淺談窯法磷酸的工藝技術(shù)

-.z.淺談窯法磷酸的工藝技術(shù)*文甫窯法磷酸的技術(shù)開展據(jù)報道「3」早在上世紀(jì)30年代，美國就開場對窯法磷酸進(jìn)展研究，先后發(fā)表了10多項專利和試驗報告。1978--1982年，美國西方石油公司在威斯康新進(jìn)展了窯法磷酸中間試驗，采用回轉(zhuǎn)窯為主反響器，重點(diǎn)是在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)有效地隔離復(fù)原區(qū)和氧化區(qū)，并考慮充分利用其化學(xué)反響熱。由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)原因，尤其是工程技術(shù)問題，未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。我國自1988年開場進(jìn)展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**化學(xué)工業(yè)〔集團(tuán)〕公司研究院為代表的隧道窯窯法磷酸技術(shù)和以**礦冶研究院為代表的回轉(zhuǎn)窯〔CDK〕窯法磷酸技術(shù),都形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，并取得了工業(yè)化階段性成果「1」。近日，****經(jīng)開區(qū)與**玖源集團(tuán)公司舉行了關(guān)于JC-KPA窯法磷酸及磷酸鹽工程投資簽約儀式。分兩期建立兩套50kt/a85%工業(yè)磷酸JC-KPA窯法磷酸生產(chǎn)裝置，標(biāo)志著我國窯法磷酸產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟。報道指出：窯法磷酸的建立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(hù)，解決我國即將面臨的磷資源短缺問題起到巨大的作用「7」。窯法磷酸的化學(xué)反響與工藝流程1、窯法磷酸的化學(xué)反響資料報道，工業(yè)上采用電爐法生產(chǎn)黃磷，生產(chǎn)1噸黃磷需要電能13000-15000kw.h或焦炭8--10噸。生產(chǎn)黃磷消耗大量電能或焦炭，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(shè)想，假設(shè)有一套裝置能將燃燒磷〔P2〕和一氧化碳〔CO〕所放出的熱量用于復(fù)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(shè)想「4」。因此，窯法磷酸生產(chǎn)過程的原理與電爐法制磷酸完全一樣「4」，是將傳統(tǒng)的電爐法黃磷〔P4〕和兩步法熱法磷酸〔PA〕兩個獨(dú)立工藝流程合二為一「5」。窯法磷酸的化學(xué)反響是：Ca3(PO4)2+5C+3SiO2→P2↑+5CO↑+3CaSiO3△H=24421kJ/kg〔以P2計，吸熱〕〔1〕2CaF2+3SiO2→2CaSiO3+SiF4↑△H=82kJ/kg〔以P2計，吸熱〕〔2〕P2+5/2O2→P2O5△H=-26097kJ/kg〔以P2計，放熱〕〔3〕5CO+5/2O2→5CO2△H=-22818kJ/kg〔以P2計，放熱〕〔4〕回轉(zhuǎn)窯窯法磷酸的工藝過程「4」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(jī)磨成細(xì)度為0.074mm的細(xì)粉，再參加黏合劑，經(jīng)潤磨后用圓盤造球機(jī)制成粒徑約為10mm的球團(tuán)，再將這球團(tuán)在另一臺圓盤造球中裹上粉狀燃料。將復(fù)合球團(tuán)送到鏈篦機(jī)上，利用冷卻殘球所獲得的熱空氣對復(fù)合球團(tuán)進(jìn)展枯燥、預(yù)熱，要防止球團(tuán)爆裂。2〕、氧化復(fù)原：將預(yù)熱的球團(tuán)送入回轉(zhuǎn)窯中，按化學(xué)反響式〔1〕--〔4〕進(jìn)展氧化復(fù)原反響，生成含P2O5的窯氣。