CN104760941A - 一种黄磷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黄磷的制备方法，其是将磷矿石、无烟煤与硅矿石分别洗选烘干后，按照一定的比例送入电炉内混合，在一定的温度下进行氧化还原反应，将获得的炉气送入冷却塔中，在喷淋水的作用下冷却后，获得的粗磷进入受磷槽中进行第一次沉降，接着将粗磷送入精制锅中进行第二次沉降，然后在精制锅中用蒸汽加热、搅拌、澄清后，在锅底沉积纯磷，将纯磷冷却成型后得黄磷产品，将分离出纯磷后的泥磷送入泥磷池中进行第三次沉降，再进行液固分离后获得黄磷。本发明通过将粗磷进行三次沉降，提高了黄磷产品的产量，取得显著的经济效益，同时，大大降低了泥磷的排放量，取得显著的环保效益。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体来说，涉及一种黄磷的制备方法。
背景技术
黄磷，又称白磷，是一种白色至浅黄色的脆腊状固体。黄磷可用来生产磷酸，利用其易燃产生烟和雾的特性，在军事上用来生产烟幕弹和燃烧弹等，用途广泛。在贵州的黄磷生产中，绝大部份生产厂家均采用无烟煤作还原剂，由于无烟煤中含有6～9％的有机物，也就是通常所说的煤焦油。在黄磷生产还原反应过程中，无烟煤中的易挥发物质随着炉气一道逸出，在冷却塔内与炉气、粉尘一起被包裹沉积到受磷槽内，沉积在受磷槽内的料浆被迅速的送入精制锅精制，在精制锅中立刻进行漂洗，获得黄磷产品。据统计，采用现有的黄磷生产方法生产黄磷，每生产1t黄磷约副产泥磷0.15t至0.35t。泥磷中含磷量随着黄磷生产过程中精制程度不同而有所差异,一般含磷约35％至40％，其杂质的主要成分为SiO2、CaO、C、Fe2O3以及Al2O3。随着黄磷生产的进行，泥磷堆积量逐年增加，其引发的环境问题日渐突出，泥磷中还含有一定较大比例的单质磷，若不予回收或处理，则将造成资源的极大浪费。如何减少泥磷的排放量以及对泥磷进行有效利用，是目前黄磷生产中迫切需要解决的技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种黄磷的制备方法，以解决现有黄磷生产方法中排放的泥磷量较大而带来的环境问题以及资源浪费问题。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：
一种黄磷的制备方法，将磷矿石、无烟煤与硅矿石分别进行洗选以及烘干，然后将上述原料按照一定的比例送入电炉内混合，在一定的温度下进行氧化还原反应，获得炉气和炉渣，将炉气送入冷却塔中，在喷淋水的作用下冷却后，获得的料浆进入受磷槽中进行第一次沉降，沉降时间为30～60min，接着将料浆送入精制锅中进行第二次沉降，沉降时间为40～60min，然后在精制锅中用蒸汽加热、搅拌、澄清后，在锅底沉积纯磷，将纯磷冷却成型后得黄磷产品，将分离出纯磷后的料浆送入泥磷池中进行第三次沉降，沉降时间为60～80min，再进行液固分离获得黄磷。
所述的黄磷的制备方法，包括以下步骤：
(1)洗选、烘干：将磷矿石、无烟煤以及硅矿石分别送入洗矿系统进行洗选，除去磷矿石、无烟煤以及硅矿石中的粉尘，使其含尘量均为0～3％，再将磷矿石、无烟煤以及硅矿石分别送入烘干机中，采用400～450℃的温度烘10～15min；
(2)混合反应：将磷矿石、无烟煤与硅矿石的细粉按照1：(0.25～0.35)：(0.15～0.2)的质量比送入电炉内混合，控制温度为1400～1500℃，反应时间为1～2h，获得炉气和炉渣；
(3)冷却：将炉气送入冷却塔中，在喷淋水的作用下冷却后，获得料浆，其中，炉气与喷淋水的体积比为(0.6～0.8):1；
(4)沉降：将料浆送入受磷槽中，确保受磷槽内料浆与受磷槽内空间的体积比为(60～80)：100，使料浆在受磷槽中沉降40～50min；接着将料浆送入精制锅中，确保精制锅内料浆与精制锅内空间的体积比为(60～80)：100，并使料浆在精制锅中沉降50～60min，然后在精制锅中用200～220℃的蒸汽加热、搅拌、澄清后，在锅底沉积纯磷，将纯磷冷却成型后得黄磷产品；将分离出纯磷后的料浆送入泥磷池中，确保泥磷池内料浆与泥磷池内空间的体积比为(60～80)：100，沉降时间为65～75min，将液固分离后获得泥磷。
