1、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必定的要求。（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，可是这种说法尚不够全面。 磷矿中除了 P2O5 组格外，还有 CaO、SiO2、Fe2O3、AL 2O3、CO2、F 等组分。 SiO2 是参加磷矿复原反响的实用成分之一。依据 SiO3-CaO-Al 2O3 三元系统的熔点图和生产实践，在炉猜中控制炉渣的酸度指标 SiO2/CaO（质量比）在 075 -085 范围内。能够使炉料有
2、较低的熔融温度，促进反响向生成磷的方向进行。在配料时往常需要增添硅石以增补磷矿石中 SiO2 含量的不足。一般磷矿和硅石的混淆猜中 P2O5 含量达 22%-25%即可知足生产要求。可是， P2O5 每降低 1%，每 T 黄磷将增添电耗 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，但倒是制磷的好原料。这是中低品位磷矿的利用门路之一。磷矿一定有适合的粒度才能保证电炉的正常运转。 如粒度过大， 易惹起料管拥塞，并在炉内发生离析现象，体现局部的焦炭“不足”或“过多” ，影响复原反响进行。如粒度过细，则增添料层阻力，阻碍炉气逸出，炉内简单结拱、塌料惹起操作不稳，炉气中粉尘
3、含量大，泥磷量增加，使磷的得率降低。往常磷矿石的机械强度和热稳固性也有必定的要求。在储存、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融化发粘的现象。但磷矿石的机械强度和热稳固性，到现在还没有成立一致的质量查验指标，通常是在采纳某种磷矿石作原料从前，经试生产查核后才能确立其合用与否。中国制磷工作者综合参照了磷矿石中 P2O5、Ca02、SiO2、Fe2O3、CO2 等五个主要组分在电炉内参加化学反响的热效应，依据生产经验推导出评论磷矿的电耗计算公式，能够计算每生产 1t 黄磷的电炉用电量：W=170000 (P2O5)料 +Fe2O3料 7750 (P2O5) 料-76+CO
4、2料 3200 (P2O5) 料 +8+6000式中 W每 t 黄磷电炉耗电量， t;P2O5 料磷矿和硅石混淆猜中 P2O5 含量 ,%; Fe2O3料-磷矿和硅石混淆猜中 Fe2O3 含量 ,%; CO2 料-磷矿和硅石混淆猜中 CO2 含量 ,%;依据上述计算公式 ,对不一样的磷矿可估量出生产每 t 黄磷的电耗值 ,依此就能初步判断能否合用于黄磷生产 .如计算出电炉耗电 t,便可以为是合用以黄磷生产的优良磷矿。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），其均匀偏差为 %。可见此公式拥有必定的指导生产作用。表 1 某黄磷厂历年生产电耗与计算值对照年份年均
5、匀混淆猜中含量 %计算电耗差值误t2 5Fe2 3CO2t差P OO%19811552515089435198214735143733622 ，19831464514440205461984144391403840119851416813776392198614022136853371987141141416147198814374144841101989 14803 14902 99前苏联电炉制磷工厂使用的磷矿石质量指标以下： （ OCT11901-66）一级二级一级二级P2O5 含量 ,% 筛分构成,mm105010-50CO2 含量 ,%35403540经过10mm 筛的细粉含量，%55
