CN110330001A - 一种利用平推流反应器在磷泥中回收黄磷的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用平推反应器从磷泥中回收黄磷的方法，包括如下步骤：S1：取磷泥与适量水混合，得到磷泥混合料；S2：将所得磷泥混合料进行乳化分散处理，得到处理后磷泥混合料；S3：将所得处理后磷泥混合料，导入平推流反应器，并控制在45‑99℃条件下，微扰动熔化分层得到液态黄磷混合料；S4：将所得液态黄磷混合料，在保温条件下导入离心分离器离心分离得到液态黄磷。该方法有效解决现有工艺二次污染问题，绿色高效且操作简单易控、安全性高。对应地，本发明还公开了与该工艺配套使用的一种利用平推反应器从磷泥中回收黄磷的装置。

Description

一种利用平推流反应器在磷泥中回收黄磷的方法及装置

技术领域

本发明涉及黄磷回收利用技术领域，尤其涉及一种利用平推流反应器在磷泥中回收黄磷的方法及装置。

背景技术

磷泥，又叫泥磷，是电炉法生产黄磷过程中的一种重要副产物，主要由电炉法冶炼过程中的部分黄磷和随炉气带出的矿物粉尘、炭黑等杂质与水混合形成的一种胶状物，其磷元素含量约10～90％(质量百分比)，是回收黄磷的宝贵资源之一。其中，磷泥中的黄磷由于多孔炭黑吸附作用和水的偶极分子的包裹作用，在其表面形成一层溶剂化膜保护层，阻止黄磷微粒相互接触凝聚，使黄磷与其他杂质难以分离。

黄磷，又称白磷，熔点为44.1℃，密度为1.82，沸点为280℃，几乎不溶于水，易溶于二硫化碳或苯等有机溶剂。结合黄磷上述物质特性，现有技术中，对磷泥中黄磷的回收方法主要分为物理分离法和化学分离法两类。其中，物理分离法主要有三种，一是有机萃取分离法，一般选用二硫化碳或苯等有机溶剂将磷泥中磷元素进行有机萃取分离，该方法需要使用有机化合物，易造成二次污染问题。二是传统过滤法，让磷泥温度保持在熔点温度以上，使黄磷保持液态，然后通过过滤使磷泥和黄磷分离；三是传统干蒸提取法，通过将磷泥加热蒸发升华后，再经冷却成固态黄磷回收。上述两种蒸发回收方法需加热至沸点之上，耗能高、尾气排放也存在污染问题。

化学分离法主要包括以下几种：一是使用纯碱或氨水通过碱法反应将磷泥中的二氧化硅处理后让黄磷自然凝聚分离；二是使用硝酸等氧化剂将磷泥处理后让黄磷凝聚出来；三是通过高温燃烧氧化或臭氧氧化处理，将磷泥中的黄磷氧化为五氧化二磷回收利用。上述化学分离法除需要引入其他物质外，工艺操作危险系数高，且大部分工艺装置复杂、设备投资高，运行成本也高。

因此，提供一种能够有效降低尾气排放污染、无需使用化学用剂且操作简单易控、安全性高的磷泥回收工艺及装置，对于磷化工产业发展具有显著意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有磷泥回收工艺存在的耗能大、工艺操作复杂、危险系数高，且易造成二次污染问题，提供一种高效低污染、操作简单易控、安全性高的磷泥回收工艺及装置。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种利用平推流反应器在磷泥中回收黄磷的方法，包括以下工艺步骤：

S1：取磷泥与适量水混合，得到磷泥混合料；

S2：将所得磷泥混合料进行乳化分散处理，得到处理后磷泥混合料；

S3：将所得处理后磷泥混合料，导入平推流反应器，并控制在45-99℃条件下，微扰动熔化分层得到液态黄磷混合料；

S4：将所得液态黄磷混合料，在保温条件下导入离心分离器离心分离得到液态黄磷。

依据上述技术方案，本发明通过将预先将磷泥与水混合，使磷泥在与空气隔绝状态下，通过破碎式预处理后再进入平推流反应器中，结合乳化分散处理对磷泥膜层内部包裹的黄磷的释放作用及处理后磷泥混合料的流动性，使其在推动状态下在平推流反应器中快速混合熔化得到液态黄磷混合料；并在保温条件下连续导入离心分离器离心分离得到液态黄磷。