所述磷矿石中P2O5的含量为30～32％。
所述硅矿石中SiO2的含量为96～98％。
所述无烟煤中固定碳的含量为75～78％。
所述步骤(1)中，采用洗矿系统对磷矿石、无烟煤与硅矿石分别洗选后，磷矿石的粒度为3～30mm，无烟煤的粒度为2～10mm，硅矿石的粒度为5～30mm。
所述步骤(1)中，采用烘干机对磷矿石、无烟煤与硅矿石分别烘干后，磷矿石的水分含量为0.5～1.5％、无烟煤的水分含量为0.5～1.5％、硅矿石的水分含量为0.5～4％。
所述步骤(2)中，磷矿石、无烟煤与硅矿石的质量比为1:0.3:0.2。
所述步骤(3)中，炉气与喷淋水的体积比为0.7:1。
所述步骤(4)中，将料浆送入受磷槽中，确保受磷槽内料浆与受磷槽内空间的体积比为70：100，使料浆在受磷槽中沉降45min；接着将料浆送入精制锅中，确保精制锅内料浆与精制锅内空间的体积比为70：100，并使料浆在精制锅中沉降55min，然后在精制锅中用210℃的蒸汽加热60～100min，在加热过程中不断搅拌，接着澄清60～100min后，在锅底沉积纯磷，将纯磷在0～30℃的温度下冷却成型后得黄磷产品；将分离出纯磷后的料浆送入泥磷池中，确保泥磷池内料浆与泥磷池内空间的体积比为70：100，沉降时间为70min，再进行液固分离获得泥磷。
本发明的有益效果在于：通过控制黄磷生产过程中炉气与喷淋水的体积比，增大喷淋水的用量，显著提高了炉气的冷却效果。将料浆进行三次沉降，在沉降过程中严格控制沉降的空间以及时间，使得料浆得以最大限度的沉降，提高了黄磷产品的产量，取得显著的经济效益，同时，大大降低了泥磷的排放量，取得显著的环保效益。本公司制磷车间从2014年2月份至10月份，按照本发明的制备方法进行黄磷的生产，经30多次的试验并取样分析，分析结果如下：黄磷生产过程中排放的污水中元素磷含量为1％以下，泥磷中磷含量从2013年的37.5％下降到现在的27％以下，泥磷排放量从2013年的生产一吨黄磷副产300kg泥磷，下降到现在生产一吨黄磷副产180kg以下泥磷，大大减少了泥磷的排放量。
具体实施方式
为了方便本领域的技术人员理解，下面将结合实施例对本发明做进一步的描述。实施例仅仅是对该发明的举例说明，不是对本发明的限定，实施例中未作具体说明的步骤均是已有技术，在此不做详细描述。
实施例一
一种黄磷的制备方法，其是将磷矿石、无烟煤以及硅矿石分别送入洗矿系统进行洗选，除去磷矿石、无烟煤以及硅矿石中的粉尘，使磷矿石、无烟煤以及硅矿石的含尘量均为3％，再将磷矿石、无烟煤以及硅矿石分别送入烘干机中，采用400℃的温度烘15min，磷矿石的水分含量为1.5％、无烟煤的水分含量为1.5％、硅矿石的水分含量为4％，接着将磷矿石、无烟煤与硅矿石的细粉按照1：0.25：0.15的质量比送入电炉内混合，控制温度为1400℃，反应时间为1h，获得炉气和炉渣，炉渣通过电炉排出，将炉气送入冷却塔中，在喷淋水的作用下冷却后，获得料浆，其中，炉气与喷淋水的体积比为0.6:1，将料浆送入受磷槽中，确保受磷槽内料浆与受磷槽内空间的体积比为60：100，使料浆在受磷槽中沉降40min，接着将料浆送入精制锅中，确保精制锅内料浆与精制锅内空间的体积比为60：100，并使料浆在精制锅中沉降50min，然后在精制锅中用200℃的蒸汽加热60min，在加热过程中不断搅拌，接着澄清60min后，在锅底沉积纯磷，将纯磷在0℃的温度下冷却成型后得黄磷产品，将分离出纯磷后的料浆送入泥磷池中，确保泥磷池内料浆与泥磷池内空间的体积比为60：100，沉降时间为65min，将液固分离后获得泥磷和污水。
所述磷矿石中P2O5的含量为30％，所述硅矿石中SiO2的含量为96％，所述无烟煤中固定碳的含量为76％。
将上述排放的污水和泥磷取样分析，污水中元素磷含量为0.9％，泥磷中磷含量为27％，每生产一吨黄磷副产180kg泥磷。
