CN1884052A

CN1884052A - 磷铁生产磷酸和铁合金的方法

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Publication number: CN1884052A
Application number: CN 200610011022
Authority: CN
Inventors: 李兴德
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2006-12-27

Abstract

一种磷铁生产磷酸和铁合金的方法，是用氧气或氧化物与磷铁在熔融状态下反应，使磷铁中的磷元素被氧气或氧化物中的化合氧元素氧化成P₂O₅气体，经除尘、水合吸收、精制获得磷酸产品；使磷铁中的铁元素冶炼成钢或与被磷脱氧后的氧化物中的非氧元素融炼成铁合金，经精制，注模或轧制成钢锭或铁合金系列产品。本发明适宜黄磷企业或有磷铁资源的地域实施使用。

Description

磷铁生产磷酸和铁合金的方法

一、技术领域：本发明涉及一种利用磷铁废料生产磷酸和铁合金系列产品的冶化工艺方法。

二、背景技术：磷铁是电炉法黄磷生产中的废渣之一，每生产一吨黄磷就会产生磷铁量150-200kg，我国2005年黄磷总产量达140万吨，产生磷铁量在25万吨左右。磷铁的分子式为：Fe₂P；分子量：142.7；理论含磷量为：21.7％；含铁量：78.3％。因各地磷矿中的铁含量和各黄磷厂的控制条件不同，磷铁中一般含磷量为18-25％；含铁量为：55-65％，也含有少量硅、锰等其它元素成份。由于磷铁中的元素多样，且各元素含量不稳定，综合利用磷铁十分困难。目前国内外利用磷铁的主要工艺方法是：将磷铁粉与炭酸钠按一定比例混合后，于900-1000℃进行氧化焙烧反应，反应后的物料经粉碎、加水浸取、过滤；滤饼为铁泥废渣，滤液加磷酸中和、净化、浓缩、结晶、干燥后得磷酸盐产品。该方法主要存在碳酸钠耗量大，同时还消耗磷酸、工艺流程长，铁元素未能利用，存在一定的“三废”污染源，经济效益差的不足。

本发明的目的在于克服碳酸钠与磷铁反应生产磷酸钠盐产品的不足，采取用氧气或氧化物与磷铁在1200-1800℃的熔融状态下反应，使磷铁中的磷元素被氧气或氧化物中的化合氧元素氧化成P₂O₅气体，气体经除尘、水合吸收、精制而获得磷酸产品；使磷铁中的铁元素冶炼成钢或与被磷元素还原后的氧化物中的非氧元素融炼成铁合金系列产品。生产铁合金用的主要氧化物为：二氧化硅、二氧化锰、三氧化二铬、三氧化钼、氧化镍、二氧化钛、氧化铁等。实施本发明方法生产磷酸和铁合金系列产品，利润率达35％以上，如全国推广应用，每年可产生产值：17亿元，产生利润达6亿元人民币。本发明方法的特点在于：利用氧气或氧化物中的化合氧氧化磷铁中的磷元素，同时也使氧化物被磷元素脱氧还原；反应过程有化学放热产生，可大大节省能耗；生产流程简短、设备通用性强，投资少、产量大(反应速度快)，铁、磷元素充分得到回收利用，真正做到了变“废”为“宝”；生产过程中基本无废水、废渣、废气产生，经济效益、环境效益和社会效益十分显著。

三、发明内容：本发明是用氧气或氧化物与磷铁在1200-1800℃反应2～4小时；使磷铁中的磷元素被氧气或氧化物中的化合氧元素氧化成P₂O₅气体，炉气经除尘、水合吸收、精制后获得磷酸产品；使磷铁中的铁元素冶炼成钢或与被磷元素脱氧后的氧化物中的非氧元素融炼成铁合金系列产品。常用的主要氧化物为：二氧化硅、二氧化猛、三氧化二铬、三氧化钼、氧化镍、二氧化钛、氧化铁等。在生产中，根据各铁合金产品组份的要求，可使用一种或几种氧化物与磷铁配料，如所配氧化物中的化合氧元素量不足以完全氧化磷铁中的磷元素时，可加氧气进行补充。如生产钢铁产品时，只需磷铁和氧气或氧化铁进行配料并反应。脱磷后的钢铁熔液或铁合金熔液中的微量磷、硫、硅等杂质元素，采用添加磷铁重量0.5～3％的氧化钙粉进行组份调整和精制。主要化学反应式及基础重量配料比如下：