整个回收工艺，无需加入其他化学试剂，分离后的杂质还可循环至步骤S1或S2进行循环回收利用，实现资源充分回收利用同时有效避免尾气残杂等污染问题。并且该工艺利用平推流反应器的特点，协同乳化分散处理效果，不仅能够在保障磷泥混合料在混合溶解同时的连续化运输状态，更适合于现代工艺连续自动化需求；更极大提高黄磷溶解速率和回收效率。整个方案绿色高效、安全系数高、操作可控性强。

优选地，步骤S1中所述磷泥与水的混合比例为1:1-2；更优选地，所述磷泥与水的混合比例为1:1-1.5。优选上述混合比例，达到兼顾使磷泥与空气隔绝，又避免用水过量浪费后期离心分离能耗的效果。

优选地，所述分散乳化处理为超声破碎分散乳化，控制超声频率为25-100KHZ，处理时间为1～3h。

优选超声破碎分散乳化方式，破碎分散乳化效果显著，还能起到预热效果，进一步控制超声频率为25-100KHZ，处理时间为1～3h范围内，从而控制预热温度不超过100摄氏度，确保磷泥中的黄磷在温水淹没状态下充分混合熔化为液态。

进一步，步骤S3中所述平推流反应器温度，优选控制为50～90℃。进一步，步骤S3中控制处理后磷泥混合料在平推流反应器内的微扰动熔化分层时间为1～3h。确保控制在不产生蒸汽状态下，确保磷泥中的黄磷在温水淹没状态下充分混合熔化为液态。

进一步，步骤S4中离心分离处理中离心分离因素为800～1000。

优选地，将步骤S4中离心分离得到的液态黄磷，快速降温至1～40℃冷却凝固得到固态黄磷产品，更便于回收储存使用。更优选地，所述快速降温方式，优选为快速导入1～40℃水中冷却凝固，同时起到隔绝空气保护和洗涤净化多重作用，冷却后用水还可进一步循环至步骤S1中使用。

此外，本发明还进一步公开了与上述方法配套使用的一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的装置，该装置包括破碎式预处理器、平推流反应器和离心分离器；所述平推流反应器包括内反应层和外控温层两部分，所述内反应层的两端端口分别与破碎式预处理器、离心分离器连接；所述外控温层套接在内反应层的表面，用于调控内反应层的温度。

优选地，所述外控温层为套接在内反应层表面的换热管，所述换热管上设有热水进口和热水出口；所述内反应层表面上设有与所述换热管连通的连通口，所述连通口上设有开关阀门，通过控制所述连通口上的开关阀门。

依据上述优选方案，可通过控制所述连通口上的开关阀门向混合料中补充热水(45～99℃)，进一步控制保障磷泥一直处于热水淹没与空气隔绝状态，起到增强安全调控的功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、依据本发明所述一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法，无需加入其他化学试剂，分离后的固态杂质还可循环至步骤S1或S2进行循环溶解回收，实现资源充分回收利用同时有效避免尾气残杂等污染问题，绿色环保、安全性高。

2、本发明所述一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法，充分利用平推流反应器与乳化分散处理效果，使磷泥混合料在混合溶解同时保持连续化运输状态，更适合于现代工艺连续自动化需求，操作可控性强。

3、本发明所述一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法，充分利用平推流反应器的平推搅拌混合效果，协同超声破碎分散乳化处理作用，极大提高黄磷受热熔融速率，回收效率高。

4、本发明所述一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的装置，由依次连通的破碎式预处理器、平推流反应器和离心分离器组成，相互协同配合，具备结构简单易操作、安全系数高、绿色环保高效特点。

