CN103641086B - 黄磷纯化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黄磷纯化装置及方法，该方法是先向结晶器加入黄磷溶解液,然后加入工业黄磷结晶，洗涤晶体；然后充分置换氧化槽内的空气后,将氧化剂、催化剂、黄磷分别加入氧化槽,反应1-3h后,静置分层；然后进入洗涤槽洗涤黄磷；再将黄磷加入区域熔融设备，黄磷分区融化逐渐转移到区熔池的两端，并分别进入高纯黄磷槽和低砷黄磷槽；由高纯黄磷槽出来得到的黄磷排入压磷罐并进入过滤器，过滤后的黄磷进入最终产品储存系统。采用本发明采用了精馏、结晶、区熔、过滤的方法对黄磷进行纯化，能够提高磷的纯度，且不影响黄磷质量。

Description

黄磷纯化装置及方法

技术领域

    本发明涉及一种黄磷纯化装置，特别是一种高纯黄磷生产装置。

背景技术

工业黄磷中除砷以外，还含有机械杂质、无机杂质及有机质。这些杂质主要有：

金属元素：Ca、Fe、Al、Mg、Sr、Mn、Na、K、Ti、V、Cr、Ni、Ga、Cd、Cu、Sb、Pb、Zn、Sn、U。

半金属元素：Se、Si、C、B、As、Bi。

有机物：酚、蒽、焦油及多原子多环芳烃，约30种以上。

由于工业黄磷中含有上述杂质，严重影响其应用范围，而高纯磷化工产品的用途极为广泛，以高纯磷为例，InP、GaP等是电子工业中的重要原料，是平面外延晶体管及集成电路的掺杂剂；在石化领域，高纯度的PCl3、P2O5是高级润滑油的添加剂；在医药行业，高纯磷是生产免疫抑制剂、血管扩张药、脑代谢改善药等药品的原料；另外，高纯磷在食品工业、汽车制造、军工、航空等领域也有广泛的应用。

黄磷中含有无机杂质、有机杂质及机械杂质，严重影响黄磷的应用范围及经济附加值，为此国内外的一些科研院所及高校都在研究黄磷杂质的脱除方法。但因黄磷杂质的复杂性，使其已报道的化学法及物理方法去除黄磷中的砷都面临着磷回收率低、提纯效果有限、等问题。

工业黄磷的杂质成分非常复杂，要采用一种单一的方法方法，很难达到理想的、经济的效果，因此必须采用多种净化法耦合。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种安全高效的黄磷纯化装置。以适应规模化生产的需要，达到生产操作可控性强，黄磷纯化效率高的目的。

本发明的技术方案：一种黄磷纯化装置，包括结晶器、氧化装置、洗涤装置、区熔装置和过滤装置；

所述结晶器顶部分别设置结晶器黄磷进口、黄磷溶解液进口，结晶器的侧面上部还设有洗涤液进口，结晶器的底部设有结晶器黄磷出口；所述结晶器外部设有保温层，保温层的下部设有结晶器冷却液进口，在保温层的对侧上部设有结晶器冷却液出口；

所述氧化装置主要包括氧化槽；所述氧化槽顶部分别设置氧化槽黄磷进口、氧化剂进口、催化剂进口、氮气进口和尾气出口；所述氧化槽的底部分别设有氧化槽黄磷出口和废液出口；所述氧化槽内部设有搅拌器；

所述洗涤装置主要由洗涤槽构成，所述洗涤槽顶部分别设置洗涤槽黄磷进口、氮气进口、超纯水进口和尾气出口，所述洗涤槽底部设有洗涤槽黄磷出口，洗涤槽的下侧设有废水出口；所述洗涤槽内部设有搅拌器；

