[發明專利]從窯法磷酸工藝的出窯煙氣中水化吸磷及回收氟的方法

有效

• 申請號: 201310218625.0
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN104211035A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 侯擁和;魏世發;魏琛娟
• 申請（專利權）人: 四川玖長科技有限公司
• 主分類號: C01B25/20
• 分類號: C01B25/20;C01B33/10
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 楊斌

技術領域

本發明涉及一種從含P₂O₅和氟的煙氣中制取磷酸并回收含氟物質的工藝方法，尤其涉及一種從窯法磷酸工藝（KPA）的出窯煙氣中水化吸磷制取磷酸及回收氟的工藝方法。

背景技術

目前世界上工業生產磷酸的方法主要有兩種。（1）濕法制磷酸：即利用硫酸分解磷礦石得到稀磷酸和以CaSO₄·nH₂O為主體的固體廢渣（簡稱磷石膏），將稀磷酸濃縮得到含磷酸54%左右的濕法磷酸。這種工藝的主要缺點：一是要耗用大量的硫酸；二是廢渣磷石膏無法得到有效的利用，其中夾帶的硫酸、磷酸和可溶性氟化物均溶于水，自然堆放后被雨水沖刷，容易對環境造成嚴重污染；三是產品磷酸的雜質含量較高，一般只用于生產肥料；四是為保證產品的經濟性，必須使用高品位磷礦。（2）熱法制磷酸：即首先將將磷礦石、硅石、碳質固體還原劑置于一臺礦熱電爐中，用電短路形成電弧的能量，將爐內溫度加熱到1300℃以上，將磷礦石中的磷以P₄形式還原出來，同時碳質固體還原劑被轉化為CO，將排出礦熱爐的P₄和CO為主的氣體用水洗滌降溫，P₄被冷卻成固體與氣相分離，得到產品黃磷，含CO的廢氣在煙囪出口點火燃燒后排入大氣；將得到的P₄加熱到80℃左右，使其變為液相，將其在水化塔中與通入的空氣發生氧化燃燒反應，得到磷酸酐P₂O₅，再用水吸收得到磷酸。熱法制磷酸的主要缺點：一是要耗費大量的電能；二是排出礦熱爐后分離了P₄的氣體還夾帶有大量的氟化物（以SiF₄和HF存在）和少量未沉淀的氣體P₄，這將對大氣環境造成嚴重污染；三是含大量CO的氣體直接燃燒排空，能源浪費很大；四是為了保證生產的經濟性，同樣需要使用高品位磷礦石。

為了克服電能緊張、硫鐵礦資源不足和高品位磷礦石逐年減少對磷酸生產的影響，八十年代初美國Occidental??Research?Corporation（ORC）提出采用KPA法，即用回轉窯生產磷酸的方法（簡稱窯法磷酸工藝）（參見Frederic?Ledar?and?Won?C.Park等，New?Process?for?Technical-Grade?Phosphoric?Acid，Ind.Eng.Chem.Process?Des.Dev1985，24，688-697），并進行了?0.84m（內）×9.14m回轉窯中試裝置的中間試驗（參見US4389384號美國專利文獻）。該方法是將磷礦石、硅石和碳質還原劑（焦粉或煤粉）細磨到50%～85%－325目，配加1%的膨潤土造球，經鏈式干燥機干燥預熱后送入窯頭燃燒天然氣的回轉窯中，球團在窯內還原，控制最高固體溫度為1400℃～1500℃，調整球團CaO/SiO₂摩爾比為0.26～0.55，使球團熔點高于球團中磷礦石的碳熱還原溫度，磷以磷蒸氣的形式從球團中還原揮發出來，然后在窯的中部空間被通入的空氣氧化成五氧化二磷，氧化放出來的熱反過來又供給還原反應，最后將含有五氧化二磷的窯氣水化吸收即制得磷酸。

上述的窯法磷酸工藝思路顯示了一種良好的工業應用前景，因其原理是利用磷礦的碳熱還原形成P₄氣體，將磷礦石中的磷轉移到回轉窯的氣相當中，并利用氣固分離原理使磷與料球中的其余固體物質很好的進行分離，轉移到回轉窯氣相中的P₄氣體可與回轉窯氣相中的氧發生氧化放熱反應生成P₂O₅，放出的熱則供給料球中磷礦石的碳熱還原（吸熱反應），最后將出回轉窯的含P₂O₅的窯氣水化吸收，可獲得潔凈度遠高于濕法磷酸的工業磷酸。由于回轉窯維持磷礦碳熱還原溫度使用的是初級能源，同時磷礦碳熱還原產生的可燃物質P₄與CO在回轉窯內部即可進行燃燒放熱反應，補充提供給維持回轉窯磷礦碳熱還原溫度所需能量，這與傳統的熱法制磷酸工藝相比，其能耗得到大幅度降低。

然而，我們的研究表明，上述的窯法磷酸工藝在規模化的工業應用及實踐中很難實現，其主要缺陷在于：