電爐制磷的工藝流程及主要設(shè)備

1、第一節(jié)電爐制磷的工藝流程及主要設(shè)備一、電爐法生產(chǎn)對(duì)爐料的要求電爐法制磷生產(chǎn)的主要原料是磷礦、焦碳和硅石。生產(chǎn)上原料的品位、粒度及雜質(zhì)含量都有一定的要求。（一）磷礦對(duì)磷礦品位P2O5的要求，一般而言，品位愈高則生產(chǎn)每t黃磷的電耗就愈低，不過(guò)這種說(shuō)法尚不夠全面。磷礦中除了P2O5組分外，還有CaO、SiO2、Fe2O3、AL2O3、CO2、F等組分。SiO2是參與磷礦還原反應(yīng)的有用成分之一。根據(jù)SiO3-CaO-Al2O3三元體系的熔點(diǎn)圖和生產(chǎn)實(shí)踐，在爐料中控制爐渣的酸度指標(biāo)SiO2/CaO（質(zhì)量比）在075 -085范圍內(nèi)?？梢允?fàn)t料有較低的熔融溫度，促使反應(yīng)向生成磷的方向進(jìn)行。在配料時(shí)通常需要

2、添加硅石以補(bǔ)充磷礦石中SiO2含量的不足。一般磷礦和硅石的混合料中P2O5含量達(dá)22%-25%即可滿足生產(chǎn)要求。但是，P2O5每降低1%，每T黃磷將增加電耗400kWh左右。某些含硅石高的中低品位磷礦，對(duì)酸法生產(chǎn)磷肥是不太適應(yīng)，但卻是制磷的好原料。這是中低品位磷礦的利用途徑之一。 磷礦必須有適宜的粒度才能確保電爐的正常運(yùn)行。如粒度過(guò)大，易引起料管堵塞，并在爐內(nèi)發(fā)生離析現(xiàn)象，呈現(xiàn)局部的焦炭“不足”或“過(guò)多”，影響還原反應(yīng)進(jìn)行。如粒度過(guò)細(xì)，則增加料層阻力，妨礙爐氣逸出，爐內(nèi)容易結(jié)拱、塌料引起操作不穩(wěn)，爐氣中粉塵含量大，泥磷量增多，使磷的得率降低。通常磷礦石的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性也有一定的要求。在貯存

3、、運(yùn)輸、加工過(guò)程中要有足夠的強(qiáng)度而不致粉碎；在加熱時(shí)不發(fā)生爆裂和軟化發(fā)粘的現(xiàn)象。但磷礦石的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，至今還沒(méi)有建立統(tǒng)一的質(zhì)量檢驗(yàn)指標(biāo)，通常是在選用某種磷礦石作原料之前，經(jīng)試生產(chǎn)考核后才能確定其適用與否。 中國(guó)制磷工作者綜合參考了磷礦石中P2O5、Ca02、SiO2、Fe2O3、CO2等五個(gè)主要組分在電爐內(nèi)參與化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)出評(píng)價(jià)磷礦的電耗計(jì)算公式，可以計(jì)算每生產(chǎn)1t黃磷的電爐用電量： 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黃磷電爐耗電量，kW.h

4、/t;P2O5 料磷礦和硅石混合料中P2O5含量,%;Fe2O3料-磷礦和硅石混合料中Fe2O3含量,%;CO2 料-磷礦和硅石混合料中CO2含量,%;根據(jù)上述計(jì)算公式,對(duì)不同的磷礦可估算出生產(chǎn)每t黃磷的電耗值,依此就能初步判斷是否適用于黃磷生產(chǎn).如計(jì)算出電爐耗電14000kW.h/t,就可認(rèn)為是適用以黃磷生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)磷礦。常用的磷礦其計(jì)算的電爐耗電數(shù)據(jù)，與按上述計(jì)算公式所得的結(jié)果進(jìn)行比較（見(jiàn)表1），其平均誤差為1.82%?？梢?jiàn)此公式具有一定的指導(dǎo)生產(chǎn)作用。表1某黃磷廠歷年生產(chǎn)電耗與計(jì)算值對(duì)比年份年平均kW.h/t混合料中含量%計(jì)算電耗kW.h/t差值誤差%P2O5Fe2O3CO21981198

5、2198319841985198619871988198915525147351464514439141681402214114143741480322.523.6523.3523.8824.3924.5923.6622.8922.580.870.980.890.850.860.880.980.951.05.463.713.652.531.981.782.462.713.8215089143731444014038137761368514161144841490243536220540139233747110992.802，461.402.782.772.400.330.770.67前蘇聯(lián)電爐