附图说明：

图1为本发明所述一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法的流程示意图；

图2为本发明所述一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的装置的结构示意图；

图中：1-破碎式预处理器；2-平推流反应器；3-离心分离器；201-内反应层；202-外控温层；A-热水进口；B-热水出口；C-连通口；C1-开关阀门。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1-2所示，本发明公开了一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法及其配套装置，该装置包括破碎式预处理器1、平推流反应器2和离心分离器3；所述平推流反应器2包括内反应层201，所述内反应层201的两端端口分别与所述破碎式预处理器1的出口、所述离心分离器3的入口相连；所述平推流反应器1还包括套接在内反应层201表面的外控温层202，用于调控内反应层的磷泥混合料的溶解温度。

结合上述配套装置，如图1所示，一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法，包括如下步骤：

S1：取磷泥与适量水混合，得到磷泥混合料；

S2：将所得磷泥混合料进行乳化分散处理，得到处理后磷泥混合料；

S3：将所得处理后磷泥混合料，导入平推流反应器，并控制在45-99℃条件下，微扰动熔化分层得到液态黄磷混合料；

S4：将所得液态黄磷混合料，在保温条件下导入离心分离器离心分离得到液态黄磷。

其中，步骤S4分离出的液体和固体杂质还可分别循环至步骤S1、S2中所述步骤S1中磷泥与水的混合比例为1:1-2；更优选地，所述磷泥与水的混合比例为1:1-1.5；优选地，所述步骤S2中乳化分散为超声破碎分散乳化，控制超声频率为25-100KHZ，处理时间为1～3h。进一步，所述步骤S3中平推流反应器外控温度层的温度，优选控制为50～90℃。进一步，步骤S3中控制处理后磷泥混合料在平推流反应器的微扰动熔化分层时间为1～3h。确保控制在不产生蒸汽状态下，确保磷泥中的黄磷在温水淹没状态下充分熔化为液态。进一步，步骤S4中离心分离处理中离心分离因素为800～1000。

优选地，所述破碎式预处理器1为超声破碎处理器；所述外控温层202为套接在内反应层201表面的换热管，所述换热管上设有热水进口A和热水出口B；所述内反应层201表面上设有与所述换热管连通的连通口C，所述连通口C上设有开关阀门C01，通过控制所述连通口C上的开关阀门C01向混合料中补充热水(45～99℃)，进一步保障磷泥一直处于热水淹没与空气隔绝状态，起到增强安全调控的功能。

更优选地，将步骤S4中离心分离得到的液态黄磷，再经快速降温方式，快速降温至1～40℃冷却凝固得到固态黄磷产品。再优选地，所述快速降温方式，优选为将液态黄磷快速导入1～40℃水中冷却凝固，同时起到隔绝空气保护和洗涤净化多重作用，冷却后用水还可进一步循环至步骤S1中使用。

采用如图1-2所示的方法及装置，对某磷化工厂排放的含黄磷的磷泥分别进行如下回收实验：

实施例1

取1000千克磷泥，将磷泥与水按混合比例为1:1投入超声破碎预处理器中，控制超声频率为25KHZ，使磷泥在与空气隔绝状态下超声破碎分散乳化3h后，得到处理后磷泥混合料；经检测处理后磷泥混合料中黄磷含量为55％。再将破碎后磷泥混合料导入平推流反应器的内反应层，控制所述外控温层中的热水温度为50℃中微扰动熔化分层3h；并通过控制所述连通口上的开关阀门向混合料中补充热水，从而保障磷泥保持与空气隔绝状态下充分熔化得到液态黄磷混合料；最后将所得液态黄磷混合料，在保温条件下导入离心分离装置，控制在1000分离因素下离心分离得到液态黄磷。将所得液态黄磷快速导入10℃水中冷却凝固得到固态黄磷481.9千克，黄磷回收率为96.38％。