所述区熔装置包括缓冲槽、区域熔融设备、高纯黄磷槽和低砷黄磷槽；所述缓冲槽顶部设有缓冲槽黄磷进口和缓冲槽密封水进口；缓冲槽黄磷出口设在缓冲槽的底部；所述区域熔融设备包括区熔池、环形加热器、环形冷却器、驱动装置，区熔池安装在支座上，环形加热器和环形冷却器环绕区熔池安装，环形加热器和环形冷却器分别由若干组构成，沿区熔池轴向相间排列，驱动装置通过连接构件与环形加热器和环形冷却器连接；所述高纯黄磷槽顶部设有高纯黄磷槽密封水进口和高纯黄磷槽黄磷进口；底部设有高纯黄磷槽黄磷出口；所述低砷黄磷槽顶部设有低砷黄磷槽密封水进口和低砷黄磷槽黄磷进口；底部设有低砷黄磷槽黄磷出口；所述缓冲槽黄磷出口连接到区域熔融设备顶部的区域熔融设备黄磷进口，区域熔融设备底部的区域熔融设备高纯黄磷出口连接到高纯黄磷槽黄磷进口，区域熔融设备底部的区域熔融设备低砷黄磷出口连接到低砷黄磷槽黄磷进口；

所述过滤装置包括过滤器和压磷罐；所述压磷罐的顶部分别设有压磷罐黄磷进口和压磷罐黄磷出口，压磷罐的侧面上部设有含磷液体溢流口，所述压磷罐的外部设有保温层，保温层的底部设有压磷罐保温液入口，在保温层的上部设有压磷罐保温液出口；所述过滤器顶部分别设有过滤器黄磷进口和洗涤液入口，所述过滤器的下部设有黄磷出口，所述过滤器的底部设有滤渣出口；所述过滤器的外部设有保温层，保温层的底部设有过滤器保温液入口，在保温层的对侧上部设有过滤器保温液出口；

所述结晶器黄磷出口由管线连接至氧化槽黄磷进口；所述氧化槽黄磷出口连接至洗涤槽黄磷进口管线上设有黄磷泵；洗涤槽黄磷出口由管线连接至缓冲槽黄磷进口，高纯黄磷槽黄磷出口通过管线连接至压磷罐黄磷进口；所述压磷罐黄磷出口由管线连接至过滤器黄磷进口。

上述氧化槽还设有保温夹套，保温夹套设有氧化槽保温液进口和氧化槽保温液出口。

上述洗涤槽还设有保温夹套，保温夹套设有洗涤槽保温液进口和洗涤槽保温液出口。

所述区域熔融设备的区熔池为两端封闭的筒体；所述环形加热器的数量与环形冷却器的数量相同。

所述区域熔融设备的区熔池与水平线的夹角为10-15度。

所述区域熔融设备中的环形加热器的热水进口在区熔池的上方，热水出口在区熔池相对侧的下方；环形冷却器的冷水进口在区熔池的上方，冷水出口在区熔池相对侧的下方。

上述过滤器的滤芯的过滤微孔尺寸在2～5um。

一种利用上述黄磷纯化装置的生产方法，主要步骤包括：（1）向结晶器加入黄磷溶解液(如二硫化碳等),然后加入工业黄磷，调节保温层的结晶器冷却液的流量控制结晶温度，黄磷结晶；（2）将结晶母液排入溶解液再生产系统，再向结晶槽中加入晶体洗涤液，洗涤好后洗涤液排入洗涤液再生系统；（3）启动氮气发生装置，氮气进入氧化槽并从尾气出口排入尾气处理系统,充分置换氧化槽内的空气后,将氧化剂和催化剂分别从氧化剂进口、催化剂进口加入氧化槽,黄磷送入氧化槽,启动搅拌器，调整氧化槽夹套水流量控制反应温度70℃-80℃；反应1-3h后, 停止搅拌,静置使氧化槽内的物料充分分层；黄磷中砷等杂质被氧化后进入废液,从废酸出口排到废液处理系统；（4）从超纯水进口向洗涤槽加入超纯水,将黄磷从氧化槽加入洗涤槽，启动搅拌器, 调整洗涤槽夹套水流量控制洗涤温度, 搅拌一定时间后,停止搅拌,静置使洗涤槽内的物料充分分层；（5）将黄磷加入区域熔融设备的区熔池内部，保持环形加热器与环形冷却器处于导通状态，开启驱动装置，黄磷分区融化逐渐转移到区熔池的两端，并分别进入高纯黄磷槽和低砷黄磷槽；（6）由高纯黄磷槽出来得到的黄磷排入压磷罐；调节压磷罐夹套热水流量调整压磷罐内物料温度，使黄磷处于液体状态；然后进入过滤器，过滤后的黄磷进入最终产品储存系统；而滤渣则排入黄磷制酸系统进行综合利用；（7）将低砷黄磷槽出来的黄磷送入磷酸系统制备工业级磷酸。