6、制磷工廠使用的磷礦石質(zhì)量指標(biāo)如下：（OCT11901-66）一級(jí) 二級(jí) 一級(jí) 二級(jí)P2O5含量,% 25.3 23.0 篩分組成,mm 1050 10-50CO2含量,% 3540 3540 通過(guò)10mm篩的細(xì)粉含量，% 5 5Fe2O3含量,% 2.5 3.0(二)硅石硅石的主要成分是SiO2。制磷爐料所用的硅石通常要求SiO2含量大于96%，F(xiàn)e2O3含量小于1.5%。對(duì)硅石的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性的要求與磷礦石相同。硅石的粒度控制在330mm范圍內(nèi)為宜。(三)焦炭或其他還原劑焦炭是電爐制磷生產(chǎn)常用的還原劑。焦炭的類型、用量和粒度是影響爐料導(dǎo)電性的主要因素，并且在一定的功率負(fù)荷和電壓下,影響著

7、電極的工作位置。焦炭粒度過(guò)大，爐內(nèi)反應(yīng)接觸面小，反應(yīng)不易完全，造成電極消耗多，爐內(nèi)易積存大粒度焦炭，會(huì)惡化操作。焦炭用量過(guò)多，會(huì)增加爐料導(dǎo)電能力，使電極工作位置上移，爐氣中含塵量增加，爐底溫度降低導(dǎo)致出渣困難。適當(dāng)?shù)販p小焦炭粒度，有利于反應(yīng)的進(jìn)行，增加爐料的比電阻，能適應(yīng)電爐提高操作電壓的趨勢(shì)。但焦炭粒度也不能過(guò)小，粒度過(guò)小會(huì)降低爐料透氣性，易被爐氣帶至下一工序。冶金焦和土焦都能用于電爐制磷生產(chǎn)，但固定碳含量大于80%，揮發(fā)分含量小于3%，F(xiàn)e2O3含量小于1.5,焦炭的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)不低于280kg.焦炭的用量一般控制為爐料中P2O5、Fe2O3、CO2等組分還原需碳量理論值的103%105%。焦

8、炭的粒度在13mm左右時(shí)，其電阻率為最小，故制磷生產(chǎn)中適用的焦炭粒度為315mm。曾有人研究過(guò)用石油焦、石墨、無(wú)煙煤、木碳、瀝青等碳元素材料代替焦炭作還原劑，其中以無(wú)煙煤較為合適。中國(guó)的一些黃磷生產(chǎn)廠家曾用過(guò)無(wú)與焦炭混合作還原劑生產(chǎn)黃磷，目前貴州基本上以無(wú)煙煤作為主要的還原劑生產(chǎn)黃磷，其成本比用焦炭低得多。一、原料的預(yù)處理 確定爐料的預(yù)處理工藝和設(shè)施，主要取決于所采原料的物理和化學(xué)性質(zhì)。如果能夠得穩(wěn)定供應(yīng)的硬質(zhì)磷塊巖，其機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、揮發(fā)分量低，經(jīng)破碎、篩分、干燥等簡(jiǎn)單加工就能滿足磷爐的供料要求，則是簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的預(yù)處理方案。美國(guó)TVA采用佛羅里達(dá)礫粒磷礦，前蘇聯(lián)古比雪夫制磷廠采用卡拉

9、塔烏塊狀磷礦都有長(zhǎng)期生產(chǎn)黃磷的經(jīng)驗(yàn)。中國(guó)的大都數(shù)中小型制磷工廠都采用破碎、篩分、干燥塊礦直接入爐的工藝。 在磷礦的開(kāi)采、精選、運(yùn)輸、加工、貯存等過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生一部分粉屑。如將這部分碎屑礦用作生產(chǎn)黃磷的原料，就必須增加磷礦造塊胡預(yù)處理設(shè)施。另有很多磷礦因強(qiáng)度不夠活熱穩(wěn)定性差，亦必須經(jīng)過(guò)造塊預(yù)處理后才能用于制磷生產(chǎn)。特別是用于大型制磷電爐的爐料，更應(yīng)該注重造塊預(yù)處理。常用的磷礦造塊預(yù)處理工藝有下列幾種。（一）球團(tuán)法對(duì)碎屑狀原料磷礦或精選磷礦粉采用球團(tuán)法加工時(shí)，磷礦先經(jīng)過(guò)干燥、磨細(xì)至60%80%通過(guò)200目篩，在圓盤造球機(jī)或圓筒造球機(jī)中添加一定量的粘土漿作為粘結(jié)劑，制成粒度為1020mm的生球

10、，然后經(jīng)過(guò)干燥、預(yù)熱、焙燒、冷卻等工序即制得磷礦球團(tuán)。常用的焙燒設(shè)備有鏈箅機(jī)和回轉(zhuǎn)窯兩類。典型的生產(chǎn)廠有德國(guó)Knapsack、荷蘭Vlissingen、中國(guó)昆明三聚磷酸鈉廠，采用的是焙燒設(shè)備有鏈箅機(jī)與冷卻鏈箅機(jī)串聯(lián)工藝；還有德國(guó)Piessteritz廠，采用的是鏈鏈箅機(jī)干燥、預(yù)熱。進(jìn)回轉(zhuǎn)窯焙燒的工藝流程。球團(tuán)法的優(yōu)點(diǎn)是；生產(chǎn)工藝成熟；球團(tuán)礦形狀規(guī)則，料層透氣性好；對(duì)磷礦物化性能變化具有較大適應(yīng)性；返料量小于其他方法。其缺點(diǎn)是：磷礦需要干燥和磨粉，增加了投資和動(dòng)力消耗；對(duì)含碳酸鹽較高的磷礦，由于CO2脫除率低，黃磷電耗相應(yīng)較高。（二）燒結(jié)法 將磷礦破碎至07mm，加入6%左右的焦炭粉，在圓筒混合

