淺談窯法磷酸的工藝技術

1、淺談窯法磷酸的工藝技術孫文甫一、窯法磷酸的技術發(fā)展據(jù)報道早在上世紀30年代，美國就開始對窯法磷酸進行研究，先后發(fā)表 了 10多項專利和試驗報告。19781982年，美國西方石油公司在威斯康新進行了窯法磷酸屮間試驗，采用冋轉(zhuǎn)窯為主反應器，重點是在冋轉(zhuǎn)窯內(nèi)有效地隔離還 原區(qū)和氧化區(qū)，并考慮充分利用其化學反應熱。由于技術和經(jīng)濟原因，尤其是工 程技術問題，未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。我國口 1988年開始進行隧道窯法磷酸和回轉(zhuǎn)窯法（cdk）磷酸的實驗室研究以來，經(jīng)過二十多年的努力，以南京化學工業(yè)（集團）公司研究院為代表的隧道 窯窯法磷酸技術和以長沙礦冶研究院為代表的冋轉(zhuǎn)窯（cdk）窯法磷酸技術，都形 成了具有自主

2、知識產(chǎn)權的技術，并取得了工業(yè)化階段性成果lljo近h,四川廣安經(jīng)開區(qū)與香港玖源集團公司舉行了關t jc-kpa 法磷酸及 磷酸鹽項a投資簽約儀式。分兩期建設兩套50kt/a85%工業(yè)磷酸jc-kpa窯法磷 酸生產(chǎn)裝置，標志著我國窯法磷酸產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟。報道指出：窯法磷酸的建設 能大大延長我國磷礦山的使用壽命，解決好我國現(xiàn)存的磷礦資源采富棄貧問題, 對我國磷資源的保護，解決我國即將面臨的磷資源短缺問題起到巨大的作用l7jo 二、窯法磷酸的化學反應與工藝流程1、窯法磷酸的化學反應資料報道，工業(yè)上采用屯爐法生產(chǎn)黃磷，生產(chǎn)1噸黃磷需要屯能13ooo-15oookw.h或焦炭810噸。牛產(chǎn)黃磷消耗大量電

3、能或焦炭，黃磷制取磷酸過程中大量黃磷燃燒熱未能利用，而且要消耗大量冷卻水才能制得熱法磷酸。為此，一些科研人員設想，若冇一套裝置能將燃燒磷（p2）和一氧化碳（co） 所放出的熱量用丁還原磷礦中的磷而產(chǎn)出磷酸，它將是能耗較低的磷酸生產(chǎn)方 法。這就是窯法磷酸最初的設想。因此，窯法磷酸生產(chǎn)過程的原理與電爐法制 磷酸完全相同，是將傳統(tǒng)的電爐法黃磷（p4）和兩步法熱法磷酸（pa）兩個獨 立工藝流程合二為一。需法磷酸的化學反應是：ca 3(po4)2 + 5c+3sio2-p2 t + 5co f +3casio3ah=24421kj/kg （以 p?計，吸熱）2 caf2+3sio2->2casio

4、3+sif4 t（2）（3）ah=82kj/kg （以 p2 計，吸熱）p2+5/2 o2-p2o5ah=-26097kj/kg （以 p?計，放熱）5co+5/2 o2-5co2ah=-22818kj/kg （以 p?計，放熱）（4）2、冋轉(zhuǎn)窯窯法磷酸的工藝過程1）、磨粉制球：將磷礦、焦炭（煤）和硅石三種原料按一定比例混合破碎、 粉磨，用球磨機磨成細度為0.074mm的細粉，再加入黏合劑，經(jīng)潤磨后用圓盤 造球機制成粒徑約為10mm的球團，再將這球團在另一臺i員i盤造球中裹上粉狀燃 料。將復合球團送到鏈篦機上，利用冷卻殘球所獲得的熱空氣對復合球團進行干 燥、預熱，要防止球團爆裂。2）、氧化還原

