[发明专利]一种压滤法磷连续过滤新工艺及其生产装置

说明书

技术领域

 本发明涉及化学工程与环境保护技术领域，尤其是指一种将黄磷生产过程中所产生的粗磷或泥磷借助外压获得元素磷的新工艺及其生产装置，具体地说是一种压滤法磷连续过滤新工艺及其生产装置。

背景技术

泥磷是电炉法工业黄磷生产中产生的危险固体废渣，主要含有元素磷、磷矿石、焦炭、（煤）、硅石粉及生产中产生的氟、磷化物等。它的形成原因是在电炉法制磷过程中，炉气中含有50～150g/m³的粉尘，由于目前生产厂家大多没有配置电除尘设备，炉气未经净化就直接进入收磷系统，含磷炉气进入收磷系统后，磷被具有强吸附力的二氧化硅和炭的微粒所包裹，形成泥磷。泥磷具有很高的分散性，当与水接触后便形成乳胶体，所以泥磷是固体杂质与元素磷粘附在一起的球状颗粒，在颗粒之间被分散的杂质所隔离。泥磷粒度为1～2μm至0.2～0.5mm不等，在熔融状态下，泥磷处于磷层和水层之间，但与磷层之间没有明显的界限。

泥磷的处理与利用是黄磷生产中一个很重要的问题，它不仅影响黄磷工业生产中磷的收率和成本，更严重的是造成严重的环境污染问题。因此，元素磷的分离提纯工艺一直是影响黄磷企业磷回收效益和环境效益的关键。尽管国内外有许多研究人员进行了多年的辛勤探索，但至今尚未找到一套成熟、高效的治理方法。

目前，国内外元素磷分离提纯的主要生产工艺有静置沉淀工艺、过滤分离工艺、泥磷返回电炉再循环工艺、蒸馏工艺、泥磷制酸工艺等，但由于这些生产工艺各自存在的缺点和问题，导致它们的应用受到限制。

1） 静置沉淀工艺

将炉气冷凝系统输送来的粗磷，置于锥底容器内保温静置。该过程中在粗磷层内通入加热介质（通常为蒸汽和热水），使液态元素磷受热后流动性增加，在加热介质搅动作用下，液态元素磷小液滴逐步汇集融合。由于单质磷与杂质比重差较大，纯净的磷逐步与杂质分离而沉积到容器底部。该工艺十分简单，为国内广大黄磷生产企业普遍采用。但是由于静置沉淀工艺的效率很低，一般一槽粗磷（约30t）需要保温静置24小时，单质磷和杂质方能分离完全。其间消耗的水及蒸汽量也较多，且分离后的杂质含磷较多，还需要进一步处理。对于大规模黄磷装置生产就不太适宜，所以国内外30kt/a黄磷电炉多采用过滤分离工艺。

2） 过滤分离工艺

炉气冷凝系统输送来的液状粗磷，热态直接加压通过过滤介质（国外一般采用硅藻土），成品精磷穿越过滤层进入受磷槽，固态杂质则留在过滤层内。通过定期更换过滤层，使生产得以延续。更换下来的过滤介质含有少量元素磷，经燃烧无害化后与磷炉渣一并外运堆放处理。过滤分离工艺由于机械化程度和分离效率高，十分适合与大规模黄磷装置配套。但仍然存在含磷滤料的处理难问题。

上述两种工艺，均产生一定数量的泥磷，泥磷中还含有10％～30％的元素磷，若不予回收或处理，将造成资源的极大浪费。所以，还必须配套专门的泥磷处理装置，国内外通常采用下述工艺进一步回收泥磷中的元素磷。

3）      泥磷返回电炉再循环工艺

将泥磷循环返回电炉制磷系统，使磷再次升华后冷凝回收。但试验发现，在高温下元素磷与系统内水分发生以下反应：

（1） 2P₄＋12H₂O＝5H₃P＋3H₃PO₄

（2） P₄＋16H₂O＝4H₃PO₄＋10H₂

反应产物为磷酸及少量磷化氢和氢气，使一部分磷被消耗，且生成的磷酸还会进一步形成泥磷。由于泥磷的存在降低了磷炉上层物料的透气性，对工艺过程产生不利影响。为防止水将磷氧化，虽然可以采取将泥磷预先脱湿加入磷炉的方法，但能耗较高，而且由于生产过程中有氢气产生，会严重影响电炉的操作安全。

4）      蒸馏工艺

将泥磷中的元素磷在隔绝空气的密闭泥磷转锅内加温，利用元素磷较低的蒸发温度（280℃），将其从泥磷混合物中蒸馏出来，磷蒸汽经过冷却精制后，即可得到成品黄磷。

由于组成泥磷混合物的挥发性各不相同，所以可利用同一温度下，泥磷成份的蒸汽压各不相同的原理将其分离。泥磷蒸馏升温初期，即在25～100℃区间，主要是泥磷融化和水分蒸发，此区间升温不能过快，以防止水分剧烈蒸发带出泥磷进入后部收磷系统，从而影响产品黄磷的质量，同时还会造成管道阻塞甚至引起泥磷转锅爆炸。