11、機(jī)中加水混勻，并造成細(xì)小團(tuán)粒。將混合料均勻鋪入燒結(jié)機(jī)的臺(tái)車上，經(jīng)過(guò)點(diǎn)火器由煤氣燒嘴的火焰將表層中的焦粉燃，在高溫下磷礦開(kāi)始燒結(jié)。臺(tái)車沿著軌道在風(fēng)箱上移動(dòng)，燒結(jié)機(jī)上卸下燒結(jié)礦，經(jīng)冷卻、破碎、篩分后得到合格粒度的爐料用礦。篩下胡粉料返回到混合機(jī)中，作為返料利用。采用燒結(jié)工藝的典型生產(chǎn)廠為前蘇聯(lián)新江布爾制磷廠。該廠年產(chǎn)24.0萬(wàn)t黃磷的8臺(tái)大型磷爐全部采用燒結(jié)礦為原料，建有3套312mm2的大型磷礦燒結(jié)機(jī)的原礦預(yù)處理車間，年產(chǎn)合格燒結(jié)磷礦270.0萬(wàn)噸。中國(guó)云南磷肥工業(yè)公司建成投產(chǎn)的年產(chǎn)6.0萬(wàn)噸黃磷裝置，也采用燒結(jié)法工藝處理原料磷礦。燒結(jié)法的優(yōu)點(diǎn)是：適用于原礦加工，不必將磷礦磨成細(xì)粉；磷礦中CO2

12、、有機(jī)質(zhì)、結(jié)合水等含量較高時(shí)，經(jīng)過(guò)燒結(jié)后大部分可被脫除，有利于降低黃磷的電耗。缺點(diǎn)是：燒結(jié)過(guò)程熱耗較高，要消耗一定的焦粉；返料細(xì)粉量達(dá)30%左右；燒結(jié)貯運(yùn)過(guò)程中對(duì)設(shè)備的磨損較大。（三）瘤結(jié)法碎屑磷礦在回轉(zhuǎn)窯中與12001400高溫下煅燒，使得礦石粒子相互粘聚成為球體。同時(shí)礦石中的有機(jī)物、二氧化碳和10%30%的氟在煅燒過(guò)程中被排出。經(jīng)冷卻、破碎、篩分后得到合格粒的瘤結(jié)料。篩下的細(xì)料返回系統(tǒng)中重新煅燒。該方法對(duì)磷礦的適應(yīng)性較大，不需預(yù)先成球過(guò)程，加工工藝成熟。缺點(diǎn)是物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)結(jié)圈和結(jié)窯皮時(shí)很難處理，且勞動(dòng)條件差，熱利用率低，燃料消耗大，電爐尾氣只能滿足燃料需要量的一半左右，因此處理費(fèi)用較高。

13、60年代新建設(shè)裝置，基本上不采用該工藝。磷礦造塊的方法除上述介紹的幾種之外，還有壓塊、擠壓、低溫造球等多種方法。但沒(méi)有一種方法可以適用于各種不同的磷礦，所以選定適宜的預(yù)處理工藝應(yīng)由技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合因素決定。三、制磷生產(chǎn)流程及主要設(shè)備各國(guó)電爐法制磷的生產(chǎn)流程大體相似，基本上可以歸納成：供料系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、制磷電爐、除塵裝置和收磷系統(tǒng)等五個(gè)組成部分。由原料預(yù)處理裝置加工合格的磷礦、硅石和焦炭，按生產(chǎn)工藝確定的配比，分別稱重計(jì)量后混合均勻，然后將混合爐料送入電爐頂料倉(cāng)，經(jīng)下料管連續(xù)均勻地加入爐中。電網(wǎng)中的電能經(jīng)電爐變壓器、二次短網(wǎng)和電極輸入電爐。在爐內(nèi)電能以電阻的形式轉(zhuǎn)化成熱能，加熱熔融爐料，溫度達(dá)到1

14、3501450。爐料在高溫下發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物磷蒸氣和一氧化碳從導(dǎo)氣管中引出。爐渣與磷鐵定期或連續(xù)地從電爐渣口和鐵口排出。爐氣的主要成分是一氧化碳和磷蒸氣，以及少量的CO2、N2、SiF4、PH3、H2等。另外好夾帶一部分粒徑小于2m的細(xì)小粉塵，在回收磷以前需要用電除塵器將粉塵從爐氣中排除。經(jīng)除塵后的爐氣，在收磷系統(tǒng)中以水為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻冷凝，磷蒸氣冷凝而得粗磷。粗磷經(jīng)磷過(guò)濾器分離磷泥中的磷蒸發(fā)成氣態(tài)磷而予以回收，殘余灰渣與電除塵灰一并處理。電爐制磷工藝流程見(jiàn)工藝流程圖（一）供料系統(tǒng) 由爐料預(yù)處理裝置加工合格的混合爐料，經(jīng)提升運(yùn)輸設(shè)備送入爐頂高位料倉(cāng)。為防止?fàn)t料各組分在流動(dòng)中發(fā)生離析現(xiàn)象

