度高、质量纯，是食品、 医药工业用磷酸的主原料。
焦炭的用量、粒度：
粒度：焦炭3540℃才汽化，所以电炉中是一种液固相反应过程，两相间接 触面积是反应的控制因素，粒度小有利于反应，但过小使炉料透气性下降， 部分焦炭富集，不利于电炉操作。一般控制为磷矿粒度的1/2～1/3，约4～ 15mm。
用量：焦炭用量直接影响炉渣含磷量。炉渣含磷量小，所需焦炭就多。若 过剩焦炭多，则会增加炉料导电性，电极上移，炉气温度上升，炉底温度 下降，出渣困难，一般控制炉渣含磷量0.85～1.0％。
磷酸的生产工艺
热法：电炉制磷→黄磷燃烧→吸收并水解→磷酸 湿法：
用无机酸分解磷矿制得：常用硝酸、盐酸、硫酸、氟硅酸
Ca5(PO4)3F+10HNO==3H3PO4+HF+5Ca(NO3)2 Ca5(PO4)3F+10HCl ==3H3PO4+HF+5CaCl2 Ca5(PO4)3F+5H2SO4==3H3PO4+HF+5CaSO4.nH2O Ca5(PO4)3F+5H2SiF6==3H3PO4+HF+5CaSiF6.2H2O