实施例2

取1000千克磷泥，将磷泥与水按混合比例为1:1.5投入超声破碎预处理器中，控制超声频率为80KHZ，使磷泥在与空气隔绝状态下超声破碎分散乳化1.8h后，得到处理后磷泥混合料；经检测处理后磷泥混合料中黄磷含量为45.3％。再将破碎后磷泥混合料导入平推流反应器的内反应层，控制所述外控温层中的热水温度为88℃中微扰动熔化分层1.2h；并通过控制所述连通口上的开关阀门向混合料中补充热水，从而保障磷泥保持与空气隔绝状态下充分熔化得到液态黄磷混合料；最后将所得液态黄磷混合料，在保温条件下导入离心分离装置，控制在900分离因素下离心分离得到液态黄磷。将所得液态黄磷快速导入20℃水中冷却凝固得到固态黄磷412.7千克，黄磷回收率为91.10％。

实施例3

取1000千克磷泥，将磷泥与水按混合比例为1:2投入超声破碎预处理器中，控制超声频率为100KHZ，使磷泥在与空气隔绝状态下超声破碎分散乳化1h后，得到处理后磷泥混合料；经检测处理后磷泥混合料中黄磷含量为48.4％。再将破碎后磷泥混合料导入平推流反应器的内反应层，控制所述外控温层中的热水温度为60℃中微扰动熔化分层2h；并通过控制所述连通口上的开关阀门向混合料中补充热水，从而保障磷泥保持与空气隔绝状态下充分熔化得到液态黄磷混合料；最后将所得液态黄磷混合料，在保温条件下导入离心分离装置，控制在800分离因素下离心分离得到液态黄磷。将所得液态黄磷快速导入40℃水中冷却凝固得到固态黄磷453.2千克，黄磷回收率为93.63％。

Claims (10)

1.一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：取磷泥与适量水混合，得到磷泥混合料；

S2：将所得磷泥混合料进行乳化分散处理，得到处理后磷泥混合料；

S3：将所得处理后磷泥混合料，导入平推流反应器，并控制在45-99℃条件下，微扰动熔化分层得到液态黄磷混合料；

S4：将所得液态黄磷混合料，在保温条件下导入离心分离器离心分离得到液态黄磷。

2.根据权利要求1所述的一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法，其特征在于，步骤S4中分离后的杂质还可循环至步骤S1或S2中反复回收利用。

3.根据权利要求1所述的一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法，其特征在于，步骤S1中所述磷泥与水的混合比例为1:1-2。

4.根据权利要求1所述的一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法，其特征在于，步骤S2中所述乳化分散方式为超声破碎分散乳化，控制超声频率为25-100KHZ，处理时间为1～3h。

5.根据权利要求1所述的一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法，其特征在于，步骤S3中所述处理后磷泥混合料在平推流反应器内的微扰动熔化分层时间为1～3h。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法，其特征在于，步骤S4中离心分离处理中离心分离因素为800～1000。

7.根据权利要求1所述的一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法，其特征在于，将步骤S4中离心分离得到的液态黄磷，快速降温至1～40℃冷却凝固得到固态黄磷产品。

8.根据权利要求7所述的一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的方法，其特征在于，所述快速降温方式，优选为快速导入1～40℃水中冷却凝固。

9.一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的装置，其特征在于，包括破碎式预处理器、平推流反应器和离心分离器；所述平推流反应器包括内反应层和外控温层两部分，所述内反应层的两端端口分别与破碎式预处理器、离心分离器连接；所述外控温层套接在内反应层的表面，用于调控内反应层的磷泥混合料的溶解温度。

10.根据权利要求9所述的一种利用平推流反应器从磷泥中回收黄磷的装置，其特征在于，所述外控温层为套接在内反应层表面的换热管，所述换热管上设有热水进口和热水出口；

所述内反应层表面上设有与所述换热管连通的连通口，所述连通口上设有开关阀门，通过控制所述连通口上的开关阀门。