15、，倆倉(cāng)宜設(shè)計(jì)成細(xì)高形的分隔倉(cāng)，每倉(cāng)有一下料管與電爐連通。爐料借自重連續(xù)加入電爐。 下料管與電爐爐體間要求絕緣，并采取斷磁措施，以減少電磁損失。因電爐為微正壓操作，少量爐氣通過(guò)料管向頂料倉(cāng)逸出。因此，大型電爐一般采用氮封措施，中小型電爐采取加強(qiáng)爐頂料層作業(yè)取的通風(fēng)措施。以防止發(fā)生CO中毒事故。(二)供電系統(tǒng)電爐變壓系統(tǒng)由磷爐變壓器和二次斷網(wǎng)兩部分組成。磷爐變壓器是供電的主要設(shè)備。為了適應(yīng)電爐制磷操作的特殊要求，磷爐變壓器的參數(shù)必須專門設(shè)計(jì)。通常，磷爐變壓器的二次電壓較低（一般不超過(guò)幾百V），而負(fù)荷電流則隨變壓器容量增大而增大（一般可達(dá)數(shù)千甚至數(shù)萬(wàn)A）。按電爐的工作特性，二次電壓要求在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)

16、加以調(diào)節(jié)改變。為了提高電爐的作業(yè)率，大中型電爐的變壓器均采用有載調(diào)壓。電爐在操作過(guò)程中可能出現(xiàn)短時(shí)間負(fù)荷，甚至短路，以及由于切斷電路而引起的過(guò)電壓。因此，磷爐變壓器必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和點(diǎn)氣絕緣。磷爐變壓器的類型有三相和單相兩種。中小型電爐從布置及經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，一般都采用一臺(tái)三相變壓器。但是對(duì)大功率電爐而言，由于考慮短網(wǎng)布置緊湊與均衡減少感應(yīng)損耗、提高功率因數(shù)，以及大型三相變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。價(jià)格昂貴等因素，一般均采用三臺(tái)單相變壓器。磷爐變壓器的容量是電爐生產(chǎn)能力及生產(chǎn)能力及單位產(chǎn)品的電耗計(jì)算而定。電耗取決于磷礦的品位和雜質(zhì)含量，以及生產(chǎn)規(guī)模的大小。磷爐變壓器容量的計(jì)算公式如下：PGMK1K2c

17、osw式中P磷爐變壓器容量，KvAG電爐生產(chǎn)能力，t/hW每噸黃磷電耗，kwh/tK1平均負(fù)荷系數(shù)，一般取K1=0.90K2操作間斷系數(shù)，一般取K2=0.95cosw功率因數(shù)，一般取cosw0.95。磷爐變壓器的二次側(cè)電壓和電流都必須符合電爐生產(chǎn)要求。國(guó)際上已發(fā)表了許多計(jì)算公式，不同的公式有不同的適用范圍。中國(guó)制磷工作者根據(jù)中、小型電爐的生產(chǎn)實(shí)踐，推導(dǎo)出一組計(jì)算公式： Ep=14.6I=39.592式中EP變壓器二次側(cè)相電壓，V；I變壓器二次側(cè)電極電流， A；P磷爐變壓器容量，kVA。通過(guò)對(duì)大型磷爐的驗(yàn)算，上述公式對(duì)大型電爐的設(shè)計(jì)計(jì)算也有參考意義。從變壓器二次側(cè)端頭到電極的二次母線總稱為短網(wǎng)。

18、短網(wǎng)通常由母排（或銅管）、軟電線及引至電極的饋電線等三部分組成。短網(wǎng)的配置，關(guān)系到電爐的能力和電力運(yùn)行指標(biāo)。其配置的原則應(yīng)遵循：短網(wǎng)路徑最短；減少集膚效應(yīng)；減少感抗和接觸電阻；盡量避免四周的鐵磁回路引起的附加損耗，達(dá)到降低阻抗，提高效率和功率因素的目的。(三)制磷電爐電爐是黃磷生產(chǎn)的核心設(shè)備，設(shè)計(jì)應(yīng)符合電氣性能、熱量分布、化學(xué)反應(yīng)等方面的要求。到目前為止，絕大部分的是憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的。各國(guó)所采用的爐型主要有電極呈直線排列的長(zhǎng)圓型電爐和電極呈三角形排列的圓型或圓三角形電爐。美國(guó)TVA和農(nóng)業(yè)化學(xué)公司（Amercan Agricultural Chemical Co.）曾建造過(guò)回轉(zhuǎn)電爐。美國(guó)阿爾勃賴特和