5、：將預熱的球i才i送入冋轉(zhuǎn)窯中，按化學反應式（1）-（4）進 行氧化述原反應，生成含p2o5的簾氣。關鍵技術是既要將磷的還原和氧化反應 這兩個氣氛耍求不同的區(qū)域有效地隔離，又要不妨礙相互間的互相的傳熱和傳 質(zhì)。反應殘球進入鏈篦機鼓入空氣冷卻，熱空氣導入干燥、預熱鏈篦機和回轉(zhuǎn)窯 使用。冷卻后的殘球可另行綜合利用。3）、水化過濾：從冋轉(zhuǎn)窯出來的含p2o5的窯氣進入水化塔水化吸收成磷酸， 部分粗磷酸經(jīng)過濾器后加入凈化劑，再經(jīng)精濾即為成品磷酸，大部分磷酸經(jīng)冷卻 器用水冷卻后返回水化塔。4）、除霧除氟：從水化塔出來的尾氣含有大量的p2o5酸霧和氟化物等，先經(jīng) 過文丘里噴射稀磷酸吸收酸霧和電除霧除去酸霧，

6、再經(jīng)洗滌器用水循環(huán)洗滌以除 去氣體中的氟化物然后排放。洗液經(jīng)板框壓濾機除去硅膠后，作為副產(chǎn)品的氟硅 酸出售或加工成氟鹽等另行綜合利用。3、回轉(zhuǎn)窯窯法磷酸工藝流程方塊圖粘結(jié)劑磷礦石灰熔點調(diào)整劑一粉磨粘結(jié)劑破碎粉磨潤磨煤一造球冷殘球包裹x一冷卻循環(huán)酸凈化劑精濾凈化粗濾磷酸水化成品磷酸尾除霧洗滌壓濾尾氣放空硅膠三、窯法磷酸工藝技術的探討1、根據(jù)窯法磷酸化學反應熱數(shù)據(jù):還原反應（1）和（2）共需要熱量24503kj/kg （以p2計）；氧化反應（3）和（4）共放出熱量48915kj/kg （以p2計），氧化反應釋放的熱量是還原反應所需熱量的2倍，因此，熱量有余。窯法磷酸的目的 是合理利用熱量，將氧化燃

7、燒釋放熱冇效地供給述原所需熱，降低磷酸生產(chǎn)的能 耗。2、據(jù)報道，窯法磷酸的關鍵技術難題是，既要將磷的還原和氧化這兩個氣 氛要求不同的區(qū)域有效地隔離，又要不妨礙相互間的傳熱與傳質(zhì)。即控制窯內(nèi) 的弱氧化氣氛。這對工藝控制操作要求的水平較高。3、隨著技術的進步，特別是新材料的研發(fā)和應用，目前熱法磷酸生產(chǎn)技術 已以國家標準進行了規(guī)范，其中包括磷燃燒的余熱回收特種設備，也就是說熱法 磷酸余熱回收技術已經(jīng)成熟。但是，窯法磷酸的窯氣成分要比熱法磷酸的磷氧化 燃燒復雜，還需要考慮少量的hf、sif4等。4、設想將還原和氧化燃燒分別在兩個設備中進行，冋收氧化燃燒的熱量副 產(chǎn)蒸汽進而發(fā)電，盡管在能量轉(zhuǎn)換過程屮會產(chǎn)

8、生一些能量損失，這樣可以減少原 料的復合團球，回轉(zhuǎn)窯操作控制比較容易。同時，還原和氧化分別進行，有利于 反應進行的更徹底，提高磷的收率。綜上分析，設想改進的窯法磷酸工藝原則流程方塊圖如下：輔料水泥產(chǎn)品或耐火材料粘結(jié)劑球磨配料磷礦石硅石焦沫造球原煤成品磷酸破碎 粉幣潤磨參考文獻：1、殷憲國窯法磷酸開發(fā)戰(zhàn)略與工業(yè)化技術路線磷肥與復肥 笫22卷第6期2007.112、楊宏輝、李春、梁斌、吳潘、邱禮有、呂莉牽法制磷酸反應的熱力學化學反應工 程與工藝第27卷第6期2011.123、湖北三新磷酸有限公司隧道密法磷酸牛產(chǎn)的節(jié)能減排工藝中歐循環(huán)經(jīng)濟高端論壇2007.11.杭州4、陳善繼帑法磷酸生產(chǎn)工藝特點及展望無機鹽工業(yè) 笫41卷第6期2009.065、晏明朗對竄法磷酸生產(chǎn)技術的分析磷肥與復肥 第2