6、Fe2O3 含量 ,% (二)硅石硅石的主要成分是 SiO2。制磷炉料所用的硅石往常要求 SiO2 含量大于96%，Fe2O3 含量小于 %。对硅石的机械强度和热稳固性的要求与磷矿石同样。硅石的粒度控制在 330mm 范围内为宜。(三 )焦炭或其余复原剂焦炭是电炉制磷生产常用的复原剂。焦炭的种类、用量和粒度是影响炉料导电性的主要要素，而且在必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，炉内反响接触面小，反响不易完整，造成电极耗费多，炉内易积蓄大粒度焦炭，会恶化操作。焦炭用量过多，会增添炉料导电能力，使电极工作地点上移，炉气中含尘量增添，炉底温度降低致使出渣困难。适当地减小焦炭粒
7、度，有益于反响的进行，增添炉料的比电阻，能适应电炉提高操作电压的趋向。但焦炭粒度也不可以过小，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 ,焦炭的转鼓指数不低于 280kg.焦炭的用量一般控制为炉猜中 P2O5、Fe2O3、CO2 等组分复原需碳量理论值的 103%105%。焦炭的粒度在 13mm 左右时，其电阻率为最小，故制磷生产中合用的焦炭粒度为 315mm。曾有人研究过用石油焦、石墨、无烟煤、木碳、沥青等碳元素资料取代焦炭作复原剂，此中以无烟煤较为适合。中国的一些黄磷生产厂家曾用过
8、无与焦炭混淆作复原剂生产黄磷，当前贵州基本上以无烟煤作为主要的复原剂生产黄磷，其成本比用焦炭低得多。一、原料的预办理确立炉料的预办理工艺和设备，主要取决于所采原料的物理和化学性质。假如能够得稳固供给的硬质磷块岩，其机械强度高、热稳固性好、挥发重量低，经破裂、筛分、干燥等简单加工就能知足磷炉的供料要求，则是简单而经济的预办理方案。美国 TVA 采纳佛罗里达砾粒磷矿，前苏联古比雪夫制磷厂采纳卡拉塔乌块状磷矿都有长久生产黄磷的经验。中国的多半数中小型制磷工厂都采纳破裂、筛分、干燥块矿直接入炉的工艺。在磷矿的开采、优选、运输、加工、储存等过程中不行防止地产生一部分粉屑。如将这部分碎屑矿用作生产黄磷的原
9、料，就一定增添磷矿造块胡预办理设备。还有好多磷矿因强度不够活热稳固性差，亦一定经过造块预办理后才能用于制磷生产。特别是用于大型制磷电炉的炉料，更应当着重造块预办理。常用的磷矿造块预办理工艺有以下几种。（一）球团法对碎屑状原料磷矿或优选磷矿粉采纳球团法加工时， 磷矿先经过干燥、磨细至 60%80%经过 200 目筛，在圆盘造球机或圆筒造球机中增添必定量的黏土浆作为粘结剂， 制成粒度为 1020mm 的生球，而后经过干燥、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展转窑两类。典型的生产厂有德国 Knapsack、荷兰 Vlissingen、中国昆明三聚磷酸钠厂，采纳的是焙烧设