19、威爾遜公司（Albright and Wilsen Co.）曾建造過(guò)電極呈六角形排列的六電極電爐。這兩種類型的磷爐都沒(méi)有獲得發(fā)展。近年來(lái)新建的大型磷爐，大多為電極呈三角形排列的六電極電爐。大型磷爐的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 電爐外殼為鋼板焊制，爐底及反應(yīng)區(qū)的爐壁用碳磚砌筑，上部爐壁用耐磚或耐熱混凝土筑成，爐頂采用耐熱混凝土筑成，其上覆蓋一層抗磁不銹鋼或普通鋼板加隔磁措施的頂板。整個(gè)爐體應(yīng)保持良好的氣密性，以防爐氣外逸。電爐使用的電極通常有預(yù)燒結(jié)電極和自動(dòng)燒結(jié)電極（Soderberg electrode）兩類。中小型電爐使用的石墨電極、碳質(zhì)電極，以及部分大型電爐上使用的半石墨化電極均屬于預(yù)燒結(jié)電極。這類電極都是

20、在電極生產(chǎn)廠中加工制得，以成品售給制磷廠使用。自動(dòng)燒結(jié)電極系將電極糊充添于電極殼內(nèi)，借電極本身的熱傳導(dǎo)、電流通過(guò)單機(jī)產(chǎn)生的電阻熱、以及爐內(nèi)高溫區(qū)的輻射給熱等因素，使電極糊自動(dòng)焙燒碳化而成。這兩類電極的性能見(jiàn)表2目前，中國(guó)常用的石墨電極最大直徑為500mm，國(guó)際上的大型磷爐使用的預(yù)燒結(jié)電極最大直徑為1400mm，最大的自動(dòng)燒結(jié)電極直徑為15001700mm。預(yù)燒結(jié)電極的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高、比電阻低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。自動(dòng)燒結(jié)電極與預(yù)燒結(jié)電極于預(yù)燒結(jié)電極相比，電極消耗費(fèi)用較低，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電極把持器與導(dǎo)電顎板須伸入爐內(nèi)，控制要求嚴(yán)格，由于預(yù)燒結(jié)電極直徑增大后最大允許電流密度反而減小，在電極接頭處

21、的電流密度受到限制，并且還受到制造設(shè)備的能力限制，因此在大型制磷電爐中愈來(lái)愈多地使用自動(dòng)燒結(jié)電極。表2各種電極的性能（25）項(xiàng)目單位石墨電極碳質(zhì)電極自動(dòng)燃結(jié)電極堆積密度密度孔隙率灰分含量電阻系數(shù)抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度/M3/M3%￥Vf/2f/2f/2150017002200224028300.11.50.81.22003501502805010014801650190020502022483.56.02004506520030801450190023-6.010.0260300- 電爐爐體是爐料進(jìn)行加熱、熔融和還原反應(yīng)的地方。對(duì)爐襯的要求是在高溫條件下對(duì)熔融爐料的耐熱抗腐蝕性，良好的導(dǎo)電和

22、一定的熱容量。為了避免爐襯的腐蝕，爐襯內(nèi)壁溫度低于爐料熔融的溫度，因此要求爐體外壁有一定的散熱冷卻功能。中小型磷爐通常采用爐壁自然散熱，而大型磷爐都是采用外壁淋水冷卻。不同的冷卻方式，其結(jié)構(gòu)和材質(zhì)也不相同。爐襯與高溫熔料接觸的部位都是用在高溫下具有良好機(jī)械強(qiáng)度的炭磚砌筑。 電爐爐蓋上有電極孔、出氣口料管和事故處理孔等多處開(kāi)孔；在正常生產(chǎn)時(shí)，爐蓋內(nèi)表面溫度為300500，但在烘爐及生產(chǎn)不正常時(shí)，溫度可能高達(dá)1200，故要求爐蓋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，當(dāng)受到高溫沖擊時(shí)不變形、不塌陷。有因生產(chǎn)中有少量偏磷酸或偏磷酸鹽會(huì)粘附在爐蓋上，因此爐蓋料材要求有一定的耐腐蝕能。為了減少爐蓋剛殼的磁渦流損失，爐蓋剛殼應(yīng)采用抗磁

23、不銹剛或采取隔磁結(jié)構(gòu)。（四）除塵裝置 爐氣中常含有粉塵50150mm/m3，因此在進(jìn)入冷凝系統(tǒng)之前必須凈化除塵。煤氣除塵，在中小型磷爐裝置中曾采用過(guò)箱式除塵器，后因勞動(dòng)條件差、凈化效率低而被淘汰；大型裝置通常采用電除塵器。 各廠所有的電除塵器形式不同，但其基本要求是相同的：必須有較高的除塵效率和良好的保溫性能，以保證爐氣中的磷蒸氣不被冷凝下來(lái)；同時(shí)高壓進(jìn)線與電極振打裝置要有良好的密封性。電除塵器的外殼通常為剛制，沉淀下來(lái)及為管壯、板壯或長(zhǎng)圓管狀，電暈極可用軟鐵棒、不銹剛絲等材料。除塵器的操作電壓為4070kV。電除塵裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖，該電除塵器采用的是長(zhǎng)圓筒管形成沉淀，用熱氣夾套保溫，電除