    本发明的优点：综合采用了结晶、氧化、洗涤、区熔、过滤的方法对黄磷进行纯化，能够提高磷的纯度，且整个装置各个单元的衔接性好，生产操作连续化，不易泄漏，不会对环境造成污染；而且本发明的设备采用了夹套式的保温层，能够很好的控制温度，减少了能源的浪费，相比于现有外置的热源装置，不仅降低了设备成本，减少了热传递中的能量损耗，而且不会产生废气废渣，节省设备占地，且不影响黄磷质量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

1-结晶器冷却液进口；2-结晶器黄磷进口；3-黄磷溶液液进口；4-洗涤液进口；5-结晶器冷却液出口；6-结晶器黄磷出口；7-结晶器；8-压磷罐黄磷进口；9-压磷罐保温液出口；10-压磷罐黄磷出口；11-含磷液溢流口；12-压磷罐；13-压磷罐保温液入口；14-洗涤液入口；15-过滤器；16-过滤器保温液入口；17-过滤器黄磷入口；18-过滤器保温液出口；19-过滤器黄磷出口；20-滤渣出口；21-氧化槽黄磷进口；22-氧化剂进口；23-催化剂进口；24-氮气进口；25-尾气出口；26-氧化槽保温液出口；27-氧化槽保温液进口；28氧化槽搅拌器；29-洗涤槽黄磷进口；30-洗涤槽保温液进口；31-洗涤槽氮气进口；32-洗涤槽超纯水进口；33-洗涤槽尾气出口；34-洗涤槽保温液出口；35-废水出口；36-洗涤槽搅拌器；37-废酸出口；38-氧化槽黄磷出口；40-高纯黄磷槽黄磷进口；41-高纯黄磷槽密封水进口；42-高纯黄磷槽保温水进口；43-高纯黄磷槽密封水溢流口；44-高纯黄磷槽保温水出口；45-高纯黄磷槽黄磷出口；46-低砷黄磷槽黄磷进口；47-低砷黄磷槽密封水进口；48-低砷黄磷槽密封水溢流口；49-低砷黄磷槽保温水出口；50-低砷黄磷槽保温水进口；；51-低砷黄磷槽黄磷出口；52-支座；53-区熔池；54-区域熔融设备黄磷进口；55-缓冲槽黄磷出口；56-缓冲槽保温水进口；57-缓冲槽保温水出口；58-缓冲槽密封水溢流口；59-缓冲槽黄磷进口；60-热水进口；61-热水出口；62-冷水进口；63-冷水出口；64-区域熔融设备高纯黄磷出口；65-区域熔融设备低砷黄磷出口。

具体实施方式

实施例

一种黄磷纯化装置，包括结晶器7、氧化装置、洗涤装置、区熔装置和过滤装置；

所述结晶器7顶部分别设置结晶器黄磷进口2、黄磷溶解液进口3，结晶器7的侧面上部还设有洗涤液进口4，结晶器7的底部设有结晶器黄磷出口6；所述结晶器7外部设有保温层，保温层的下部设有结晶器冷却液进口1，在保温层的对侧上部设有结晶器冷却液出口5；

所述氧化装置主要包括氧化槽；所述氧化槽3顶部分别设置氧化槽黄磷进口21、氧化剂进口22、催化剂进口23、氮气进口24和尾气出口25；所述氧化槽3的底部分别设有氧化槽黄磷出口38和废酸出口37；所述氧化槽7内部设有搅拌器28；