10、备有链箅机与冷却链箅机串连工艺； 还有德国 Piessteritz厂，采纳的是链链箅机干燥、预热。进展转窑焙烧的工艺流程。球团法的长处是；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拥有较大适应性；返料量小于其余方法。其弊端是：磷矿需要干燥和磨粉，增添了投资和动力耗费；对含碳酸盐较高的磷矿，因为 CO2 脱除率低，黄磷电耗相应较高。（二）烧结法将磷矿破裂至 07mm，加入 6%左右的焦炭粉，在圆筒混淆机中加水混匀，并造成渺小团粒。将混淆料均匀铺入烧结机的台车上，经过点火器由煤气烧嘴的火焰将表层中的焦粉燃，在高温下磷矿开始烧结。台车沿着轨道在风箱上挪动，烧结机上卸掉烧结矿，经冷
11、却、破裂、筛分后获取合格粒度的炉料用矿。筛下胡粉料返回到混淆机中，作为返料利用。采纳烧结工艺的典型生产厂为前苏联新江布尔制磷厂。 该厂年产万 t 黄磷的 8 台大型磷炉所有采纳烧结矿为原料，建有 3 套 312mm2 的大型磷矿烧结机的原矿预办理车间， 年产合格烧结磷矿万吨。中国云南磷肥工业公司建成投产的年产万吨黄磷装置，也采纳烧结法工艺办理原料磷矿。烧结法的长处是：合用于原矿加工，不用将磷矿磨成细粉；磷矿中 CO2、有机质、联合水等含量较高时，经过烧结后大多半可被脱除，有益于降低黄磷的电耗。弊端是：烧结过程热耗较高，要耗费必定的焦粉；返料细粉量达30%左右；烧结贮运过程中对设备的磨损较大。（
12、三）瘤结法碎屑磷矿在展转窑中与 12001400高温下煅烧，使得矿石粒子互相粘聚成为球体。同时矿石中的有机物、二氧化碳和 10%30%的氟在煅烧过程中被排出。经冷却、破裂、筛分后获取合格粒的瘤结料。筛下的细料返回系统中从头煅烧。该方法对磷矿的适应性较大，不需早先成球过程，加工工艺成熟。弊端是物料在展转窑内结圈和结窑皮时很难办理，且劳动条件差，热利用率低，燃料耗费大，电炉尾气只好知足燃料需要量的一半左右，所以办理花费较高。 60 年月新建设装置，基本上不采纳该工艺。磷矿造块的方法除上述介绍的几种以外，还有压块、挤压、低温造球等多种方法。但没有一种方法能够合用于各样不一样的磷矿，所以选定适合的预办
13、理工艺应由技术经济综合要素决定。三、制磷生产流程及主要设备各国电炉法制磷的生产流程大概相像，基本上能够概括成：供料系统、供电系统、制磷电炉、除尘装置和收磷系统等五个构成部分。由原料预办理装置加工合格的磷矿、硅石和焦炭，按生产工艺确立的配比，分别称重计量后混淆均匀，而后将混淆炉料送入电炉顶料仓，经下料管连续均匀地加入炉中。电网中的电能经电炉变压器、二次短网和电极输入电炉。在炉内电能以电阻的形式转变成热能，加热熔融炉料，温度达到 13501450。炉料在高温下发生复原反响，反响产物磷蒸气和一氧化碳从导气管中引出。炉渣与磷铁按期或连续地从电炉渣口和铁口排出。炉气的主要成分是一氧化碳和磷蒸气， 以及少
14、许的 CO2、N2、SiF4、PH3、H2 等。此外好夹带一部分粒径小于 2m 的渺小粉尘，在回收磷从前需要用电除尘器将粉尘从炉气中清除。经除尘后的炉气，在收磷系统中以水为冷却介质进行冷却冷凝，磷蒸气冷凝而得粗磷。粗磷经磷过滤器分别磷泥中的磷蒸发成气态磷而予以回收，剩余灰渣与电除尘灰一并办理。电炉制磷工艺流程见工艺流程图（一）供料系统由炉料预办理装置加工合格的混淆炉料，经提高运输设备送入炉顶高位料仓。为防备炉料各组分在流动中发生离析现象，倆仓宜设计成细高形的分隔仓，每仓有一下料管与电炉连通。炉料借自重连续加入电炉。下料管与电炉炉体间要求绝缘，并采纳断磁举措，以减少电磁损失。因电炉为微正压操作，
