專利名稱：磷鐵生產(chǎn)磷酸和鐵合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用磷鐵廢料生產(chǎn)磷酸和鐵合金系列產(chǎn)品的冶化工藝方法。
背景技術(shù)：
磷鐵是電爐法黃磷生產(chǎn)中的廢渣之一，每生產(chǎn)一噸黃磷就會(huì)產(chǎn)生磷鐵量150-200kg，我國(guó)2005年黃磷總產(chǎn)量達(dá)140萬噸，產(chǎn)生磷鐵量在25萬噸左右。磷鐵的分子式為Fe2P；分子量142.7；理論含磷量為21.7％；含鐵量78.3％。因各地磷礦中的鐵含量和各黃磷廠的控制條件不同，磷鐵中一般含磷量為18-25％；含鐵量為55-65％，也含有少量硅、錳等其它元素成份。由于磷鐵中的元素多樣，且各元素含量不穩(wěn)定，綜合利用磷鐵十分困難。目前國(guó)內(nèi)外利用磷鐵的主要工藝方法是將磷鐵粉與炭酸鈉按一定比例混合后，于900-1000℃進(jìn)行氧化焙燒反應(yīng)，反應(yīng)后的物料經(jīng)粉碎、加水浸取、過濾；濾餅為鐵泥廢渣，濾液加磷酸中和、凈化、濃縮、結(jié)晶、干燥后得磷酸鹽產(chǎn)品。該方法主要存在碳酸鈉耗量大，同時(shí)還消耗磷酸、工藝流程長(zhǎng)，鐵元素未能利用，存在一定的“三廢”污染源，經(jīng)濟(jì)效益差的不足。
本發(fā)明的目的在于克服碳酸鈉與磷鐵反應(yīng)生產(chǎn)磷酸鈉鹽產(chǎn)品的不足，采取用氧氣或氧化物與磷鐵在1200-1800℃的熔融狀態(tài)下反應(yīng)，使磷鐵中的磷元素被氧氣或氧化物中的化合氧元素氧化成P2O5氣體，氣體經(jīng)除塵、水合吸收、精制而獲得磷酸產(chǎn)品；使磷鐵中的鐵元素冶煉成鋼或與被磷元素還原后的氧化物中的非氧元素融煉成鐵合金系列產(chǎn)品。生產(chǎn)鐵合金用的主要氧化物為二氧化硅、二氧化錳、三氧化二鉻、三氧化鉬、氧化鎳、二氧化鈦、氧化鐵等。實(shí)施本發(fā)明方法生產(chǎn)磷酸和鐵合金系列產(chǎn)品，利潤(rùn)率達(dá)35％以上，如全國(guó)推廣應(yīng)用，每年可產(chǎn)生產(chǎn)值17億元，產(chǎn)生利潤(rùn)達(dá)6億元人民幣。本發(fā)明方法的特點(diǎn)在于利用氧氣或氧化物中的化合氧氧化磷鐵中的磷元素，同時(shí)也使氧化物被磷元素脫氧還原；反應(yīng)過程有化學(xué)放熱產(chǎn)生，可大大節(jié)省能耗；生產(chǎn)流程簡(jiǎn)短、設(shè)備通用性強(qiáng)，投資少、產(chǎn)量大(反應(yīng)速度快)，鐵、磷元素充分得到回收利用，真正做到了變“廢”為“寶”；生產(chǎn)過程中基本無廢水、廢渣、廢氣產(chǎn)生，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益十分顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用氧氣或氧化物與磷鐵在1200-1800℃反應(yīng)2～4小時(shí)；使磷鐵中的磷元素被氧氣或氧化物中的化合氧元素氧化成P2O5氣體，爐氣經(jīng)除塵、水合吸收、精制后獲得磷酸產(chǎn)品；使磷鐵中的鐵元素冶煉成鋼或與被磷元素脫氧后的氧化物中的非氧元素融煉成鐵合金系列產(chǎn)品。常用的主要氧化物為二氧化硅、二氧化猛、三氧化二鉻、三氧化鉬、氧化鎳、二氧化鈦、氧化鐵等。在生產(chǎn)中，根據(jù)各鐵合金產(chǎn)品組份的要求，可使用一種或幾種氧化物與磷鐵配料，如所配氧化物中的化合氧元素量不足以完全氧化磷鐵中的磷元素時(shí)，可加氧氣進(jìn)行補(bǔ)充。如生產(chǎn)鋼鐵產(chǎn)品時(shí)，只需磷鐵和氧氣或氧化鐵進(jìn)行配料并反應(yīng)。