24、塵灰以泥漿狀排出。 目前該裝置還不是很成熟，中國(guó)黃磷生產(chǎn)廠家沒(méi)有使用該裝置。 （五）冷凝系統(tǒng) 凈化后的爐氣，在冷凝系統(tǒng)用直接噴淋方式將磷蒸氣冷卻凝成液態(tài)磷后回收。這在中小型裝置中，通常采用三座空塔，其前面的兩塔用熱水噴淋，第三塔用冷水噴淋，冷凝的磷在集磷槽中收得；而在大型裝置中，則采用二座冷凝塔，其第一塔為 “熱冷凝塔”，噴淋60的熱水，第二塔為“冷冷凝塔”，噴淋約20的冷卻水，在低于磷的凝固點(diǎn)溫度下操作，以減少尾氣帶走的磷損失。 冷凝系統(tǒng)收得的粗磷中含有少量泥磷的混合物。通過(guò)沉降分離或過(guò)濾即可將泥凝與產(chǎn)品黃磷分離，產(chǎn)品直接輸入貯槽中貯存。第二節(jié) 制磷工廠的三廢處理電爐投制磷生產(chǎn)的主要副產(chǎn)品有

25、爐渣、磷鐵、電除塵灰、尾氣和泥磷等。電爐制磷的副產(chǎn)物具有品種多、數(shù)量大的特點(diǎn)。合理地利用副產(chǎn)物，對(duì)降低生產(chǎn)成本、消除污染、保護(hù)環(huán)境均有重大的意義。一、 爐渣制磷過(guò)程中每一噸黃磷產(chǎn)生8至10噸渣，爐渣的成份隨磷礦、硅石和焦煤（或無(wú)煙煤）的組成成而變化，其中P2O5的含量還與電爐設(shè)計(jì)及生產(chǎn)操作指標(biāo)有關(guān)。一般化學(xué)成分（%）如下：CaO SiO2 Ai2O3 Fe2O3 P2O5 F4753 4043 28 0.2-1.0 0.8-2.0 1-3爐渣經(jīng)水淬后為灰白色細(xì)顆粒(因雜質(zhì)含量和冷卻條件不同,顏色有深淺不同) ,粒度為0.5-5mm.巖相分析結(jié)果,其礦石物組分主要為-C2ST和C5A3,并含有較

26、多的玻璃體.松散狀的爐渣容重為0.8-1.0t/m3,相對(duì)密度為2.9左右.目前中國(guó)的水淬渣主要磷渣硅酸水泥,水泥活性混合材料,其摻加量約為30%左右,其中P2O5還是水泥的有害成分,目前中國(guó)開(kāi)陽(yáng)正在開(kāi)工建設(shè)一套120萬(wàn)噸/年的磷渣水泥生產(chǎn)線.黃磷渣還有以下幾種用途1、 生產(chǎn)礦渣棉在加壓條件下，用氣流噴射熔融的爐渣而成。這是一種良好的絕緣材料。2、 生產(chǎn)磷渣磚黃磷渣可以加工成輕質(zhì)磚、瓷磚、釉面磚等多種建筑材料。3、 作為酸性土壤的中和劑水淬渣當(dāng)代替石灰施于土壤中，其效果與石灰粉相當(dāng)，且爐渣中還含有少量的P2O5，有一定的肥效作用。二、 磷鐵磷礦石中的Fe2O3在電爐中被還原成鐵，與爐氣中的黃磷

27、反應(yīng)生成磷鐵，通常磷礦石中含有Fe2O3 1%，則每噸黃磷副產(chǎn)80100Kg的磷鐵。磷鐵含F(xiàn)e約70%，含P22%26%，以及微量的Mn、V、Si等元素。 磷鐵是一種無(wú)害物質(zhì)，即使堆置以不會(huì)污染環(huán)境；在冶金工業(yè)上用作特種鋼的冶煉的作稅氧劑使用。將磷鐵破碎、磨細(xì)到100目，加純堿混合均勻，于850900下焙燒。將焙燒物用水浸取，經(jīng)過(guò)濾、蒸發(fā)、結(jié)晶，可制得Na3PO4*12H2O結(jié)晶體，其反應(yīng)如下：2FeP+3Na2CO3+4O22Na3PO4+Fe2O3+3CO24Fe2P+6Na2CO3+11O24Na3PO4+4Fe2O3+6CO2磷酸三鈉可以進(jìn)一步加工成三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉等工業(yè)磷酸鹽產(chǎn)