15、少许炉气经过料管向顶料仓逸出。所以，大型电炉一般采纳氮封举措，中小型电炉采纳增强炉顶料层作业取的通风举措。以防备发生 CO 中毒事故。(二)供电系统电炉变压系统由磷炉变压器和二次断网两部分构成。磷炉变压器是供电的主要设备。为了适应电炉制磷操作的特别要求，磷炉变压器的参数一定特意设计。往常，磷炉变压器的二次电压较低（一般不超出几百 V），而负荷电流则随变压器容量增大而增大（一般可达数千甚至数万 A ）。按电炉的工作特征，二次电压要求在适合的范围内加以调理改变。为了提高电炉的作业率，大中型电炉的变压器均采纳有载调压。电炉在操作过程中可能出现短时间负荷，甚至短路，以及因为切断电路而惹起的过电压。所以
16、，磷炉变压器一定拥有足够的机械强度和点气绝缘。磷炉变压器的种类有三相和单相两种。中小型电炉从部署及经济看法出发，一般都采纳一台三相变压器。可是对大功率电炉而言，因为考虑短网部署紧凑与平衡减少感觉消耗、提高功率因数，以及大型三相变压器构造复杂。价钱昂贵等要素，一般均采纳三台单相变压器。磷炉变压器的容量是电炉生产能力及生产能力及单位产品的电耗计算而定。电耗取决于磷矿的品位和杂质含量，以及生产规模的大小。磷炉变压器容量的计算公式以下：PGM K1K2cos式中 P磷炉变压器容量， KvAG电炉生产能力， t/hW每吨黄磷电耗， kw h/tK 1均匀负荷系数，一般取 K1=K 2操作中断系数，一般取
17、 K2=cos 功率因数，一般取 cos 。磷炉变压器的二次侧电压和电流都一定切合电炉生产要求。 国际上已发表了很多计算公式，不一样的公式有不一样的合用范围。中国制磷工作者依据中、小型电炉的生产实践，推导出一组计算公式：Ep= 3 PI=3 P式中 EP变压器二次侧相电压， V；I变压器二次侧电极电流， A；P磷炉变压器容量， kVA。经过对大型磷炉的验算， 上述公式对大型电炉的设计计算也有参照意义。从变压器二次侧端头到电极的二次母线总称为短网。短网往常由母排（或铜管）、软电线及引至电极的馈电线等三部分构成。短网的配置，关系到电炉的能力和电力运转指标。其配置的原则应按照：短网路径最短；减少集肤
18、效应；减少感抗和接触电阻；尽量防止周围的铁磁回路惹起的附带消耗，达到降低阻抗，提高效率和功率要素的目的。(三)制磷电炉电炉是黄磷生产的中心设备，设计应切合电气性能、热量散布、化学反响等方面的要求。到当前为止，绝大多半的是凭经验设计的。各国所采纳的炉型主要有电极呈直线摆列的长圆型电炉和电极呈三角形摆列的圆型或圆三角形电炉。美国 TVA 和农业化学公司（ Amercan Agricultural ChemicalCo.）曾建筑过展转电炉。 美国阿尔勃赖特和威尔逊公司 （Albright and WilsenCo.）曾建筑过电极呈六角形摆列的六电极电炉。这两种种类的磷炉都没有获取发展。最近几年来新建
19、的大型磷炉， 大多为电极呈三角形摆列的六电极电炉。大型磷炉的构造见图电炉外壳为钢板焊制，炉底及反响区的炉壁用碳砖砌筑，上部炉壁用耐砖或耐热混凝土筑成， 炉顶采纳耐热混凝土筑成， 其上覆盖一层抗磁不锈钢或一般钢板加隔磁举措的顶板。 整个炉体应保持优秀的气密性， 以防炉气外逸。电炉使用的电极往常有预烧结电极和自动烧结电极（ Soderberg electrode）两类。中小型电炉使用的石墨电极、碳质电极，以及部分大型电炉上使用的半石墨化电极均属于预烧结电极。 这种电极都是在电极生产厂中加工制得，以成品售给制磷厂使用。 自动烧结电极系将电极糊充添于电极壳内，借电极自己的热传导、电流经过单机产生的电阻