A、磷铁与氧气反应得钢铁和磷酸产品：

配料重量比：磷铁∶氧化＝100∶28～35

B、磷铁与三氧化二铁的反应得钢铁和磷酸产品：

配料重比：磷铁∶氧气∶三氧化铁＝100∶4～10∶84～95

C、磷铁与二氧化硅反应得硅铁合金和磷酸产品：

配料重量比：磷铁∶二氧化硅＝100∶50～60；

D、磷铁与二氧化锰反应得锰铁合金和磷酸产品：

配料重量比：磷铁∶二氧化锰＝100∶70～80

E、磷铁与三氧化二铬、氧化镍反应得不锈钢和磷酸产品：

配料重量比：磷铁∶三氧化二铬∶氧化镍∶氧气＝100∶26～30∶13～15∶17～22；

磷铁中的磷元素氧化完成后，应向钢液或铁合液中加入磷铁重0.5～3％的氧化钙粉(碳酸钙粉也可以)去除其中微量的磷、硫、硅等杂质元素，使钢或铁合金熔液得到精制。磷铁、各种氧化物应在200～500℃的条件下脱水烘干30分钟以上，混合磨细至100目的通过率≥90％，磨细的物料可直接入反应炉中使用，也可成球、烘干后加入反应炉中使用，以减少反应炉气中的粉尘量。在实际生产中，应根据铁合金各组份含量的要求及所加氧化物的含量，进行配料比调整，以满足各产品的质量要求。

本发明的生产工艺流程见说明书附图：

四、实施例：

A、日产5吨工业级磷酸及铁合金的主要生产设备：

1、密闭式电感熔炼电炉：一台、功率：500KVA；

2、磷铁粗碎机：一台，功率：5.5KW，粉碎细度：≤3mm；

3、烘干机：一台，Φ500×8000回转干燥机，烘干温：200～500℃；

4、球磨机：一台：Φ900×3000；细度：100目通过率≥90％；

5、炉气除尘器：Φ500旋风除尘器三个串联使用；

6、水合吸收塔：Φ1000×6000，两个串联使用，碳钢外壳内衬石墨板防腐，内安装瓷拉西环和循环喷淋洗涤喷头。

7、酸雾洗涤装置：由文丘里洗涤器和汽水分离器串联组成；

8、尾气处理塔：用Φ800×5000硬质塑料管制作，内安装喷头和填料；

9、抽风机：不锈钢引风机，电机功率：7.5KW，排气量：2000m³/小时，全压：≥4KPa

10、尾气放空囱：用Φ300×8000硬质塑料管制作，外用角钢加固。

11、磷酸循环池：5m×3m×1.5m混凝土池，内衬3mm厚的软质塑料板防腐，同规格的两个池循环使用。

12、循环泵：两台，聚四氟乙烯耐酸泵：口径：50mm，流量≥50m³/小时，，扬程：≥25米；

13、尾气处理液池：5m×3m×1.5m混凝土池一个，内衬防腐材料。

14、钢锭或铁合金钢锭成型沙模20套，总容量2m³以上。

B、备料：(以一天的用料生产锰铁和不锈钢为例)

1、锰铁合金的原料消耗：磷铁量：1.5t/t×5t＝7.5吨/天；二氧化锰量：磷铁7.5t/天×0.76÷0.95锰含量95％＝6吨/天；

2、不锈钢合金的原料消耗：磷铁量：1.5t/t×5t＝7.5吨/天；三氧化二铬量：磷铁7.5吨/天×26.63％÷98％Cr₂O₃含量＝2.0038t/天；氧化镍消耗量：7.5t/天×13.1％÷98％(NiO)含量＝1.0026t/天；氧气消耗量：7.5t/天×18％÷99％(氧气含量)＝1.36t/天。

C、生产操作控制方法：

1、锰铁合金及磷酸的生产：先将磷铁去除泥沙等杂质后，于粗碎机中粉碎、烘干脱水，按备料中磷铁与二氧锰的消耗量比例进行配料混合；将混合的物料于球磨机中磨粉，将磨细的混合料加入密闭式电炉中，加料量为电炉内容积的60％体积(约5吨混合料)。开电炉电源进行加热升温。当电炉内温度达到1000℃时，开抽风机和磷酸循环泵及尾气处理液循环泵。循环池内第一次加入池内容积40％左右的清洁自来水，在尾气处理液循环池中加入碳酸钠或烧碱，调成20％左右的水溶液作尾气处理吸收液。当电炉内物料温度升至1600～1750℃即保持此温度范围反应2小时后，磷铁中的磷元素就基本被二氧化锰中的化合氧氧化完成。向电炉内物料中加氧化钙粉5t×56％(混合料中磷铁含量)×0.5％等于氧化钙添加量14kg，以除去锰合金液中的微量硅、磷杂质。精炼后的合金液放入沙模中成锭，冷却后获得锰铁合金产品。当电炉内物料温度达1200℃时，反应速度就较快，炉气在抽风机的吸引下，使炉气经除尘器除尘后，进入水合吸收塔内，循环喷淋液与炉气中的P₂O₅发生水合反应并合成磷酸，未吸收水合的P₂O₅气体再经文丘里洗涤器循环洗涤吸收和汽水分离器将气体中的酸雾凝聚液化，使P₂O₅得到充分的回收成磷酸，当磷酸循环液中的H₃PO₄含量达86～88％时，即可泵入沉淀池中沉降或经过滤除去固体杂质，清洁的磷酸经浓度调整、化验、定量于塑料桶中包装得磷酸产品。汽水分离后的余气经尾气处理塔用碱性水溶液循环喷淋吸收处理，使气相中的微量P₂O₅与碱反应生成磷酸钠盐溶液或按盐溶液。当循环液的PH值达4～5时，比重达1.2以上时即可泵入浓缩并回收副产品，调配新的循环液处理尾气。余气经尾气处理后，由抽风机经放空囱排入大气中。