所述洗涤装置主要由洗涤槽构成，所述洗涤槽顶部分别设置洗涤槽黄磷进口29、氮气进口31、超纯水进口32和尾气出口33，所述洗涤槽4底部设有洗涤槽黄磷出口，洗涤槽4的下侧设有废水出口35；所述洗涤槽4内部设有搅拌器36；

所述区熔装置包括缓冲槽、区域熔融设备、高纯黄磷槽和低砷黄磷槽；所述缓冲槽顶部设有缓冲槽黄磷进口59和缓冲槽密封水进口58；缓冲槽黄磷出口55设在缓冲槽的底部；所述区域熔融设备包括区熔池53、环形加热器、环形冷却器、驱动装置，区熔池53安装在支座52上，环形加热器和环形冷却器环绕区熔池安装，环形加热器和环形冷却器分别由若干组构成，沿区熔池轴向相间排列，驱动装置通过连接构件与环形加热器和环形冷却器连接；所述高纯黄磷槽顶部设有高纯黄磷槽密封水进口41和高纯黄磷槽黄磷进口40；底部设有高纯黄磷槽黄磷出口45；所述低砷黄磷槽顶部设有低砷黄磷槽密封水进口47和低砷黄磷槽黄磷进口46；底部设有低砷黄磷槽黄磷出口51；所述缓冲槽黄磷出口55连接到区域熔融设备顶部的区域熔融设备黄磷进口54，区域熔融设备底部的区域熔融设备高纯黄磷出口64连接到高纯黄磷槽黄磷进口40，区域熔融设备底部的区域熔融设备低砷黄磷出口65连接到低砷黄磷槽黄磷进口46；

所述过滤装置包括过滤器15和压磷罐12；所述压磷罐12的顶部分别设有压磷罐黄磷进口8和压磷罐黄磷出口10，压磷罐8的侧面上部设有含磷液体溢流口11，所述压磷罐12的外部设有保温层，保温层的底部设有压磷罐保温液进口13，在保温层的上部设有压磷罐保温液出口9；所述过滤器15顶部分别设有过滤器黄磷进口17和洗涤液进口14，所述过滤器15的下部设有过滤器黄磷出口19，所述过滤器15的底部设有滤渣出口20；所述过滤器15的外部设有保温层，保温层的底部设有过滤器保温液进口16，在保温层的对侧上部设有过滤器保温液出口18；

所述结晶器黄磷出口6由管线连接至氧化槽黄磷进口21；所述氧化槽黄磷出口38连接至洗涤槽黄磷进口29管线上设有黄磷泵；洗涤槽黄磷出口由管线连接至缓冲槽黄磷进口59，高纯黄磷槽黄磷出口45通过管线连接至压磷罐黄磷进口8；所述压磷罐黄磷出口10由管线连接至过滤器黄磷进口17。

上述氧化槽还设有保温夹套，保温夹套设有氧化槽保温液进口27和氧化槽保温液出口26。

上述洗涤槽还设有保温夹套，保温夹套设有洗涤槽保温液进口30和洗涤槽保温液出口34。

所述区域熔融设备的区熔池53为两端封闭的筒体；所述环形加热器的数量与环形冷却器的数量相同。

所述区域熔融设备的区熔池53与水平线的夹角为10-15度。

所述区域熔融设备中的环形加热器的热水进口60在区熔池53的上方，热水出口61在区熔池53相对侧的下方；环形冷却器的冷水进口62在区熔池53的上方，冷水出口63在区熔池53相对侧的下方。

