黃磷制備工藝及使用該工藝的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種黃磷制備工藝及一種該工藝涉及的制備系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]黃磷是一種高能耗、高物耗、高污染的化工產(chǎn)品。目前的黃磷生產(chǎn)工藝是將磷礦、焦炭和硅石分別按照一定比例的投入電爐反應(yīng)，然后對(duì)爐氣進(jìn)行噴淋冷卻并得到粗磷就，然后再將粗磷導(dǎo)入到精制槽內(nèi)進(jìn)行精制，最終得到黃磷。
[0003]目前在國(guó)內(nèi)黃磷制備電爐一般是直接反應(yīng)生成的黃磷爐氣導(dǎo)入噴淋系統(tǒng)，所以往往黃磷爐氣中的含塵量較大，噴淋塔中采用的是常溫狀態(tài)下的水作為噴淋介質(zhì)進(jìn)行噴淋，黃磷爐氣在噴淋系統(tǒng)中經(jīng)噴淋后形成的粗磷基本上為固態(tài)。在目前黃磷制備工藝中，噴淋后的粗磷精制是一種非常繁瑣冗長(zhǎng)的工序，精制設(shè)備為一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地龐大的精制設(shè)備，需要將粗磷經(jīng)過反復(fù)蒸煮、漂洗、過濾沉淀過濾后的到精制黃磷。在此過程中，由于需要多次反復(fù)精制才能得到純度合格的精制黃磷，從而造成了工序流程冗長(zhǎng)，設(shè)備繁多，投資及維護(hù)成本高；同時(shí)造成生產(chǎn)效率低下，產(chǎn)出時(shí)間長(zhǎng)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位槽的生產(chǎn)時(shí)間約為6-12小時(shí)左右；在此精制過程會(huì)產(chǎn)生大量的污水，以及產(chǎn)生的大量泥磷給環(huán)境造成了極大的污染，同時(shí)泥磷的處理工序復(fù)雜，且泥磷中仍有含量可觀的黃磷，造成原料礦石中整體磷轉(zhuǎn)化效率較低，轉(zhuǎn)化率大約在85-90%，生產(chǎn)效率不高；此外，由于工藝方法的限制，產(chǎn)出的精制黃磷中有雜質(zhì)無法分離，造成產(chǎn)品純度有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種黃磷制備工藝，通過該工藝，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快捷、清潔環(huán)保地進(jìn)行黃磷制備。其次，本發(fā)明提供了一種實(shí)施上述工藝中的較優(yōu)化的黃憐制備系統(tǒng)。
[0005]首先，本發(fā)明提供的黃磷制備工藝，該工藝包括將原料投入電爐反應(yīng)生成黃磷爐氣、通過噴淋系統(tǒng)對(duì)黃磷爐氣進(jìn)行噴淋冷卻的步驟，所述噴淋系統(tǒng)包括第一噴淋塔，所述第一噴淋塔使用的溫度為45-90°C的第一噴淋介質(zhì)對(duì)黃磷爐氣進(jìn)行噴淋冷卻，第一噴淋塔冷卻得到的黃磷以熔融態(tài)存在于第一噴淋介質(zhì)中進(jìn)而被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入第一過濾裝置進(jìn)行固液分離過濾，熔融態(tài)黃磷從第一過濾裝置的過濾元件中濾過后成為精制黃磷。上述工藝中，爐氣在進(jìn)入噴淋系統(tǒng)前的溫度一般在100-350°C，將黃磷爐氣通入噴淋系統(tǒng)后，進(jìn)入第一噴淋塔，第一噴淋塔中使用的是45-90°C的第一噴淋介質(zhì)對(duì)黃磷爐氣進(jìn)行噴淋冷卻，黃磷爐氣噴淋冷卻后得到熔融狀態(tài)的黃磷，該黃磷中含有較多雜質(zhì)，需要通過進(jìn)一步精制以獲得精制黃磷。