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第一节电炉制磷的工艺流程及主要设备
一、电炉法生产对炉料的要求
电炉法制磷生产的主要原料是磷矿、焦碳和硅石。生产上原料的品位、粒度及杂质含量都有一定的要求。
(一)磷矿
对磷矿品位P2O5的要求,一般而言,品位愈高则生产每t黄磷的电耗就愈低,不过这种说法尚不够全面。磷矿中除了P2O5组分外,还有CaO、SiO2、Fe2O3、AL2O3、CO2、F等组分。SiO2是参与磷矿还原反应的有用成分之一。根据SiO3-CaO-Al2O3三元体系的熔点图和生产实践,在炉料中控制炉渣的酸度指标SiO2/CaO(质量比)在0.75 -0.85范围内。可以使炉料有较低的熔融温度,促使反应向生成磷的方向进行。在配料时通常需要添加硅石以补充磷矿石中SiO2含量的不足。一般磷矿和硅石的混合料中P2O5含量达22%-25%即可满足生产要求。但是,P2O5每降低1%,每T黄磷将增加电耗400kW·h左右。某些含硅石高的中低品位磷矿,对酸法生产磷肥是不太适应,但却是制磷的好原料。这是中低品位磷矿的利用途径之一。
磷矿必须有适宜的粒度才能确保电炉的正常运行。如粒度过大,易引起料管堵塞,并在炉内发生离析现象,呈现局部的焦炭“不足”或“过多”,影响还原反应进行。如粒度过细,则增加料层阻力,妨碍炉气逸出,炉内容易结拱、塌料引起操作不稳,炉气中粉尘含量大,泥磷量增多,使磷的得率降低。通常磷矿石的机械强度和热稳定性也有一定的要求。在贮存、运输、加工过程中要有足够的强度而不致粉碎;在加热时不发生爆裂和软化发粘的现象。但磷矿石的机械强度和热稳定性,至今还没有建立统一的质量检验指标,通常是在选用某种磷矿石作原料之前,经试生产考核后才能确定其适用与否。
中国制磷工作者综合参考了磷矿石中P2O5、Ca02、SiO2、Fe2O3、CO2等五个主要组分在电炉内参与化学反应的热效应,根据生产经验推导出评价磷矿的电耗计算公式,可以计算每生产1
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t黄磷的电炉用电量:
W=170000÷〔(P2O5)料-〕+〔Fe2O3〕料×{7750÷〔(P2O5) 料-〕-76}+〔CO2〕料×{3200÷〔(P2O5) 料-〕+8}+6000
式中 W—每t黄磷电炉耗电量,;
[P2O5 ]料—磷矿和硅石混合料中P2O5含量,%;
[Fe2O3]料--磷矿和硅石混合料中Fe2O3含量,%;
[CO2 ]料--磷矿和硅石混合料中CO2含量,%;
根据上述计算公式,对不同的磷矿可估算出生产每t黄磷的电耗值,<,就可认为是适用以黄磷生产的优质磷矿。常用的磷矿其计算的电炉耗电数据,与按上述计算公式所得的结果进行比较(见表1),%。可见此公式具有一定的指导生产作用。
表1某黄磷厂历年生产电耗与计算值对比
年份
年平均
混合料中含量%
计算电耗
差值
误差
%
P2O5
Fe2O3
CO2
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
15525
14735
14645
14439
14168
14022
14114
14374
14803
15089
14373
14440
14038
13776
13685
14161
14484
14902
-435
-362
-205
-401
-392
-337
47
110
99
2,46
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前苏联电炉制磷工厂使用的磷矿石质量指标如下:(ΓOCT11901-66)
一级 二级 一级 二级
P2O5含量,% ≧ ≧ 筛分组成,mm 10~50 10-~50
CO