上述过滤器15的滤芯的过滤微孔尺寸在2～5um。

一种利用上述黄磷纯化装置的生产方法，主要步骤包括：（1）向结晶器加入二硫化碳,然后加入工业黄磷，调节保温层的结晶器冷却液的流量控制结晶温度，黄磷结晶；（2）将结晶母液排入溶解液再生产系统，再向结晶槽中加入晶体洗涤液，洗涤好后洗涤液排入洗涤液再生系统；（3）启动氮气发生装置，氮气进入氧化槽并从尾气出口排入尾气处理系统,充分置换氧化槽内的空气后,将氧化剂和催化剂分别从氧化剂进口、催化剂进口加入氧化槽,黄磷也进入氧化槽,启动搅拌器，调整氧化槽夹套水流量控制反应温度70℃-80℃；反应1-3h后, 停止搅拌,静置使氧化槽内的物料充分分层；黄磷中砷等杂质被氧化后进入废液,从废酸出口排到废液处理系统；（4）从超纯水进口向洗涤槽加入超纯水,将黄磷从氧化槽加入洗涤槽，启动搅拌器, 调整洗涤槽夹套水流量控制洗涤温度, 搅拌一定时间后,停止搅拌,静置使洗涤槽内的物料充分分层；（5）将黄磷加入区域熔融设备的区熔池内部，保持环形加热器与环形冷却器处于导通状态，开启驱动装置，黄磷分区融化逐渐转移到区熔池的两端，并分别进入高纯黄磷槽和低砷黄磷槽；（6）由高纯黄磷槽出来得到的黄磷排入压磷罐；调节压磷罐夹套热水流量调整压磷罐内物料温度，使黄磷处于液体状态；然后进入过滤器，过滤后的黄磷进入最终产品储存系统；而滤渣则排入黄磷制酸系统进行综合利用；（7）将低砷黄磷槽出来的黄磷送入磷酸系统制备工业级磷酸。

Claims (10)

1.一种黄磷纯化装置，其特征在于该装置包括结晶器（7）、氧化装置、洗涤装置、区熔装置和过滤装置；

所述结晶器（7）顶部分别设置结晶器黄磷进口（2）、黄磷溶解液进口（3），结晶器（7）的侧面上部还设有洗涤液进口（4），结晶器（7）的底部设有结晶器黄磷出口（6）；所述结晶器（7）外部设有保温层，保温层的下部设有结晶器冷却液进口（1），在保温层的对侧上部设有结晶器冷却液出口（5）；

所述氧化装置主要包括氧化槽；所述氧化槽（3）顶部分别设置氧化槽黄磷进口（21）、氧化剂进口（22）、催化剂进口（23）、氮气进口（24）和尾气出口（25）；所述氧化槽（3）的底部分别设有氧化槽黄磷出口（38）和废酸出口（37）；所述氧化槽（3）内部设有搅拌器（28）；

所述洗涤装置主要由洗涤槽构成，所述洗涤槽顶部分别设置洗涤槽黄磷进口（29）、氮气进口（31）、超纯水进口（32）和尾气出口（33），所述洗涤槽（4）底部设有洗涤槽黄磷出口，洗涤槽（4）的下侧设有废水出口（35）；所述洗涤槽（4）内部设有搅拌器（36）；

所述区熔装置包括缓冲槽、区域熔融设备、高纯黄磷槽和低砷黄磷槽；所述缓冲槽顶部设有缓冲槽黄磷进口（59）和缓冲槽密封水进口（58）；缓冲槽黄磷出口（55）设在缓冲槽的底部；所述区域熔融设备包括区熔池（53）、环形加热器、环形冷却器、驱动装置，区熔池（53）安装在支座（52）上，环形加热器和环形冷却器环绕区熔池安装，环形加热器和环形冷却器分别由若干组构成，沿区熔池轴向相间排列，驱动装置通过连接构件与环形加热器和环形冷却器连接；所述高纯黄磷槽顶部设有高纯黄磷槽密封水进口（41）和高纯黄磷槽黄磷进口（40）；底部设有高纯黄磷槽黄磷出口（45）；所述低砷黄磷槽顶部设有低砷黄磷槽密封水进口（47）和低砷黄磷槽黄磷进口（46）；底部设有低砷黄磷槽黄磷出口（51）；所述缓冲槽黄磷出口（55）连接到区域熔融设备顶部的区域熔融设备黄磷进口（54），区域熔融设备底部的区域熔融设备高纯黄磷出口（64）连接到高纯黄磷槽黄磷进口（40），区域熔融设备底部的区域熔融设备低砷黄磷出口（65）连接到低砷黄磷槽黄磷进口（46）；

