黃磷制備工藝及使用該工藝的系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[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】
[0002]黃磷是一種高能耗、高物耗、高污染的化工產品。目前的黃磷生產工藝是將磷礦、焦炭和硅石分別按照一定比例的投入電爐反應，然后對爐氣進行噴淋冷卻并得到粗磷就，然后再將粗磷導入到精制槽內進行精制，最終得到黃磷。
[0003]目前在國內黃磷制備電爐一般是直接反應生成的黃磷爐氣導入噴淋系統(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進行噴淋，黃磷爐氣在噴淋系統(tǒng)中經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的工序，精制設備為一種結構復雜、占地龐大的精制設備，需要將粗磷經過反復蒸煮、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，設備繁多，投資及維護成本高；同時造成生產效率低下，產出時間長，一個標準單位槽的生產時間約為6-12小時左右；在此精制過程會產生大量的污水，以及產生的大量泥磷給環(huán)境造成了極大的污染，同時泥磷的處理工序復雜，且泥磷中仍有含量可觀的黃磷，造成原料礦石中整體磷轉化效率較低，轉化率大約在85-90%，生產效率不高；此外，由于工藝方法的限制，產出的精制黃磷中有雜質無法分離，造成產品純度有限。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種黃磷制備工藝，通過該工藝，可以實現簡單快捷、清潔環(huán)保地進行黃磷制備。其次，本發(fā)明提供了一種實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生成黃磷爐氣、通過噴淋系統(tǒng)對黃磷爐氣進行噴淋冷卻的步驟，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的第一噴淋介質對黃磷爐氣進行噴淋冷卻，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中進而被驅動進入第一過濾裝置進行固液分離過濾，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的第一噴淋介質對黃磷爐氣進行噴淋冷卻，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，需要通過進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，此時第一噴淋介質和熔融態(tài)的粗磷形成一種混合液體，將該混合液體導入到第一過濾裝置進行固液分離過濾，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熔融態(tài)的粗磷進行固液分離過濾，由于黃磷相對于原料礦石中其他成分而言熔點非常低，可以通過對過濾元件的過濾性能控制而實現過濾后的黃磷精度非常高；并且省去了對粗磷的蒸煮、漂洗、過濾沉淀等傳統(tǒng)工藝，很大程度地將工序簡化，經測算，生產一個標準單位槽的精制黃磷，時間為2小時左右即可完成，明顯提高了生產效率；此外，采用上述工序，在精制的過程中基本上不會產生廢液和泥磷，對環(huán)境污染非常小，環(huán)保清潔。
[0006]進一步的是，所述電爐反應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)選采用申請人在先申請?zhí)枮?015101531163的發(fā)明專利申請文件中記載的燒結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行過濾后，此時經噴淋冷卻得到的黃磷可以實現純度達到90 %以上。
[0007]進一步的是，所述第一過濾裝置中的過濾方式為錯流式固液分離過濾，熔融態(tài)黃磷被第一噴淋介質驅動進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入第一噴淋塔成為第一噴淋介質。在上述工藝中，第一過濾裝置為錯流式固液分離過濾裝置，當黃磷爐氣進入第一噴淋塔后，經第一噴淋介質的噴淋冷卻，得到的黃磷以熔融態(tài)與介質形成一種混合液體，將該混合液體導入錯流式過濾裝置固液分離過濾，在過濾后降溫析出精制黃磷，此時過濾后的濃縮液主要成分是第一噴淋介質，但其中仍然包含一定的雜質量，當其雜質含量在一定范圍內可以將該濃縮液重新導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含量，其中濃縮液中的雜質含量越低，則濃縮液的可循環(huán)次數就越多；并且，由于濃縮液本身溫度較高，將濃縮液重新導入第一噴淋塔中繼續(xù)使用，可以很大程度地降低對第一噴淋介質的加熱能耗，按將第一噴淋介質溫度加熱至70°C測算，在將過濾后的濃縮液進行循環(huán)使用后，加熱第一噴淋介質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]進一步的是，通過對第一過濾裝置的過濾性能控制而實現經上述第一過濾裝置過濾后的精制黃磷其雜質含量小于20mg/L ;并且，優(yōu)化工藝為經過濾后的精制黃磷其雜質含量小于10mg/L，最優(yōu)化為經過濾后的精制黃磷其雜質含量小于5mg/L。
[0009]進一步的是，所述第一噴淋介質為溫度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，水作為噴淋介質是普遍的選擇；由于當黃磷爐氣進入到噴淋系統(tǒng)前的溫度一般為100-350°C，噴淋溫度過低，既會導致黃磷爐氣的劇烈降溫而對設備造成一定的損傷，又當噴淋溫度過低時，經噴淋得到的黃磷流動性能會較差；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。在實際中選擇使用溫度為60-75?的水進行噴淋，既能使黃磷爐氣的降溫相對緩和，又能使噴淋后得到的熔融態(tài)黃磷具有較好的流動性能，此溫度范圍進行噴淋能使爐氣中的黃磷吸收效率達到91.6%以上?？紤]到以上各種影響，經過反復測試，第一噴淋介質溫度為70°C時為最優(yōu)化噴淋溫度。
[0010]進一步的是，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的第二噴淋介質對黃磷爐氣進行噴淋冷卻，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；經測試，在增設第二噴淋塔后，可以實現爐氣中黃磷吸收效率至少達到99%以上，此時原料中黃磷的產出率能達到94%以上。
[0011]進一步的是，所述第二噴淋介質為20_30°C的水。第二噴淋介質采用的也黃磷工業(yè)中最普遍的噴淋介質--水。米用20-3CTC的水作為第二噴淋介質，既可以最大程度降低能耗，同時在20-30°C的溫度下進行噴淋可以實現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，在實際情況中，此時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，無論是需要將黃磷冷卻至完全固態(tài)或加熱至流動性能較好的熔融態(tài)，只需要相應的短時間冷卻或適當加熱即可，在時間花費和耗能成本上都不需要太大的代價；在此溫度范圍進行噴淋的第二噴淋塔可以實現在黃磷爐氣通過上述噴淋系統(tǒng)后的總黃磷吸收效率達到99.8%以上。
[0012]進一步的是，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20-30°C的第二噴淋介質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，只需要將這種狀態(tài)的黃磷進行適當程度加熱，即能得到熔融態(tài)的黃磷，此時可以將熔融態(tài)黃磷使用第二過濾裝置對熔融態(tài)的黃磷進行固液分離過濾，從而得到過濾后的精制黃磷。通過上述工藝，實現了一種完全無需蒸煮、漂洗、過濾沉淀的精制工藝，從而使本申請中的制備工藝步驟更進一步簡化；同時使整體工藝中產出的精制黃磷的純度得到進一步的提高；并且，更加有效地控制了廢