28、品。三、 電除塵灰電爐制磷生產(chǎn)中，采用電除塵器凈化爐氣，每t黃磷可以副產(chǎn)電除塵灰100150Kg。電除塵灰的一般化學(xué)成分見(jiàn)下表3表3化學(xué)組分%P2O5CaOSiO2Fe2O3Ai2O3FK2ONa2OCMgO16.928.55.0716.317.1336.60.231.51.23.40.85.91018.283.310.10.544.65.2電除塵灰中含有較高的P2O5和K2O。美國(guó)曾做過(guò)農(nóng)田施肥試驗(yàn)，證明其中的P2O5和K2O在等量施肥的條件下，具有同一磷鉀肥相等的肥效，因此，可以認(rèn)為電除塵灰是一種良好的磷鉀復(fù)合肥料。一些四、 尾氣每噸黃磷副產(chǎn)黃磷尾氣2500NM3左右，尾氣的成分如成分表4

29、：表4COH2CH4CO2O2N2P4FSPH3As8090480.30.540.20.42100.440.01590.62.60.20.40.08黃磷尾氣的主權(quán)成分是一分是一氧碳,熱值約為10.5MJ/M3(標(biāo)),可在原料五、 泥磷（一） 泥磷的形成和性質(zhì)含磷爐氣進(jìn)入收磷系統(tǒng)后，磷被具有強(qiáng)吸附能力的二氧化硅和碳的微粒所包裹，這些微粒主要來(lái)自爐氣中的粉塵，以及SiF4的水解產(chǎn)物。它們具有很強(qiáng)的分散性，當(dāng)與水接觸后便形成乳膠體。據(jù)分析，泥磷中含磷5%40% ），含水分10%80%。用顯微鏡觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)在一些固體雜質(zhì)與元素磷粘附一起的球狀顆粒之間有分散的雜質(zhì)隔離；有些小球便成群在地聚結(jié)在一起，但由于

30、外界雜質(zhì)電荷的影響以及物理的障礙，形成粒徑僅為幾微米的顆粒，不能結(jié)合成團(tuán)，致成磷泥。 泥磷的相對(duì)密度約為1.31。7，沒(méi)有固定的溶點(diǎn)，熔融溫度在6075度。泥磷不是均勻的物質(zhì)。在熔融狀態(tài)下，與磷、水置于同一容器中時(shí)，泥磷處于磷層與水層之間，且與磷層沒(méi)有清析的分界面。泥磷是一種膠體，又具有0。110Pa*S的高粘度。這種性質(zhì)嚴(yán)重影響它在管道內(nèi)的輸送。在熔化的泥磷中加入其量為泥磷量0.15%，濃度為25%的NaOH或木質(zhì)磺酸鹽，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間攪拌，可有效地降低磷泥的粘度。（二）從泥磷中回收磷的方法1、物理分離法法l 將磷泥加熱到280以上，使磷從磷泥中蒸出，經(jīng)冷凝回收。目前使用的轉(zhuǎn)筒工藝，回收的磷比較

31、好但對(duì)環(huán)境污染比較大，目前國(guó)內(nèi)黃磷企業(yè)正在回收回收技術(shù)；l 將泥磷返回電爐，借用磷爐的高溫蒸出泥磷中的磷，然后經(jīng)爐氣一起在冷凝系統(tǒng)加以回收，但是此法的缺點(diǎn)是將會(huì)使大量的水份帶入電爐內(nèi)，會(huì)嚴(yán)重影響電爐操作的穩(wěn)定性，并容易堵塞管道，生產(chǎn)不要全，目前安達(dá)就是采用此方法進(jìn)行泥黃中的黃磷回收，有一定的回收效果；l 基于泥磷中的磷與雜質(zhì)的密度不同，可以采用不同型式的過(guò)濾設(shè)備進(jìn)行分離，不管采用什么樣的過(guò)濾型式的過(guò)濾，濾渣中還含都540的元素磷，不能排放而需進(jìn)一步處理。2、化學(xué)處理法（1）、溶劑萃取法溶劑萃取法不將23倍量的二硫化碳加入泥磷中，在溫度1545下，控制攪拌使用的雷諾準(zhǔn)數(shù)介于11051106之間，

32、待磷溶于溶劑后，分離出雜質(zhì)回收溶劑，進(jìn)而富集純磷，該法的缺點(diǎn)是溶劑成本太貴，設(shè)備的密閉比較嚴(yán)。（2）、氧化法氧化法是在磷泥加熱后，加入34的K2CrO7或Na2CrO7水溶液，在強(qiáng)烈的攪拌下再加入適量的氧化劑，如雙氧水、過(guò)硼酸鹽、鉻酸、重鉻鉀。及其鹽類、硝酸、鹵素等，都有能促進(jìn)泥磷中的磷與雜質(zhì)分離。氧化法處理的泥磷的費(fèi)用較高，同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生新的“三廢”污染問(wèn)題。3、泥磷制酸有全燃燒和泥磷氣化兩種工藝流程，全燃燒流程是將泥磷加入固定或轉(zhuǎn)動(dòng)爐中燃燒，通入過(guò)量的空氣，使泥磷氧化，所得的P2O5的爐氣用水吸收得磷酸，該方法因泥磷加料機(jī)械尚未解決，勞支條件較差。氣化流程中泥磷用泵送入氣化爐的噴嘴，用壓縮空