脫磷后的鋼鐵熔液或鐵合金熔液中的微量磷、硫、硅等雜質(zhì)元素，采用添加磷鐵重量0.5～3％的氧化鈣粉進(jìn)行組份調(diào)整和精制。主要化學(xué)反應(yīng)式及基礎(chǔ)重量配料比如下A、磷鐵與氧氣反應(yīng)得鋼鐵和磷酸產(chǎn)品 配料重量比磷鐵∶氧化＝100∶28～35 B、磷鐵與三氧化二鐵的反應(yīng)得鋼鐵和磷酸產(chǎn)品 配料重比磷鐵∶氧氣∶三氧化鐵＝100∶4～10∶84～95 C、磷鐵與二氧化硅反應(yīng)得硅鐵合金和磷酸產(chǎn)品 配料重量比磷鐵∶二氧化硅＝100∶50～60； D、磷鐵與二氧化錳反應(yīng)得錳鐵合金和磷酸產(chǎn)品 配料重量比磷鐵∶二氧化錳＝100∶70～80
E、磷鐵與三氧化二鉻、氧化鎳反應(yīng)得不銹鋼和磷酸產(chǎn)品 配料重量比磷鐵∶三氧化二鉻∶氧化鎳∶氧氣＝100∶26～30∶13～15∶17～22； 磷鐵中的磷元素氧化完成后，應(yīng)向鋼液或鐵合液中加入磷鐵重0.5～3％的氧化鈣粉(碳酸鈣粉也可以)去除其中微量的磷、硫、硅等雜質(zhì)元素，使鋼或鐵合金熔液得到精制。磷鐵、各種氧化物應(yīng)在200～500℃的條件下脫水烘干30分鐘以上，混合磨細(xì)至100目的通過率≥90％，磨細(xì)的物料可直接入反應(yīng)爐中使用，也可成球、烘干后加入反應(yīng)爐中使用，以減少反應(yīng)爐氣中的粉塵量。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)鐵合金各組份含量的要求及所加氧化物的含量，進(jìn)行配料比調(diào)整，以滿足各產(chǎn)品的質(zhì)量要求。
本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程見說明書附圖
四、實(shí)施例A、日產(chǎn)5噸工業(yè)級(jí)磷酸及鐵合金的主要生產(chǎn)設(shè)備1、密閉式電感熔煉電爐一臺(tái)、功率500KVA；2、磷鐵粗碎機(jī)一臺(tái)，功率5.5KW，粉碎細(xì)度≤3mm；3、烘干機(jī)一臺(tái)，Φ500×8000回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，烘干溫200～500℃；
4、球磨機(jī)一臺(tái)Φ900×3000；細(xì)度100目通過率≥90％；5、爐氣除塵器Φ500旋風(fēng)除塵器三個(gè)串聯(lián)使用；6、水合吸收塔Φ1000×6000，兩個(gè)串聯(lián)使用，碳鋼外殼內(nèi)襯石墨板防腐，內(nèi)安裝瓷拉西環(huán)和循環(huán)噴淋洗滌噴頭。
7、酸霧洗滌裝置由文丘里洗滌器和汽水分離器串聯(lián)組成；8、尾氣處理塔用Φ800×5000硬質(zhì)塑料管制作，內(nèi)安裝噴頭和填料；9、抽風(fēng)機(jī)不銹鋼引風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率7.5KW，排氣量2000m3/小時(shí)，全壓≥4KPa10、尾氣放空囪用Φ300×8000硬質(zhì)塑料管制作，外用角鋼加固。
11、磷酸循環(huán)池5m×3m×1.5m混凝土池，內(nèi)襯3mm厚的軟質(zhì)塑料板防腐，同規(guī)格的兩個(gè)池循環(huán)使用。
12、循環(huán)泵兩臺(tái)，聚四氟乙烯耐酸泵口徑50mm，流量≥50m3/小時(shí)，，揚(yáng)程≥25米；13、尾氣處理液池5m×3m×1.5m混凝土池一個(gè)，內(nèi)襯防腐材料。
14、鋼錠或鐵合金鋼錠成型沙模20套，總?cè)萘?m3以上。