20、热、以及炉内高温区的辐射给热等要素，使电极糊自动焙烧碳化而成。这两类电极的性能见表 2 当前，中国常用的石墨电极最大直径为 500mm，国际上的大型磷炉使用的预烧结电极最大直径为 1400mm，最大的自动烧结电极直径为 15001700mm。预烧结电极的长处是机械强度高、 比电阻低、构造简单、操作方便。自动烧结电极与预烧结电极于预烧结电极对比，电极耗费资用较低，可是结构复杂，电极把持器与导电颚板须伸入炉内，控制要求严格，因为预烧结电极直径增大后最大同意电流密度反而减小，在电极接头处的电流密度遇到限制，而且还遇到制造设备的能力限制，所以在大型制磷电炉中越来越多地使用自动烧结电极。表 2 各样电极
21、的性能（ 25）项目单位石墨电极碳质电极自动燃结电极聚积密度/M 317001650145015001480密度/M 322402050190022001900孔隙率%2830202223灰分含量%￥48-电阻系数抗压强度 f/ 2350450300200200260抗拉强度 f/抗弯强度 f/22150280 65200 -50100 3080 -电炉炉体是炉料进行加热、熔融和复原反响的地方。对炉衬的要求是在高温条件下对熔融炉料的耐热抗腐化性，优秀的导电和必定的热容量。为了防止炉衬的腐化，炉衬内壁温度低于炉料熔融的温度，所以要求炉体外壁有必定的散热冷却功能。中小型磷炉往常采纳炉壁自然散热，而
22、大型磷炉都是采纳外壁淋水冷却。不一样的冷却方式，其构造和材质也不同样。炉衬与高温熔料接触的部位都是用在高温下拥有优秀机械强度的炭砖砌筑。电炉炉盖上有电极孔、出气口料管和事故办理孔等多处开孔；在正常生产时，炉盖内表面温度为 300500，但在烘炉及生产不正常时，温度可能高达 1200，故要求炉盖构造稳固，当遇到高温冲击时不变形、不塌陷。有因生产中有少许偏磷酸或偏磷酸盐会粘附在炉盖上，所以炉盖料材要求有必定的耐腐化能。为了减少炉盖刚壳的磁涡流损失，炉盖刚壳应采纳抗磁不锈刚或采纳隔磁构造。（四）除尘装置炉气中常含有粉尘 50150mm/m3，所以在进入冷凝系统从前一定净化除尘。煤气除尘，在中小型磷炉
23、装置中曾采纳过箱式除尘器，后因劳动条件差、净化效率低而被裁减；大型装置往常采纳电除尘器。各厂所有的电除尘器形式不一样，但其基本要求是同样的：一定有较高的除尘效率和优秀的保温性能，以保证炉气中的磷蒸气不被冷凝下来；同时高压进线与电极振打装置要有优秀的密封性。电除尘器的外壳往常为刚制，积淀下来及为管壮、板壮或长圆管状，电晕极可用软铁棒、不锈刚丝等资料。除尘器的操作电压为 4070kV 。电除尘装置的构造简图以以下图，该电除尘器采纳的是长圆筒管形成积淀，用热气夹套保温，电除尘灰以泥浆状排出。当前该装置还不是很成熟，中国黄磷生产厂家没有使用该装置。（五）冷凝系统净化后的炉气，在冷凝系统用直接喷淋方式将
24、磷蒸气冷却凝成液态磷后回收。这在中小型装置中，往常采纳三座空塔，其前方的两塔用热水喷淋，第三塔用冷水喷淋，冷凝的磷在集磷槽中收得；而在大型装置中，则采纳二座冷凝塔，其第一塔为 “热冷凝塔”，喷淋 60的热水，第二塔为“冷冷凝塔”，喷淋约 20的冷却水， 在低于磷的凝结点温度下操作， 以减少尾气带走的磷损失。冷凝系统收得的粗磷中含有少许泥磷的混淆物。经过沉降分别或过滤即可将泥凝与产品黄磷分别，产品直接输入贮槽中储存。第二节 制磷工厂的三废办理电炉投制磷生产的主要副产品有炉渣、磷铁、电除尘灰、尾气和泥磷等。电炉制磷的副产物拥有品种多、数目大的特色。合理地利用副产物，对降低生产成本、除去污染、保护环
