专利名称：一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法
一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法技术领域
一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法，涉用一种采用磷矿石制备黄磷，特别是采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法。技术背景
目前，国内外黄磷生产均用电炉法生产。电炉法生产黄磷即将磷矿石、硅石、碳质还原剂混合料加入密闭的三相电炉中，在1300 1500°C高温下熔融，进行化学还原反应， 生成元素磷(P4)、一氧化碳(CO)等气态物并挟带粉尘逸出，称磷炉气。含磷炉气经除尘、冷凝洗涤、精制分离得到成品磷。同时，副产磷铁和炉渣。
电炉法生产黄磷的主要工艺流程都基本相同。但由于电炉容量(规模)大小、炉型各有不同，在设备配置、一般工艺流程上有所差异。其中磷炉气冷凝洗涤前的除尘工艺差异为最根本区别。
( 1)大型自焙电极制磷电炉大型自焙制磷电炉主要为德国、前苏联、美国等技术。由于其具有磷炉变压器容量大 (一般50000kVA-90000kVA)、产量大(一般30000t/a及以上)所以称其为大型制磷电炉。其采用自焙电极。入炉原料制备非常严格，采用热处理如烧结法、球团法预处理后入炉，不直接使用块矿入炉。炉气温度一般高于350°C，采用电除尘工艺，炉气直接进入静电除尘器除尘。除尘净化后的磷气进入冷凝塔得到粗磷，再经过滤精制得到产品黄磷。
(2)多电极制磷电炉多电极制磷电炉为中国自主知识产权技术。由于其磷炉变压器容量及产量均比大型自焙电极磷炉小较多，一般为观000 kVA以下、产量一般7000-10000t/a，俗称小磷炉。电炉电极采用成型石墨电极，多电极布置形式，一般为三相6根、三相7根 #500 或#600 石墨电极。与大型自焙电极制磷电炉不同，多电极制磷电炉入炉原料不需烧结料或球团料，采用烘干预处理，块矿入炉。炉气温度一般在150°C左右(导气管)，最低在80°C左右(导气管)。炉气净化没有采用静电除尘器除尘工艺技术。炉气出炉后直接进入冷凝塔，经冷凝塔水喷淋洗涤、冷却，黄磷凝聚成液滴，与绝大部分粉尘一起进入受磷槽中， 得到粗磷。粗磷在精制锅中用蒸汽加热，漂洗精制、澄清后，得产品黄磷，同时得到含有磷 20%左右的泥磷。
从以上可以看出，按对磷炉气净化的不同处理工艺，磷炉气净化可分为湿法除尘工艺和干法除尘工艺。
(3)磷炉气性质电炉法制磷产生的磷炉气为混合气体，主要由磷蒸汽、Co、粉尘等组成。在该混合气体中，磷蒸汽的露点为180. 7°C。磷蒸汽为该工艺产品黄磷的气态相物，是收集的对象。所以必须对磷炉气进行除尘。
制磷电炉炉气中的粉尘，一部分是原料中夹带粉尘和炉料在电炉内受热炸裂产生，另一部分是炉料中挥发分遇高温挥发逸出和化学反应生成挥发性化合物，温度降低后又冷凝下来。前者产生的粉尘颗粒较大，超过10 _，后者分散度很高，一般小于10 磷炉气中含尘量一般在50-150g/m3。粉尘的化学成分主要为P2O5 (即磷酸盐)、Si02、碱金属及焦粉(以炭黑的形式存在)等。
多电极制磷电炉炉气最初采用箱式除尘器，但由于设备庞大、除尘效率低，且黄磷在除尘器内凝结严重等系列问题无法得到推广应用。后曾研究过应用静电除尘器，但也因为除尘器内黄磷凝结严重、排灰操作条件很差等原因，也无法得到推广应用。所以目前均采用直接进入冷凝塔喷淋洗涤的湿法除尘工艺。
(4)多电极制磷电炉炉气湿法除尘、收磷与精制的不足①目前多电极制磷电炉炉气湿法除尘、收磷与精制工艺工艺流程长且复杂，需经洗气、 收磷、精制、磷泥回收处理等工序，排污环节多、劳动强度大。
②废水产生量大，湿法除尘工艺生产每吨黄磷产生20 40m3的含磷污水，废水处理成本高。采用干法电除尘后，吨黄磷污水的产生量可减少90%以上。
③泥磷产生量大。每生产一吨黄磷泥磷产生30%的泥磷，泥磷中含磷20%左右。降低了一次收磷率，也增加了泥磷的处理成本。
④磷炉尾气杂质高，不易回收利用。
所以，很有必要针对我国普遍使用的多电极制磷电炉炉气性质，研究开发先进高效的磷炉气干法除尘及后续收磷、精制工艺技术，替代当前磷炉气湿法除尘工艺，这对提高我国黄磷工业的清洁生产、节能减排技术水平具有重要实际意义，也具有重大的推广使用价值。