關(guān)鍵技術(shù)是既要將磷的復(fù)原和氧化反響這兩個氣氛要求不同的區(qū)域有效地隔離，又要不阻礙相互間的互相的傳熱和傳質(zhì)。反響殘球進(jìn)入鏈篦機(jī)鼓入空氣冷卻，熱空氣導(dǎo)入枯燥、預(yù)熱鏈篦機(jī)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：從回轉(zhuǎn)窯出來的含P2O5的窯氣進(jìn)入水化塔水化吸收成磷酸，局部粗磷酸經(jīng)過濾器后參加凈化劑，再經(jīng)精濾即為成品磷酸，大局部磷酸經(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，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(jī)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?；剞D(zhuǎn)窯窯法磷酸工藝流程方塊圖「4」粘結(jié)劑冷殘球冷卻粉磨潤磨灰熔點(diǎn)調(diào)整劑冷卻粉磨潤磨煤熱空氣空氣熱殘球粘結(jié)劑復(fù)原氧化枯燥預(yù)熱包裹造球破碎粉磨復(fù)原氧化枯燥預(yù)熱包裹造球破碎粉磨潤磨硅石煤冷卻冷卻凈化劑循環(huán)酸精濾凈化粗濾水化精濾凈化粗濾水化成品磷酸磷酸渣水尾氣壓濾洗滌除霧壓濾洗滌除霧氟硅酸硅膠尾氣放空窯法磷酸工藝技術(shù)的探討1、根據(jù)窯法磷酸化學(xué)反響熱數(shù)據(jù)：復(fù)原反響〔1〕和〔2〕共需要熱量24503kJ/kg〔以P2計〕；氧化反響〔3〕和〔4〕共放出熱量48915kJ/kg〔以P2計〕，氧化反響釋放的熱量是復(fù)原反響所需熱量的2倍，因此，熱量有余「4」。窯法磷酸的目的是合理利用熱量，將氧化燃燒釋放熱有效地供應(yīng)復(fù)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(guān)鍵技術(shù)難題是，既要將磷的復(fù)原和氧化這兩個氣氛要求不同的區(qū)域有效地隔離，又要不阻礙相互間的傳熱與傳質(zhì)「4」。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(shù)的進(jìn)步，特別是新材料的研發(fā)和應(yīng)用，目前熱法磷酸生產(chǎn)技術(shù)已以國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展了標(biāo)準(zhǔn)，其中包括磷燃燒的余熱回收特種設(shè)備，也就是說熱法磷酸余熱回收技術(shù)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(fù)雜，還需要考慮少量的HF、SiF4等。4、設(shè)想將復(fù)原和氧化燃燒分別在兩個設(shè)備中進(jìn)展，回收氧化燃燒的熱量副產(chǎn)蒸汽進(jìn)而發(fā)電，盡管在能量轉(zhuǎn)換過程中會產(chǎn)生一些能量損失，這樣可以減少原料的復(fù)合團(tuán)球，回轉(zhuǎn)窯操作控制比擬容易。同時，復(fù)原和氧化分別進(jìn)展，有利于反響進(jìn)展的更徹底，提高磷的收率。綜上分析，設(shè)想改良的窯法磷酸工藝原則流程方塊圖如下：輔料球磨配料水泥產(chǎn)品或耐火材料球磨配料原煤煤粉制備冷殘球煤粉制備冷殘球空氣冷卻冷卻熱空氣熱殘球粘結(jié)劑破碎粉磨潤磨造球復(fù)原〔回轉(zhuǎn)窯)枯燥破碎粉磨潤磨造球復(fù)原〔回轉(zhuǎn)窯)枯燥預(yù)熱硅石焦沫軟水空氣余熱回收氧化燃燒蒸汽余熱回收氧化燃燒冷卻冷卻凈化劑循環(huán)酸精濾凈化粗濾水化精濾凈化粗濾水化成品磷酸磷酸渣水尾氣壓濾洗滌除霧壓濾洗滌除霧氟硅酸硅膠尾氣放空參考文獻(xiàn)：殷憲國"窯法磷酸開發(fā)戰(zhàn)略與工業(yè)化技術(shù)路線"磷肥與復(fù)肥第22卷第6期2007.11楊宏輝、李春、梁斌、吳潘、邱禮有、呂莉"窯法