同上述黃磷一起落入第一噴淋塔底部的還有第一噴淋介質(zhì)，此時(shí)第一噴淋介質(zhì)和熔融態(tài)的粗磷形成一種混合液體，將該混合液體導(dǎo)入到第一過濾裝置進(jìn)行固液分離過濾，通過過濾元件過濾分離后，將得到的黃磷降溫得到固態(tài)的精制黃磷。在上述工藝中，使用第一過濾裝置對(duì)熔融態(tài)的粗磷進(jìn)行固液分離過濾，由于黃磷相對(duì)于原料礦石中其他成分而言熔點(diǎn)非常低，可以通過對(duì)過濾元件的過濾性能控制而實(shí)現(xiàn)過濾后的黃磷精度非常高；并且省去了對(duì)粗磷的蒸煮、漂洗、過濾沉淀等傳統(tǒng)工藝，很大程度地將工序簡(jiǎn)化，經(jīng)測(cè)算，生產(chǎn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位槽的精制黃磷，時(shí)間為2小時(shí)左右即可完成，明顯提高了生產(chǎn)效率；此外，采用上述工序，在精制的過程中基本上不會(huì)產(chǎn)生廢液和泥磷，對(duì)環(huán)境污染非常小，環(huán)保清潔。
[0006]進(jìn)一步的是，所述電爐反應(yīng)生成黃磷爐氣在通入噴淋系統(tǒng)之前通過氣體過濾裝置進(jìn)行過濾除塵。將黃磷爐氣在通入噴淋系統(tǒng)前先通過氣體過濾裝置，從而使黃磷爐氣中的含塵量很大程度的降低，從而噴淋冷卻得到的黃磷中的雜質(zhì)量能夠很大程度的降低，也使熔融態(tài)黃磷在濾精制過程中的效率得到提升。該氣體過濾裝置優(yōu)選采用申請(qǐng)人在先申請(qǐng)?zhí)枮?015101531163的發(fā)明專利申請(qǐng)文件中記載的燒結(jié)多孔金屬箔作為過濾材料。通過所述氣體過濾裝置將黃磷爐氣進(jìn)行過濾后，此時(shí)經(jīng)噴淋冷卻得到的黃磷可以實(shí)現(xiàn)純度達(dá)到90 %以上。
[0007]進(jìn)一步的是，所述第一過濾裝置中的過濾方式為錯(cuò)流式固液分離過濾，熔融態(tài)黃磷被第一噴淋介質(zhì)驅(qū)動(dòng)進(jìn)入第一過濾裝置過濾后，降溫析出精制黃磷，過濾后的濃縮液重新導(dǎo)入第一噴淋塔成為第一噴淋介質(zhì)。在上述工藝中，第一過濾裝置為錯(cuò)流式固液分離過濾裝置，當(dāng)黃磷爐氣進(jìn)入第一噴淋塔后，經(jīng)第一噴淋介質(zhì)的噴淋冷卻，得到的黃磷以熔融態(tài)與介質(zhì)形成一種混合液體，將該混合液體導(dǎo)入錯(cuò)流式過濾裝置固液分離過濾，在過濾后降溫析出精制黃磷，此時(shí)過濾后的濃縮液主要成分是第一噴淋介質(zhì)，但其中仍然包含一定的雜質(zhì)量，當(dāng)其雜質(zhì)含量在一定范圍內(nèi)可以將該濃縮液重新導(dǎo)回至第一噴淋塔中繼續(xù)使用，可以通過提高過濾裝置的過濾性能而降低濃縮液中的雜質(zhì)含量，其中濃縮液中的雜質(zhì)含量越低，則濃縮液的可循環(huán)次數(shù)就越多；并且，由于濃縮液本身溫度較高，將濃縮液重新導(dǎo)入第一噴淋塔中繼續(xù)使用，可以很大程度地降低對(duì)第一噴淋介質(zhì)的加熱能耗，按將第一噴淋介質(zhì)溫度加熱至70°C測(cè)算，在將過濾后的濃縮液進(jìn)行循環(huán)使用后，加熱第一噴淋介質(zhì)的能耗至少可以降低30-50% ;也極大程度地降低了水資源的消耗。
[0008]進(jìn)一步的是，通過對(duì)第一過濾裝置的過濾性能控制而實(shí)現(xiàn)經(jīng)上述第一過濾裝置過濾后的精制黃磷其雜質(zhì)含量小于20mg/L ;并且，優(yōu)化工藝為經(jīng)過濾后的精制黃磷其雜質(zhì)含量小于10mg/L，最優(yōu)化為經(jīng)過濾后的精制黃磷其雜質(zhì)含量小于5mg/L。