所述过滤装置包括过滤器（15）和压磷罐（12）；所述压磷罐（12）的顶部分别设有压磷罐黄磷进口（8）和压磷罐黄磷出口（10），压磷罐(12)的侧面上部设有含磷液体溢流口（11）；所述过滤器（15）顶部分别设有过滤器黄磷进口（17）和洗涤液进口（14），所述过滤器（15）的下部设有过滤器黄磷出口（19），所述过滤器（15）的底部设有滤渣出口（20）；

所述结晶器黄磷出口（6）由管线连接至氧化槽黄磷进口（21）；所述氧化槽黄磷出口（38）连接至洗涤槽黄磷进口（29）管线上设有黄磷泵；洗涤槽黄磷出口由管线连接至缓冲槽黄磷进口（59），高纯黄磷槽黄磷出口（45）通过管线连接至压磷罐黄磷进口（8）；所述压磷罐黄磷出口（10）由管线连接至过滤器黄磷进口（17）。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述氧化槽还设有保温夹套，保温夹套设有氧化槽保温液进口（27）和氧化槽保温液出口（26）。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述洗涤槽还设有保温夹套，保温夹套设有洗涤槽保温液进口(30)和洗涤槽保温液出口(34)。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述区域熔融设备的区熔池（53）为两端封闭的筒体；所述环形加热器的数量与环形冷却器的数量相同。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述区域熔融设备的区熔池（53）与水平线的夹角为10-15度。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述区域熔融设备中的环形加热器的热水进口（60）在区熔池（53）的上方，热水出口（61）在区熔池（53）相对侧的下方；环形冷却器的冷水进口（62）在区熔池（53）的上方，冷水出口（63）在区熔池（53）相对侧的下方。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于压磷罐(12)的外部设有保温层，保温层的底部设有压磷罐保温液进口(13)，在保温层的上部设有压磷罐保温液出口(9)。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述过滤器(15)的外部设有保温层，保温层的底部设有过滤器保温液进口(16)，在保温层的对侧上部设有过滤器保温液出口(18)。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述过滤器(15)的滤芯的过滤微孔尺寸在2～5um。

10.一种利用上述1-9任一项权利要求所述的黄磷纯化装置的生产方法，其特征在于主要步骤包括：（1）向结晶器加入黄磷溶解液,然后加入工业黄磷，调节保温层的结晶器冷却液的流量控制结晶温度，黄磷结晶；（2）将结晶母液排入溶解液再生产系统，再向结晶槽中加入晶体洗涤液，洗涤好后洗涤液排入洗涤液再生系统；（3）启动氮气发生装置，氮气进入氧化槽并从尾气出口排入尾气处理系统,充分置换氧化槽内的空气后,将氧化剂和催化剂分别从氧化剂进口、催化剂进口加入氧化槽,黄磷也进入氧化槽,启动搅拌器，调整氧化槽夹套水流量控制反应温度70℃-80℃；反应1-3h后, 停止搅拌,静置使氧化槽内的物料充分分层；黄磷中砷杂质被氧化后进入废液,从废酸出口排到废液处理系统；（4）从超纯水进口向洗涤槽加入超纯水,将黄磷从氧化槽加入洗涤槽，启动搅拌器, 调整洗涤槽夹套水流量控制洗涤温度, 搅拌一定时间后,停止搅拌,静置使洗涤槽内的物料充分分层；（5）将黄磷加入区域熔融设备的区熔池内部，保持环形加热器与环形冷却器处于导通状态，开启驱动装置，黄磷分区融化逐渐转移到区熔池的两端，并分别进入高纯黄磷槽和低砷黄磷槽；（6）由高纯黄磷槽出来得到的黄磷排入压磷罐；调节压磷罐夹套热水流量调整压磷罐内物料温度，使黄磷处于液体状态；然后进入过滤器，过滤后的黄磷进入最终产品储存系统；而滤渣则排入黄磷制酸系统进行综合利用；（7）将低砷黄磷槽出来的黄磷送入磷酸系统制备工业级磷酸。