(5)目前静电除尘工艺技术在多电极制磷电炉炉气净化应用中的限制大型自焙电极制磷电炉采用的静电除尘工艺由于具有如下三个原因一是对原料制备 (烧结、球团法等)的质量要求和工艺制备近似苛刻(入炉焦炭水分、粒度、炉气温度等);二是静电除尘工艺配套设施庞大、技术要求高；三是氮气需用量大，需要配套建设相应的空分装置生产氮气，用于对整台电除尘器的密封、夹套保温等。导致建设费用巨大、运行和维修费用高、人员技术要求高，所以无法在中小规模的多电极制磷电炉装置中应用。
多电极制磷电炉由于没有与大型自焙电极制磷电炉那样对入炉原料进行严格的热处理，其炉气性质与大型自焙电极制磷电炉炉气差异很大，尤其是炉气温度过低，低于磷蒸汽露点，致使磷蒸汽在电除尘器中冷凝，电除尘器无法正常工作，且出灰操作条件非常差，以及各种磷炉气特有性质等原因导致静电除尘工艺无法在多电极制磷电炉中得到应用。发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种投资小、运行费用低， 且具有较高的一次磷收得率，能极大减少泥磷产生量和废水产生量的，有效解磷炉气粉尘净化过程存在的各种问题的采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法。
本发明的目的是通过以技术方案实现的。
一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法，其过程包括采用多电极制磷电炉制备出磷炉气，其特征在于其步骤依次还包括(1)将制备出的磷炉气进行加热升温；(2)重力沉降除尘；(3)电除尘器除尘；(4)收磷、精制。
本发明一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法，其特征在于将制备出的磷炉气进行加温至温度为260°C以上。
本发明一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法，其特征在于所将制备出的磷炉气进行加温和重力沉降除粉尘过程在一个装置中进行；其装置的结构包括沉降室腔体一该腔体为一在垂直侧壁上、水平方向居中、相对开有炉气进口和炉气出口，在底部开有排灰口的腔体；炉气进气管一该进气管为一与沉降室腔体炉气进气口固接的扩锥形管； 炉气出气管一该出气管为一与沉降室腔体炉气出气口固接的缩锥形管； 排灰斗一该排灰斗为漏斗状，上端与沉降室腔体底部开有的排灰口固接； 加热装置一该加热装置为覆于沉降室腔体和排灰斗外侧面上的加热体。
本发明一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法，采用多电极制磷电炉，磷炉气从多电极制磷电炉出来后进行加热、重力除尘预处理，在预处理过程使磷炉气快速升温，使磷炉气中的磷蒸汽温度远离露点温度，达到气-固充分分离的条件，同时在预处理过程中重力沉降除去大颗粒粉尘。经过预处理后，磷炉气进入电除尘器可以进行高效除尘净化，净化后的磷炉气由电除尘器出气口进入磷气冷凝塔，冷凝后的粗磷收集到受磷槽，粗磷进入高效磷精制装置，精制后得到产品工业黄磷。
本发明方法的创新及有益效果是电除尘预处理装置为磷炉气电除尘的预处理环节，预处理装置有两个作用，一是对温度低于或稍高于磷蒸汽露点温度的磷炉气进行快速加热升温，解决磷气结露与粉尘粘附、包裹后一起被除下来的问题，既可提高磷的一次收得率并减少泥磷量，又使磷炉气温度达到电除尘器工作的要求，同时解决除尘出灰操作困难的问题；二是通过重力沉降，出去磷炉气中大颗粒的粉尘，减轻后续电除尘器工作的负荷， 可提高除尘器的除尘效率和保持电除尘器工作的稳定性。电除尘器是高效的除尘设备，且对于小粒径的粉尘也有很高的除尘效果，可除去磷炉气中的99%以上的粉尘，为后续简化磷精制工艺提供保障。与目前多电极制磷电炉的湿法除尘收磷与精制相比较，可极大减少冷凝洗涤收磷装置的泥磷及废水产生量。总之，本方法可极大简化目前多电极制磷电炉黄磷生产工艺流程、降低操作人员的生产劳动强度、提高一次收磷率、减少泥磷产生量和废水产生量并相应降低泥磷与废水处理成本，具有极大的经济效益和环保效益。
图1为本发明方法的装置示意图。
图中1.制磷电炉，2.电除尘预处理装置，3.电除尘器，4. 一级冷凝塔，5. 二级冷凝塔，6.粗磷槽，7.磷精制装置，8.总水封。
图2为本发明的将制备出的磷炉气进行加温和重力沉降除粉尘过程的装置结构示意图。
具体实施方式
—种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法，其过程包括采用多电极制磷电炉制备出磷炉气，其步骤依次还包括(1)将制备出的磷炉气进行加温；(2)重力沉降除尘；(3)电除尘器除尘净化；(4)收磷、精制。
