【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(shí),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(gè)高能耗限制產(chǎn)業(yè)。而隨著世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,黃磷的消耗在不斷增加。因此,開(kāi)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(yè)巖、鉀長(zhǎng)石、霞石)與傳統(tǒng)助熔劑硅石做對(duì)比。測(cè)定其磷還原率,動(dòng)力學(xué)、殘?jiān)扯群土鲃?dòng)性等方面的差異性;為了驗(yàn)證堿金屬碳酸鹽對(duì)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?jiān)扯取⒘鲃?dòng)性及作用過(guò)程機(jī)理。本文利用HSC Chemistry 5.1軟件對(duì)磷礦-無(wú)煙煤-硅石、磷礦-無(wú)煙煤-鉀頁(yè)巖、磷礦-無(wú)煙煤-鉀長(zhǎng)石及磷礦-無(wú)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(jì)算。結(jié)果表明,磷礦-無(wú)煙煤-硅石及磷礦-無(wú)煙煤-鉀頁(yè)巖體系開(kāi)始反應(yīng)的溫度為1120℃,而磷礦-無(wú)煙煤-鉀長(zhǎng)石及磷礦-無(wú)煙煤-霞石體系開(kāi)始反應(yīng)的溫度為905℃,可以看出鉀長(zhǎng)石、霞石助熔時(shí)可以降低磷爐生產(chǎn)的反應(yīng)溫度。在電阻爐中通過(guò)實(shí)驗(yàn)考察了磷礦-無(wú)煙煤-硅石、磷礦-無(wú)煙煤-鉀頁(yè)巖、磷礦-無(wú)煙煤-鉀長(zhǎng)石及磷礦-無(wú)煙煤-霞石體系還原溫度、還原時(shí)間、酸度值及無(wú)煙煤過(guò)剩系數(shù)對(duì)磷還原率的影響。結(jié)果表明:還原率隨溫度、時(shí)間及無(wú)煙煤過(guò)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(shì)。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(shí)間40 min,酸度值1.02,無(wú)煙煤過(guò)剩系數(shù)1.5。研究了四個(gè)體系的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,研究表明:四個(gè)體系的反應(yīng)級(jí)數(shù)均不是一個(gè)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(yè)巖鉀長(zhǎng)石霞石。測(cè)定不同體系相同條件下反應(yīng)殘?jiān)牧鲃?dòng)溫度和不同助熔體系的爐渣粘度,結(jié)果表明:鉀頁(yè)巖、鉀長(zhǎng)石及霞石助熔時(shí)殘?jiān)钚悦黠@提高。研究了堿金屬碳酸鹽添加劑對(duì)磷礦碳熱還原過(guò)程磷還原率、殘?jiān)鲃?dòng)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(shí)同樣的條件下相比,還原率分別提高了8.59%、9.56%。測(cè)定殘?jiān)鲃?dòng)溫度后,發(fā)現(xiàn)添加堿金屬碳酸鹽后,殘?jiān)牧鲃?dòng)溫度明顯有所降低。相同反應(yīng)條件下添加量為10%,1400℃時(shí)的反應(yīng)殘?jiān)?Na_2CO_3及K_2CO_3的流動(dòng)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(dòng)溫度降低了5℃,添加K_2CO_3后流動(dòng)溫度降低了8℃。通過(guò)測(cè)定殘?jiān)母邷?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(kāi)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(shí)，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(lái)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(guò)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ126.317

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王大川;梁欽鋒;龔欣;劉海峰;劉霞;;添加助熔劑后朱集西煤灰熔融特性規(guī)律研究[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2015年02期

2 張瓊;李國(guó)斌;蘇毅;楊逢時(shí);;黃磷爐渣制備聚硅酸鋁絮凝劑的實(shí)驗(yàn)研究[J];非金屬礦;2014年05期

3 殷憲國(guó);;我國(guó)窯法磷酸工業(yè)化技術(shù)進(jìn)展[J];磷肥與復(fù)肥;2014年05期

4 李茜;胡彪;吳元欣;金放;田琦峰;戢俊;李云;何世楓;;熔融法還原中低品位磷礦的工藝及動(dòng)力學(xué)[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào);2014年04期

5 何海;;精料入爐對(duì)黃磷電爐節(jié)能降耗的重要意義[J];山東化工;2014年07期

6 劉紅盼;黃小鳳;馬麗萍;付建秋;覃揚(yáng)頌;蔣明;;TiO_2對(duì)自然冷卻黃磷爐渣微晶玻璃析晶行為的影響[J];人工晶體學(xué)報(bào);2014年06期

7 孟昊;陸思偉;;電爐法生產(chǎn)黃磷安全風(fēng)險(xiǎn)分析與防范[J];無(wú)機(jī)鹽工業(yè);2014年06期

8 馬瀟閃;張瓊;李國(guó)斌;蘇毅;;黃磷爐渣制污水絮凝劑及其應(yīng)用研究[J];化工科技;2014年02期

9 王云剛;趙欽新;馬海東;王浩;姜微微;;準(zhǔn)東煤灰熔融特性試驗(yàn)研究[J];動(dòng)力工程學(xué)報(bào);2013年11期

10 劉寶慶;張義X;蔣家羚;林興華;金志江;;回收黃磷尾氣副產(chǎn)甲酸的新工藝及其參數(shù)優(yōu)化[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào);2013年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 趙玉芬;;磷與生命化學(xué)[A];第五屆全國(guó)化學(xué)生物學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 耿銳仙;鉀礦石用于磷爐造渣助熔機(jī)理研究[D];昆明理工大學(xué);2017年

2 馬超;混合碳基熔融還原磷礦的研究[D];武漢工程大學(xué);2015年

3 李茜;熔融法還原中低品位磷礦的工藝及動(dòng)力學(xué)研究[D];武漢工程大學(xué);2013年

4 任雪嬌;石膏、鉀長(zhǎng)石熱反應(yīng)基礎(chǔ)研究[D];昆明理工大學(xué);2013年

5 丁楠;利用磷礦石、鉀長(zhǎng)石同步提取磷和鉀的基礎(chǔ)研究[D];昆明理工大學(xué);2010年

6 游高;添加劑強(qiáng)化鈦鐵礦固態(tài)還原研究[D];中南大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2646416