B、備料(以一天的用料生產(chǎn)錳鐵和不銹鋼為例)1、錳鐵合金的原料消耗磷鐵量1.5t/t×5t＝7.5噸/天；二氧化錳量磷鐵7.5t/天×0.76÷0.95錳含量95％＝6噸/天；2、不銹鋼合金的原料消耗磷鐵量1.5t/t×5t＝7.5噸/天；三氧化二鉻量磷鐵7.5噸/天×26.63％÷98％Cr2O3含量＝2.0038t/天；氧化鎳消耗量7.5t/天×13.1％÷98％(NiO)含量＝1.0026t/天；氧氣消耗量7.5t/天×18％÷99％(氧氣含量)＝1.36t/天。
C、生產(chǎn)操作控制方法1、錳鐵合金及磷酸的生產(chǎn)先將磷鐵去除泥沙等雜質(zhì)后，于粗碎機(jī)中粉碎、烘干脫水，按備料中磷鐵與二氧錳的消耗量比例進(jìn)行配料混合；將混合的物料于球磨機(jī)中磨粉，將磨細(xì)的混合料加入密閉式電爐中，加料量為電爐內(nèi)容積的60％體積(約5噸混合料)。開電爐電源進(jìn)行加熱升溫。當(dāng)電爐內(nèi)溫度達(dá)到1000℃時(shí)，開抽風(fēng)機(jī)和磷酸循環(huán) 泵及尾氣處理液循環(huán)泵。循環(huán)池內(nèi)第一次加入池內(nèi)容積40％左右的清潔自來水，在尾氣處理液循環(huán)池中加入碳酸鈉或燒堿，調(diào)成20％左右的水溶液作尾氣處理吸收液。當(dāng)電爐內(nèi)物料溫度升至1600～1750℃即保持此溫度范圍反應(yīng)2小時(shí)后，磷鐵中的磷元素就基本被二氧化錳中的化合氧氧化完成。向電爐內(nèi)物料中加氧化鈣粉5t×56％(混合料中磷鐵含量)×0.5％等于氧化鈣添加量14kg，以除去錳合金液中的微量硅、磷雜質(zhì)。精煉后的合金液放入沙模中成錠，冷卻后獲得錳鐵合金產(chǎn)品。當(dāng)電爐內(nèi)物料溫度達(dá)1200℃時(shí)，反應(yīng)速度就較快，爐氣在抽風(fēng)機(jī)的吸引下，使?fàn)t氣經(jīng)除塵器除塵后，進(jìn)入水合吸收塔內(nèi)，循環(huán)噴淋液與爐氣中的P2O5發(fā)生水合反應(yīng)并合成磷酸，未吸收水合的P2O5氣體再經(jīng)文丘里洗滌器循環(huán)洗滌吸收和汽水分離器將氣體中的酸霧凝聚液化，使P2O5得到充分的回收成磷酸，當(dāng)磷酸循環(huán)液中的H3PO4含量達(dá)86～88％時(shí)，即可泵入沉淀池中沉降或經(jīng)過濾除去固體雜質(zhì)，清潔的磷酸經(jīng)濃度調(diào)整、化驗(yàn)、定量于塑料桶中包裝得磷酸產(chǎn)品。汽水分離后的余氣經(jīng)尾氣處理塔用堿性水溶液循環(huán)噴淋吸收處理，使氣相中的微量P2O5與堿反應(yīng)生成磷酸鈉鹽溶液或按鹽溶液。當(dāng)循環(huán)液的PH值達(dá)4～5時(shí)，比重達(dá)1.2以上時(shí)即可泵入濃縮并回收副產(chǎn)品，調(diào)配新的循環(huán)液處理尾氣。余氣經(jīng)尾氣處理后，由抽風(fēng)機(jī)經(jīng)放空囪排入大氣中。
生產(chǎn)能力日產(chǎn)85％的工業(yè)級(jí)磷酸5噸，錳鐵合金8噸。
2、不銹鋼的生產(chǎn)先將磷鐵去除泥沙等雜質(zhì)，于粗碎機(jī)中粉碎至3mm以下的粒料并烘干脫水，按備料的物料消耗配比，將磷鐵7.5t、三氧化二鉻2.038t、氧化鎳1.0026t進(jìn)行混均于球磨機(jī)中磨粉。將磨細(xì)的混合料加入電爐中，加料量為電爐內(nèi)容積的60％，約5噸。開電源升溫至1000℃時(shí)，開抽風(fēng)機(jī)和循環(huán)噴淋泵。當(dāng)爐內(nèi)物料溫度達(dá)到1600～1750℃范圍時(shí)，開始保溫反應(yīng)2小時(shí)。這期間如溫度低于1600℃時(shí)，應(yīng)加大電流，當(dāng)溫度高于1750℃時(shí)，應(yīng)減小電流。反應(yīng)的爐氣經(jīng)除塵后，導(dǎo)入兩個(gè)串聯(lián)的水合塔中，用稀磷酸液循環(huán)噴淋吸收，使P2O5水合成磷酸。