生产能力：日产85％的工业级磷酸5吨，锰铁合金8吨。

2、不锈钢的生产：先将磷铁去除泥沙等杂质，于粗碎机中粉碎至3mm以下的粒料并烘干脱水，按备料的物料消耗配比，将磷铁7.5t、三氧化二铬2.038t、氧化镍1.0026t进行混均于球磨机中磨粉。将磨细的混合料加入电炉中，加料量为电炉内容积的60％，约5吨。开电源升温至1000℃时，开抽风机和循环喷淋泵。当炉内物料温度达到1600～1750℃范围时，开始保温反应2小时。这期间如温度低于1600℃时，应加大电流，当温度高于1750℃时，应减小电流。反应的炉气经除尘后，导入两个串联的水合塔中，用稀磷酸液循环喷淋吸收，使P₂O₅水合成磷酸。产生的酸雾和未水合的P₂O₅气体经文丘里洗涤器和汽水分离器再次回收稀磷酸。余气中微量的P₂O₅气体在尾气处理塔中用碱性水溶液(烧碱或碳酸氢铵水液)循环洗涤吸收并回收副产品磷酸盐。经尾气处理后的气体由抽风机和放空囱排入大气中。电炉中的合金液经保温反应完后，磷铁中的磷元素只被氧化了80％左右(因配入的氧化物的化合氧量不足，应向电炉内的合金液中吹入氧气，加氧量为入炉磷铁量的18％，入炉总料5t×71％的磷铁量×18％的加氧气重量即639kg。在吹氧反应过程中，氧与磷铁中的磷元素反应生成P₂O₅气体，也与铁反应生成氧化亚铁。氧化亚铁中的化合氧也与磷铁中的磷元素反应再生成P₂O₅气体。吹氧反应完后，再于1600～1750℃保温反应30分钟后，向合金液中加入磷铁量1％的氧化钙粉(5t×71％×1％＝35.5kg CaO粉)，以除去合金液中微量硅、磷等杂质。精制后的不锈钢熔液可热轧成型钢，也可注入沙模中，冷却后获得不锈钢锭。

产能：日产85％的工业级磷酸5吨，日产不锈钢：8吨，不锈钢的化学成份：Fe：73％；铬：16～17％；Ni：9.1～9.6％。

在生产过程中，除尘器中回收的粉尘和合金液面上的氧化物渣均返回配料中循环使用。其它钢锭和铁合金及磷酸的生产方法均参照上述实施例中的方法进行生产。

Claims

1、一种磷铁生产磷酸的方法，是用氧气或氧化物与磷铁在熔融状态下反应，使磷铁中的磷元素被氧气或氧化物中的化合氧元素氧化成P₂O₅气体，P₂O₅气体除尘、水合吸收、精制后获得磷酸产品；其特征是：磷铁与氧或氧化物的反应温度为1200～1800℃，反应时间为2～4小时；P₂O₅气体的水合温度为80～650℃；磷铁与氧气的重量比为：100∶28～35。

2、一种磷铁生产钢铁的方法，是用氧气和三氧化二铁与磷铁在熔融状态下反应，使磷铁中的磷元素被氧气或三氧化二铁中的化合氧元素氧化成P₂O₅气体并与铁熔液分离；使磷铁中的铁元素与三氧化二铁中的铁元素冶炼成钢；其特征是：反应温度为1200～1800℃；用磷铁重量0.5～3％的氧化钙粉除去钢液中的微量磷、硫、硅元素；磷铁∶三氧化二铁∶氧气的重量比＝100∶84～95∶4～10。

3、一种磷铁生产铁合金的方法，是用氧气和氧化物与磷铁在熔融状态下反应；使磷铁中的磷元素被氧气或氧化物中的化合氧氧化成P₂O₅气并与铁合金液分离；使磷铁中的铁元素与被磷元素还原后的氧化物中的非氧元素共融成铁合金；常用的氧化物为：二氧化硅、二氧化锰、三氧化二铬、氧化镍、三氧化钼等；其特点是：硅铁合金的重量配料比为：磷铁∶二氧化硅＝100∶50～60；锰铁合金的重量配比为：磷铁∶二氧化锰＝100∶70～80；不锈钢的重量配比为：磷铁∶三氧化二铬∶氧化镍∶氧气＝100∶26～30∶13～15∶16～22；反应温度均为1200～1800℃；均添加磷铁量0.5～3％的氧化钙粉对铁合金液进行精制。