33、氣霧化，控制空氣量，使約20%的泥磷在氣化爐中燃燒。氣化爐溫度為870980。泥磷中的磷迅速氣化，剩下的殘?jiān)?、呈熔融態(tài)從爐中排出。爐氣進(jìn)入立式燃燒爐頂部，借二次空氣進(jìn)行磷的氧化。燃燒室為石墨砌制，外壁用水冷卻，控制內(nèi)壁溫度200260。氧化后的爐氣用吸收得磷酸36。泥磷磷制酸的各種方法富泥磷處理以適應(yīng)，但對(duì)貧泥磷制酸至今尚未解決。六、 黃磷挾的法水處理黃磷生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污水有三類：第二類是在冷凝和精制過(guò)程中產(chǎn)生的含有懸浮磷或泥磷的污水，這類含磷污水的危害最大；第二類是電極水封水、包裝用水、沖洗地坪水等含有溶解磷的水，這類污水的含磷量一般不超過(guò)3/L；第三類是爐渣不淬水，其含磷量為0051/

34、L，含氟約30/L。黃磷污水的排放，在中國(guó)應(yīng)按國(guó)家黃磷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（CB4283-84）執(zhí)行。標(biāo)準(zhǔn)分為兩級(jí)：一給是指所有新建企業(yè)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)；二級(jí)是指所有現(xiàn)有企業(yè)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。黃磷工業(yè)廢水最高容許排放濃度和PH值應(yīng)符合表表5規(guī)定，黃磷工業(yè)廢最高容許排放大鏡濃度和PH值。表5項(xiàng)目一級(jí)二級(jí)PH值懸浮物，/L元素磷（以P4計(jì)），/L氟化物（以F-計(jì)），/L氟化物（以CN-計(jì)）/L6.09.01500.1200.56.09.02500.3301.0表2-11-19中有關(guān)氟化物排放濃度,對(duì)排入流量較大的低氟或缺氟水域可放寬執(zhí)行本指標(biāo).標(biāo)準(zhǔn)要求黃磷廢水應(yīng)實(shí)行循環(huán)使用,以降低用水量.一些國(guó)家的黃磷工廠對(duì)黃

35、磷污水的處理大都采用化學(xué)及生物氧化法,流程復(fù)雜費(fèi)用較高.中國(guó)的多數(shù)工廠對(duì)污水進(jìn)行循環(huán)利用,部分工廠在加強(qiáng)生產(chǎn)管理和技術(shù)管理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了封閉循環(huán)無(wú)污水排放.污水采用平流式沉淀池進(jìn)行自然沉降,沉降時(shí)間以1216H為宜，沉降后的污水再經(jīng)過(guò)以水淬爐渣和焦炭為濾池，然后經(jīng)曝氣處理，即可返回系統(tǒng)重復(fù)利用。經(jīng)上述工藝處理后的水質(zhì)對(duì)產(chǎn)品磷的質(zhì)量沒(méi)有影響。如有少量循環(huán)污水須外排時(shí)，可采用氯酸鈉氧化等措施，將污水處理到符合排放標(biāo)準(zhǔn)的要求后始可排放。第三節(jié)產(chǎn)品貯運(yùn)及生產(chǎn)安全技術(shù)一、 黃磷貯存黃磷在常溫下是固態(tài)物質(zhì)，在空氣中能自燃，所以必須貯存在水面下才云彩確保安全。少量磷塊可直接置于水池之中，經(jīng)常保持磷塊面上有5

36、0的保護(hù)水層，避免陽(yáng)光照射，可以長(zhǎng)期貯存不致變質(zhì)。如果在室內(nèi)貯存，則必須加通風(fēng)，以防磷蒸氣的毒害。大量黃磷的貯存可采用下貯罐或大型貯磷罐。地下貯罐的結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，內(nèi)襯鋼板，罐內(nèi)有蒸氣蛇管加熱，并安裝有液下泵及計(jì)量浮標(biāo)。每罐貯量2001000t，可長(zhǎng)期貯存，安全可靠。大型貯磷罐一般由普通鋼制作，每罐容積300m3，可貯磷470t。大型貯磷罐內(nèi)磷面上必須保持1m高的水封以隔絕空氣，再以氮?dú)夥獗Ｗo(hù)液封水，延緩液封水的酸化時(shí)間，避免罐組成的磷罐區(qū)，四周必須設(shè)有安全擋墻，萬(wàn)一貯磷罐損壞泄漏，立退即在擋墻內(nèi)注水至一定水位，覆蓋磷面隔絕空氣，以防止燃燒。兩種貯磷罐在取用黃磷時(shí)，都只需用蒸氣加熱熔化凝固的黃磷，用泵直接送往用戶，安全可靠，存取方便。二、 黃磷