產(chǎn)生的酸霧和未水合的P2O5氣體經(jīng)文丘里洗滌器和汽水分離器再次回收稀磷酸。余氣中微量的P2O5氣體在尾氣處理塔中用堿性水溶液(燒堿或碳酸氫銨水液)循環(huán)洗滌吸收并回收副產(chǎn)品磷酸鹽。經(jīng)尾氣處理后的氣體由抽風(fēng)機(jī)和放空囪排入大氣中。電爐中的合金液經(jīng)保溫反應(yīng)完后，磷鐵中的磷元素只被氧化了80％左右(因配入的氧化物的化合氧量不足，應(yīng)向電爐內(nèi)的合金液中吹入氧氣，加氧量為入爐磷鐵量的18％，入爐總料5t×71％的磷鐵量×18％的加氧氣重量即639kg。在吹氧反應(yīng)過程中，氧與磷鐵中的磷元素反應(yīng)生成P2O5氣體，也與鐵反應(yīng)生成氧化亞鐵。氧化亞鐵中的化合氧也與磷鐵中的磷元素反應(yīng)再生成P2O5氣體。吹氧反應(yīng)完后，再于1600～1750℃保溫反應(yīng)30分鐘后，向合金液中加入磷鐵量1％的氧化鈣粉(5t×71％×1％＝35.5kg CaO粉)，以除去合金液中微量硅、磷等雜質(zhì)。精制后的不銹鋼熔液可熱軋成型鋼，也可注入沙模中，冷卻后獲得不銹鋼錠。
產(chǎn)能日產(chǎn)85％的工業(yè)級(jí)磷酸5噸，日產(chǎn)不銹鋼8噸，不銹鋼的化學(xué)成份Fe73％；鉻16～17％；Ni9.1～9.6％。
在生產(chǎn)過程中，除塵器中回收的粉塵和合金液面上的氧化物渣均返回配料中循環(huán)使用。其它鋼錠和鐵合金及磷酸的生產(chǎn)方法均參照上述實(shí)施例中的方法進(jìn)行生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種磷鐵生產(chǎn)磷酸的方法，是用氧氣或氧化物與磷鐵在熔融狀態(tài)下反應(yīng)，使磷鐵中的磷元素被氧氣或氧化物中的化合氧元素氧化成P2O5氣體，P2O5氣體除塵、水合吸收、精制后獲得磷酸產(chǎn)品；其特征是磷鐵與氧或氧化物的反應(yīng)溫度為1200～1800℃，反應(yīng)時(shí)間為2～4小時(shí)；P2O5氣體的水合溫度為80～650℃；磷鐵與氧氣的重量比為100∶28～35。
2.一種磷鐵生產(chǎn)鋼鐵的方法，是用氧氣和三氧化二鐵與磷鐵在熔融狀態(tài)下反應(yīng)，使磷鐵中的磷元素被氧氣或三氧化二鐵中的化合氧元素氧化成P2O5氣體并與鐵熔液分離；使磷鐵中的鐵元素與三氧化二鐵中的鐵元素冶煉成鋼；其特征是反應(yīng)溫度為1200～1800℃；用磷鐵重量0.5～3％的氧化鈣粉除去鋼液中的微量磷、硫、硅元素；磷鐵∶三氧化二鐵∶氧氣的重量比＝100∶84～95∶4～10。
3.一種磷鐵生產(chǎn)鐵合金的方法，是用氧氣和氧化物與磷鐵在熔融狀態(tài)下反應(yīng)；使磷鐵中的磷元素被氧氣或氧化物中的化合氧氧化成P2O5氣并與鐵合金液分離；使磷鐵中的鐵元素與被磷元素還原后的氧化物中的非氧元素共融成鐵合金；常用的氧化物為二氧化硅、二氧化錳、三氧化二鉻、氧化鎳、三氧化鉬等；其特點(diǎn)是硅鐵合金的重量配料比為磷鐵∶二氧化硅＝100∶50～60；錳鐵合金的重量配比為磷鐵∶二氧化錳＝100∶70～80；不銹鋼的重量配比為磷鐵∶三氧化二鉻∶氧化鎳∶氧氣＝100∶26～30∶13～15∶16～22；反應(yīng)溫度均為1200～1800℃；均添加磷鐵量0.5～3％的氧化鈣粉對(duì)鐵合金液進(jìn)行精制。
全文摘要
一種磷鐵生產(chǎn)磷酸和鐵合金的方法，是用氧氣或氧化物與磷鐵在熔融狀態(tài)下反應(yīng)，使磷鐵中的磷元素被氧氣或氧化物中的化合氧元素氧化成P
文檔編號(hào)C22C38/40GK1884052SQ20061001102
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月5日
發(fā)明者李興德 申請(qǐng)人:李興德