25、境均有重要的意义。一、 炉渣制磷过程中每一吨黄磷产生 8 至 10 吨渣，炉渣的成份随磷矿、硅石和焦煤（或无烟煤）的构成成而变化，此中 P2O5 的含量还与电炉设计及生产操作指标相关。一般化学成分（ %）以下：CaOSiO2Ai 2O3Fe2O3P2O5F47534043281-3炉渣经水淬后为灰白色细颗粒 (因杂质含量和冷却条件不一样 ,颜色有深浅不一样 ) ,粒度为 .岩相剖析结果 ,其矿石物组分主要为 -C2ST 和 C5A3,并含有许多的玻璃体 .松懈状的炉渣容重为相对密度为左右 .当前中国的水淬渣主要磷渣硅酸水泥 ,水泥活性混淆资料 ,其掺加量约为 30%左右 ,此中 P2O5 仍是
26、水泥的有害成分 ,当前中国开阳正在动工建设一套 120 万吨 /年的磷渣水泥生产线 .黄磷渣还有以下几种用途1、生产矿渣棉在加压条件下，用气流发射熔融的炉渣而成。这是一种优秀的绝缘资料。2、 生产磷渣砖黄磷渣能够加工成轻质砖、瓷砖、釉面砖等多种建筑资料。3、 作为酸性土壤的中和剂水淬渣今世替石灰施于土壤中，其成效与石灰粉相当，且炉渣中还含有少许的 P2O5，有必定的肥效作用。二、 磷铁磷矿石中的 Fe2O3 在电炉中被复原成铁，与炉气中的黄磷反响生成磷铁，往常磷矿石中含有 Fe2O3 1%，则每吨黄磷副产 80100Kg 的磷铁。磷铁含 Fe约 70%，含 P22%26%，以及微量的 Mn、V
27、、Si 等元素。磷铁是一种无害物质， 即便堆置以不会污染环境； 在冶金工业上用作特种钢的冶炼的作税氧剂使用。将磷铁破裂、磨细到 100 目，加纯碱混淆均匀，于 850900下焙烧。将焙烧物用水浸取，经过滤、蒸发、结晶，可制得 Na3PO4*12H 2O 结晶体，其反响以下：2FeP+3Na2CO3+4O22Na3PO4+Fe2O3+3CO24Fe2P+6Na2CO3+11O24Na3PO4+4Fe2O3+6CO2磷酸三钠能够进一步加工成三聚磷酸钠或六偏磷酸钠等工业磷酸盐产品。三、 电除尘灰电炉制磷生产中，采纳电除尘器净化炉气，每 t 黄磷能够副产电除尘灰100150Kg。电除尘灰的一般化学成分
28、见下表 3表 3化学组分 %P O5CaOSiO2Fe O3AiO3FK ONa OCMgO2222210电除尘灰中含有较高的 P2O5 和 K2O。美国曾做过农田施肥试验， 证明此中的 P2O5 和 K2O 在等量施肥的条件下，拥有同一磷钾肥相等的肥效，所以，能够以为电除尘灰是一种优秀的磷钾复合肥料。一些四、 尾气每吨黄磷副产黄磷尾气 2500NM3 左右，尾气的成分如成分表 4：表 4CO H CH CO2 O2 N2 P4 F S PH3 As2 48090 48 4 2 4 10黄磷尾气的主权成分是一分是一氧碳 ,热值约为 M 3(标 ),可在原料五、 泥磷（一） 泥磷的形成和性质含磷炉气进入收磷系统后，磷被拥有强吸附能力的二氧化硅和碳的微粒所包裹，这些微粒主要来自炉气中的粉尘，以及 SiF4 的水解产物。它们拥有很强的分别性，当与水接触后便形成乳胶体。 据剖析，泥磷中含磷 5%40% ），含水分 10%80%。用显微镜察看时发此刻一些固体杂质与元素磷粘附一同的球状颗粒之间有分别的杂质隔绝；有些小球便成群在地聚结在一同，但因为外界杂质电荷的影响以及