本发明一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法，将制备出的磷炉气进行加温至温度为260°C以上。
本发明一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法，所将制备出的磷炉气进行加温和重力沉降除粉尘过程在一个装置中进行；其装置的结构包括沉降室腔体9一该腔体为一在垂直侧壁上、水平方向居中、相对开有炉气进口和炉气出口，在底部开有排灰口的腔体；炉气进气管10—该进气管为一与沉降室腔体炉气进气口固接的扩锥形管； 炉气出气管11一该出气管为一与沉降室腔体炉气出气口固接的缩锥形管； 排灰斗12—该排灰斗为漏斗状，上端与沉降室腔体底部开有的排灰口固接； 加热装置13—该加热装置为覆于沉降室腔体和排灰斗外侧面上的加热体。
从多电极制磷电炉1中出来的温度低于或稍高于磷蒸汽露点温度的含粉尘磷炉气，由磷炉气导气管进入磷炉气电除尘预处理装置2，磷炉气快速加热升温到高于露点温度以上，使处于结露状态的磷炉气充分气化，同时，磷炉气中的大颗粒粉尘在重力沉降作用下去除，经过预处理装置处理后的磷炉气进入电除尘器3进行高效除尘净化，磷炉气由电除尘器出口进入一级冷凝塔4，然后再进入二级冷凝塔5，冷凝后的液态磷收集到粗磷槽6，粗磷然后进入磷精制装置7，得到产品工业黄磷和泥磷，工艺废水循环返回冷凝塔重复使用， 收磷后的尾气经过总水封8排空或送至用户。
本发明方法充分利用电除尘预处理装置中的高效加热器加热性能对温度达不到电除尘器除尘要求的磷炉气进行加热升温，使磷炉气中的磷蒸汽高于其露点温度并达到充分的气固分离条件，避免了磷蒸汽结露与粉尘粘附、包裹而被当作粉尘被除下来，同时还可使所收集下来的粉尘具有良好的流动性，保证了出灰操作具有良好的条件，从而有效保障了后续电除尘器高效除尘工作的连续性和稳定性。电除尘器的高效除尘功能极大减少进入冷凝塔磷气的含尘量，不仅提高了粗磷的磷纯度，还极大减少了泥磷，为减化粗磷精制工作提供了保障。本发明方法能快速将低于或稍高于露点温度的磷炉气加热升温至260°C以上， 在预处理装置对于粉尘粒径> 50 m的粉尘具有40%以上的除尘效率，电除尘器除尘效率可达99%以上，除尘装置灰斗所收集的粉尘中磷的含量< 0. 5%(按每生产吨黄磷计)。相比现有的多电极制磷电炉湿法除尘、收磷及精制工艺，可使效泥磷产生量减少90%以上、废水产生量减少90%以上。
权利要求
1.一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法，其过程包括采用多电极制磷电炉制备出磷炉气，其特征在于其步骤依次还包括(1)将制备出的磷炉气进行加温；(2)重力沉降除尘；(3)电除尘器除尘净化；(4)收磷、精制。
2.根据权利要求1所述的一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法，其特征在于将制备出的磷炉气进行加温至温度为260°C以上。
3.根据权利要求1所述的一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法，其特征在于所将制备出的磷炉气进行加温和重力沉降除粉尘过程在一个装置中进行；其装置的结构包括沉降室腔体一该腔体为一在垂直侧壁上、水平方向居中、相对开有炉气进口和炉气出口，在底部开有排灰口的腔体；炉气进气管一该进气管为一与沉降室腔体炉气进气口固接的扩锥形管； 炉气出气管一该出气管为一与沉降室腔体炉气出气口固接的缩锥形管； 排灰斗一该排灰斗为漏斗状，上端与沉降室腔体底部开有的排灰口固接； 加热装置一该加热装置为覆于沉降室腔体和排灰斗外侧面上的加热体。
全文摘要
一种采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法，涉及一种采用磷矿石制备黄磷，特别是采用多电极制磷电炉制备黄磷的方法。其特征在于其步骤依次包括(1)将制备出的磷炉气进行加温；(2)重力沉降除尘；(3)电除尘器除尘净化；(4)收磷、精制。本方法的可极大简化目前多电极制磷电炉黄磷生产工艺流程、降低操作人员的生产劳动强度、提高一次收磷率、减少泥磷产生量和废水产生量并相应降低泥磷与废水处理成本，具有极大的经济效益和环保效益。
文档编号C01B25/027GK102530897SQ20111044903
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者张大超, 朱建新, 朱德益, 李辉, 束荣桂, 王庆田, 董冰岩 申请人:中轻依兰(集团)有限公司, 云南鹏隆安环保科技有限公司, 江西理工大学