实施例二
一种黄磷的制备方法，其是将磷矿石、无烟煤以及硅矿石分别送入洗矿系统进行洗选，除去磷矿石、无烟煤以及硅矿石中的粉尘，使磷矿石、无烟煤以及硅矿石的含尘量均为2％，再将磷矿石、无烟煤以及硅矿石分别送入烘干机中，采用450℃的温度烘10min，磷矿石的水分含量为0.5％、无烟煤的水分含量为0.5％、硅矿石的水分含量为0.5％，接着将磷矿石、无烟煤与硅矿石的细粉按照1：0.35：0.2的质量比送入电炉内混合，控制温度为1500℃，反应时间为2h，获得炉气和炉渣，炉渣通过电炉排出，将炉气送入冷却塔中，在喷淋水的作用下冷却后，获得料浆，其中，炉气与喷淋水的体积比为0.8:1，将料浆送入受磷槽中，确保受磷槽内料浆与受磷槽内空间的体积比为80：100，使料浆在受磷槽中沉降50min，接着将料浆送入精制锅中，确保精制锅内料浆与精制锅内空间的体积比为80：100，并使料浆在精制锅中沉降60min，然后在精制锅中用220℃的蒸汽加热100min，在加热过程中不断搅拌，接着澄清100min后，在锅底沉积纯磷，将纯磷在30℃的温度下冷却成型后得黄磷产品，将分离出纯磷后的料浆送入泥磷池中，确保泥磷池内料浆与泥磷池内空间的体积比为80：100，沉降时间为75min，将液固分离后获得泥磷和污水。
所述磷矿石中P2O5的含量为31％，所述硅矿石中SiO2的含量为95％，所述无烟煤中固定碳的含量为77％。
将上述排放的污水和泥磷取样分析，污水中元素磷含量为0.8％，泥磷中磷含量为26％，每生产一吨黄磷副产176kg泥磷。
实施例三
一种黄磷的制备方法，其是将磷矿石、无烟煤以及硅矿石分别送入洗矿系统进行洗选，除去磷矿石、无烟煤以及硅矿石中的粉尘，使磷矿石、无烟煤以及硅矿石的含尘量均为1.5％，再将磷矿石、无烟煤以及硅矿石分别送入烘干机中，采用420℃的温度烘12min，磷矿石的水分含量为1％、无烟煤的水分含量为1％、硅矿石的水分含量为2％，接着将磷矿石、无烟煤与硅矿石的细粉按照1：0.3：0.17的质量比送入电炉内混合，控制温度为1450℃，反应1.5h后，获得炉气和炉渣，炉渣通过电炉排出。将炉气送入冷却塔中，在喷淋水的作用下冷却后，获得料浆。其中，炉气与喷淋水的体积比为0.7:1，将料浆送入受磷槽中，确保受磷槽内料浆与受磷槽内空间的体积比为70：100，使料浆在受磷槽中沉降45min。接着将料浆送入精制锅中，确保精制锅内料浆与精制锅内空间的体积比为70：100，并使料浆在精制锅中沉降55min。然后在精制锅中用210℃的蒸汽加热80min，在加热过程中不断搅拌，接着澄清80min后，在锅底沉积纯磷，将纯磷在12℃的温度下冷却成型后得黄磷产品。将分离出纯磷后的料浆送入泥磷池中，确保泥磷池内料浆与泥磷池内空间的体积比为70：100，沉降时间为70min，将液固分离后获得泥磷和污水。
所述磷矿石中P2O5的含量为32％，所述硅矿石中SiO2的含量为96％，所述无烟煤中固定碳的含量为78％。
将上述排放的污水和泥磷取样分析，污水中元素磷含量为0.6％，泥磷中磷含量为23％，每生产一吨黄磷副产163kg泥磷。
将上述实施例制备的黄磷质量进行检测，结果如下表：
表1
通过上表1的检测结果可以看出，本发明实施例一至实施例二制备的黄磷品质达到GB7816～1998工业黄磷国家标准的关于黄磷一等品的要求，实施例三制备的黄磷品质达到GB7816～1998工业黄磷国家标准的关于黄磷优等品的要求，品质较好。
以上所述，仅是本发明的较好实例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、变换材料等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种黄磷的制备方法，其特征在于，将磷矿石、无烟煤与硅矿石分别进行洗选以及烘干，然后将上述原料按照一定的比例送入电炉内混合，在一定的温度下进行氧化还原反应，获得炉气和炉渣，将炉气送入冷却塔中，在喷淋水的作用下冷却后，获得的料浆进入受磷槽中进行第一次沉降，沉降时间为30～60min，接着将料浆送入精制锅中进行第二次沉降，沉降时间为40～60min，然后在精制锅中用蒸汽加热、搅拌、澄清后，在锅底沉积纯磷，将纯磷冷却成型后得黄磷产品，将分离出纯磷后的料浆送入泥磷池中进行第三次沉降，沉降时间为60～80min，将液固分离后获得泥磷。