[0009]進(jìn)一步的是，所述第一噴淋介質(zhì)為溫度60_75°C的水。由于黃磷在水中的溶解度非常小，故在黃磷制造工業(yè)中，水作為噴淋介質(zhì)是普遍的選擇；由于當(dāng)黃磷爐氣進(jìn)入到噴淋系統(tǒng)前的溫度一般為100-350°C，噴淋溫度過低，既會(huì)導(dǎo)致黃磷爐氣的劇烈降溫而對(duì)設(shè)備造成一定的損傷，又當(dāng)噴淋溫度過低時(shí)，經(jīng)噴淋得到的黃磷流動(dòng)性能會(huì)較差；但是噴淋溫度過高，既能耗增大，又使黃磷爐氣中的氣態(tài)黃磷在噴淋系統(tǒng)中的冷卻吸收效果不好。在實(shí)際中選擇使用溫度為60-75?的水進(jìn)行噴淋，既能使黃磷爐氣的降溫相對(duì)緩和，又能使噴淋后得到的熔融態(tài)黃磷具有較好的流動(dòng)性能，此溫度范圍進(jìn)行噴淋能使?fàn)t氣中的黃磷吸收效率達(dá)到91.6%以上?？紤]到以上各種影響，經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，第一噴淋介質(zhì)溫度為70°C時(shí)為最優(yōu)化噴淋溫度。
[0010]進(jìn)一步的是，在黃磷爐氣在噴淋系統(tǒng)中通過第一噴淋塔后通入第二噴淋塔，所述第二噴淋塔使用溫度為0-40°C的第二噴淋介質(zhì)對(duì)黃磷爐氣進(jìn)行噴淋冷卻，第二噴淋塔中的到黃磷通過精制得到精制黃磷。一般情況而言，上述第一噴淋塔很難將爐氣中的黃磷完全吸收，此時(shí)在將爐氣通入第一噴淋塔后通入第二噴淋塔，并且第二噴淋塔的溫度設(shè)定較第一噴淋塔更低，從而盡可能提高爐氣中黃磷的吸收率；經(jīng)測(cè)試，在增設(shè)第二噴淋塔后，可以實(shí)現(xiàn)爐氣中黃磷吸收效率至少達(dá)到99%以上，此時(shí)原料中黃磷的產(chǎn)出率能達(dá)到94%以上。
[0011]進(jìn)一步的是，所述第二噴淋介質(zhì)為20_30°C的水。第二噴淋介質(zhì)采用的也黃磷工業(yè)中最普遍的噴淋介質(zhì)--水。米用20-3CTC的水作為第二噴淋介質(zhì)，既可以最大程度降低能耗，同時(shí)在20-30°C的溫度下進(jìn)行噴淋可以實(shí)現(xiàn)爐氣中的黃磷的迅速徹底的冷卻吸收。使用20-30°C的水噴淋得到的黃磷，由于爐氣本身余熱溫度較高，在實(shí)際情況中，此時(shí)冷卻后的黃磷是一種介于固態(tài)和熔融態(tài)之間的狀態(tài)，此時(shí)，無論是需要將黃磷冷卻至完全固態(tài)或加熱至流動(dòng)性能較好的熔融態(tài)，只需要相應(yīng)的短時(shí)間冷卻或適當(dāng)加熱即可，在時(shí)間花費(fèi)和耗能成本上都不需要太大的代價(jià)；在此溫度范圍進(jìn)行噴淋的第二噴淋塔可以實(shí)現(xiàn)在黃磷爐氣通過上述噴淋系統(tǒng)后的總黃磷吸收效率達(dá)到99.8%以上。
[0012]進(jìn)一步的是，第二噴淋塔中所述的精制步驟是將黃磷加熱熔融后進(jìn)行固液分離過濾，熔融態(tài)黃磷從第二過濾裝置的過濾元件中過濾后成為精制黃磷。如上所述，經(jīng)20-30°C的第二噴淋介質(zhì)噴淋后得到的黃磷是一種介于固態(tài)和熔融態(tài)之間的狀態(tài)，此時(shí)，只需要將這種狀態(tài)的黃磷進(jìn)行適當(dāng)程度加熱，即能得到熔融態(tài)的黃磷，此時(shí)可以將熔融態(tài)黃磷使用第二過濾裝置對(duì)熔融態(tài)的黃磷進(jìn)行固液分離過濾，從而得到過濾后的精制黃磷。通過上述工藝，實(shí)現(xiàn)了一種完全無需蒸煮、漂洗、過濾沉淀的精制工藝，從而使本申請(qǐng)中的制備工藝步驟更進(jìn)一步簡(jiǎn)化；同時(shí)使整體工藝中產(chǎn)出的精制黃磷的純度得到進(jìn)一步的提高；并且，更加有效地控制了廢