【摘要】：自然界中,磷主要以磷礦石的形式存在于礦產(chǎn)資源中。同時,黃磷是眾多行業(yè)的基礎(chǔ)原料,其生產(chǎn)主要采用電爐法,使用硅石作為助熔劑降低反應(yīng)溫度,碳作為還原劑和導(dǎo)電劑還原磷礦石生成單質(zhì)磷,在經(jīng)洗滌、精制等工序制成黃磷。一般情況下,電爐操作溫度在1350到1450℃之間,每生產(chǎn)一噸黃磷電耗在13000到15000 k W·h之間,鑒于此黃磷生產(chǎn)已成為一個高能耗限制產(chǎn)業(yè)。而隨著世界各國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,黃磷的消耗在不斷增加。因此,開發(fā)節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)技術(shù)將成為黃磷生產(chǎn)行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一。本文選用新的助熔劑(鉀頁巖、鉀長石、霞石)與傳統(tǒng)助熔劑硅石做對比。測定其磷還原率,動力學(xué)、殘渣粘度和流動性等方面的差異性;為了驗證堿金屬碳酸鹽對體系的影響,在硅石體系的基礎(chǔ)上添加不同堿金屬碳酸鹽,考察了其磷還原率、殘渣粘度、流動性及作用過程機(jī)理。本文利用HSC Chemistry 5.1軟件對磷礦-無煙煤-硅石、磷礦-無煙煤-鉀頁巖、磷礦-無煙煤-鉀長石及磷礦-無煙煤-霞石體系可能發(fā)生的反應(yīng)進(jìn)行了吉布斯自由能的相關(guān)計算。結(jié)果表明,磷礦-無煙煤-硅石及磷礦-無煙煤-鉀頁巖體系開始反應(yīng)的溫度為1120℃,而磷礦-無煙煤-鉀長石及磷礦-無煙煤-霞石體系開始反應(yīng)的溫度為905℃,可以看出鉀長石、霞石助熔時可以降低磷爐生產(chǎn)的反應(yīng)溫度。在電阻爐中通過實驗考察了磷礦-無煙煤-硅石、磷礦-無煙煤-鉀頁巖、磷礦-無煙煤-鉀長石及磷礦-無煙煤-霞石體系還原溫度、還原時間、酸度值及無煙煤過剩系數(shù)對磷還原率的影響。結(jié)果表明:還原率隨溫度、時間及無煙煤過剩系數(shù)的增大而增大,最后趨于穩(wěn)定,而隨酸度值的增大其呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。最終確定磷礦碳熱還原的最優(yōu)工藝條件為:反應(yīng)溫度1400℃,反應(yīng)時間40 min,酸度值1.02,無煙煤過剩系數(shù)1.5。研究了四個體系的動力學(xué)過程,研究表明:四個體系的反應(yīng)級數(shù)均不是一個確定的常數(shù),且隨著溫度的升高反應(yīng)率逐漸增大。四種體系助熔劑活化能的關(guān)系依次為硅石鉀頁巖鉀長石霞石。測定不同體系相同條件下反應(yīng)殘渣的流動溫度和不同助熔體系的爐渣粘度,結(jié)果表明:鉀頁巖、鉀長石及霞石助熔時殘渣活性明顯提高。研究了堿金屬碳酸鹽添加劑對磷礦碳熱還原過程磷還原率、殘渣流動性粘度等方面的影響。當(dāng)堿金屬添加量為10%,反應(yīng)溫度為1400℃,添加劑Na_2CO_3及K_2CO_3的磷還原率分別提高到97.08%、98.05%,與未添加劑時同樣的條件下相比,還原率分別提高了8.59%、9.56%。測定殘渣流動溫度后,發(fā)現(xiàn)添加堿金屬碳酸鹽后,殘渣的流動溫度明顯有所降低。相同反應(yīng)條件下添加量為10%,1400℃時的反應(yīng)殘渣,Na_2CO_3及K_2CO_3的流動溫度分別為1263.33℃、1260.33℃。與未添加堿金屬碳酸鹽的硅石體系比較,相同條件下添加Na_2CO_3后流動溫度降低了5℃,添加K_2CO_3后流動溫度降低了8℃。通過測定殘渣的高溫,發(fā)現(xiàn)添加Na_2CO_3及K_2CO_3后,在高溫下煅燒2 h后的攤開面積分別為2.4745cm~2、2.5447 cm~2。
【圖文】：

昆明理工大學(xué)碩士按一定的比例混合均勻后加入密閉的三相磷爐中依靠電能將其加學(xué)反應(yīng)，生成單質(zhì)磷氣體。此時，焦炭主要作為導(dǎo)電劑和還原劑， CaO，硅石作為助熔劑降低反應(yīng)的溫度來制得黃磷，再將黃磷燃氧化二磷，在經(jīng)水化吸收制得磷酸[25,26]。其反應(yīng)過程可用以下方a5(PO4)3F + 30C + 21SiO2= 6P2(g) + 20CaSiO3+ SiF4+ 30CO(g) 氣體進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，分離、精制等工序，，最后制得黃磷產(chǎn)品。電爐工藝流程如圖 1.1[28]。黃磷制磷酸的工藝如圖 1.2[29]。

流程如圖 1.1。黃磷制磷酸的工藝如圖 1.2。圖 1.1 電爐法制黃磷的工藝流程圖1 Process flow diagram of yellow phosphorus production by electric
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ126.317

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2646416