2.如权利要求1所述的黄磷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)洗选、烘干：将磷矿石、无烟煤以及硅矿石分别送入洗矿系统进行洗选，除去磷矿石、无烟煤以及硅矿石中的粉尘，使其含尘量控制在0～3％，再将磷矿石、无烟煤以及硅矿石分别送入烘干机中，采用400～450℃的温度烘10～15min；
(2)混合反应：将磷矿石、无烟煤与硅矿石的细粉按照1：(0.25～0.35)：(0.15～0.2)的质量比送入电炉内混合，控制温度为1400～1500℃，反应时间为1～2h，获得炉气和炉渣；
(3)冷却：将炉气送入冷却塔中，在喷淋水的作用下冷却后，获得料浆，其中，炉气与喷淋水的体积比为(0.6～0.8):1；
(4)沉降：将料浆送入受磷槽中，确保受磷槽内料浆与受磷槽内空间的体积比为(60～80)：100，使料浆在受磷槽中沉降40～50min；接着将料浆送入精制锅中，确保精制锅内料浆与精制锅内空间的体积比为(60～80)：100，并使料浆在精制锅中沉降50～60min，然后在精制锅中用200～220℃的蒸汽加热，并不断搅拌，接着澄清后，在锅底沉积纯磷，将纯磷冷却成型后得黄磷产品；将分离出纯磷后的料浆送入泥磷池中，确保泥磷池内料浆与泥磷池内空间的体积比为(60～80)：100，沉降时间为65～75min，再进行液固分离后获得黄磷。
3.如权利要求1或2所述的黄磷的制备方法，其特征在于，所述磷矿石中P2O5的含量为30～32％。
4.如权利要求1或2所述的黄磷的制备方法，其特征在于，所述硅矿石中SiO2的含量为96～98％。
5.如权利要求1或2所述的黄磷的制备方法，其特征在于，所述无烟煤中固定碳的含量为75～78％。
6.如专利要求2所述的黄磷的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用洗矿系统对磷矿石、无烟煤与硅矿石分别洗选后，磷矿石的粒度为3～30mm，无烟煤的粒度为2～10mm，硅矿石的粒度为5～30mm。
7.如专利要求2所述的黄磷的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用烘干机对磷矿石、无烟煤与硅矿石分别烘干后，磷矿石的水分含量为0.5～1.5％、无烟煤的水分含量为0.5～1.5％、硅矿石的水分含量为0.5～4％。
8.如权利要求2所述的黄磷的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，磷矿石、无烟煤与硅矿石的质量比为1:0.3:0.2。
9.如权利要求2所述的黄磷的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，炉气与喷淋水的体积比为0.7:1。
10.如专利要求2所述的黄磷的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将料浆送入受磷槽中，确保受磷槽内料浆与受磷槽内空间的体积比为70：100，使料浆在受磷槽中沉降45min；接着将料浆送入精制锅中，确保精制锅内料浆与精制锅内空间的体积比为70：100，并使料浆在精制锅中沉降55min，然后在精制锅中用210℃的蒸汽加热60～100min，在加热过程中不断搅拌，接着澄清60～100min后，在锅底沉积纯磷，将纯磷在0～30℃的温度下冷却成型后得黄磷产品；将分离出纯磷后的料浆送入泥磷池中，确保泥磷池内料浆与泥磷池内空间的体积比为70：100，沉降时间为70min，将液固分离后获得泥磷。
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