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｝+〔CＯ2〕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 ≦５Ｆe2O3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