Способ обработки расплава феррофосфора

Способ обработки расплава феррофосфора

Реферат

Изобретение относится к области обработки фосфатного сырья, в частности к обработке феррофосфора, побочного продукта переработки фосфатных руд - фосфоритов с высоким содержанием железа, и может найти применение для получения оксидов и кислородных кислот фосфора.

Феррофосфор (Fe_xP, где x=2-4) получают в виде расплава, образующегося на дне печи при высокотемпературной печной обработке фосфатного сырья в присутствии углерода. Феррофосфор представляет собой смесь фосфидов железа, который содержит до 30 мас.% фосфора, до 60 мас.% железа, остальное - ванадий, хром, кремний, титан, никель и другие примеси, содержащиеся в фосфатном сырье. Как самостоятельный продукт феррофосфор имеет ограниченное применение в промышленности, поэтому задача эффективного извлечение фосфора из феррофосфора является актуальной и обеспечивает повышение экономичности обработки фосфатного сырья.

Известен способ обработки расплава феррофосфора кислородом, в результате которого получают металлическое железо и фосфорсодержащий продукт в виде газообразной пятиокиси фосфора P₂O₅.

Восстановленное железо известными способами преобразуют в слитки, а газообразную пятиокись фосфора обеспыливают и известными способами используют для получения фосфорной кислоты.

(CN 1884052, C01B 25/18, C01B 25/00, опубл. 2006-12-27)

Недостатком известного способа является низкий выход пятиокиси фосфора. Это связано с тем, что образование металлического железа происходит в присутствии окиси кальция, которая активно связывает фосфор в нелетучий фосфат. Кроме того, образующееся железо при взаимодействии с кислородом неизбежно окисляется в оксиды железа, которые активно взаимодействуют с пятиокисью фосфора с образованием нелетучих соединений.

Наиболее близким является способ обработки расплава феррофосфора, образующегося при печной обработке фосфатного сырья: фосфатной руды, содержащей более 5 мас.% оксидов железа и алюминия, в присутствии известняка, кокса и окиси кремния. Известный способ включает окисление образующегося расплава феррофосфора потоком кислорода и/или воздуха в присутствии окиси кальция с образованием металлического железа и фосфата кальция. Фосфат кальция отделяют от металлического железа и повторно возвращают в печь для извлечения фосфора.

Известный способ обработки феррофосфора можно описать следующей реакцией:

(US 4014682, C21B 3/04, C21B 13/00, опубл. 1977-03-29)

Недостатком известного способа является невозможность промышленного получения продукта, в частности окисленного фосфора, который затем можно использовать для получения фосфорсодержащей кислоты. Повторная обработка фосфата кальция значительно увеличивает продолжительность процесса получения конечного продута - фосфорной кислоты, и приводит к значительным затратам, связанным с необходимостью повторной высокотемпературной обработки фосфата кальция и дополнительным окислением фосфора. Кроме того, результатом известного способа является металлическое железо и фосфат кальция, раздельная выгрузка которых из устройства окисления феррофосфора представляет собой достаточно трудоемкую технологическую операцию.

Задачей изобретения является разработка промышленно эффективного способа обработки феррофосфора с получением трехокиси фосфора, которую затем непосредственно или после окисления до пятиокиси фосфора можно использовать для получения фосфорсодержащей кислоты и фосфорсодержащих удобрений.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности процесса получения из феррофосфора оксидов фосфора в виде трехокиси фосфора, снижение энергетических затрат и трудоемкости технологических операций.

Технический результат достигается тем, что способ обработки расплава феррофосфора включает окисление расплава феррофосфора кислородом или воздухом, причем согласно изобретению расплав феррофосфора окисляют с образованием окислов железа и газообразной фазы, содержащей трехокись фосфора, при температуре 1300-1800°С и отношении массового расхода кислорода к массовому расходу феррофосфора в единицу времени не более 0,63.

Кроме того, окисление расплава феррофосфора ведут при прохождении потока кислорода или воздуха через объем расплава феррофосфора; расплав феррофосфора окисляют с образованием окислов железа и газообразной фазы, содержащей трехокись фосфора; трехокись фосфора из газообразной фазы окисляют до пятиокиси фосфора.

Особенностью способа по изобретению является извлечение фосфора из феррофосфора в виде трехокиси фосфора P₂O₅ способом парциального окисления.

Расплав феррофосфора с содержанием фосфора 10-25 мас.% обрабатывают в окислительном реакторе при температуре 1300-1800°С. Кислород или воздух для окисления феррофосфора подают через стандартные фурмы, которые преимущественно располагают в донной и нижней частях окислительного реактора для подачи потока окисляющего газа внутрь объема расплава феррофосфора. При прохождении потока кислорода и/или воздуха через объем расплава феррофосфора происходит окисление феррофосфора с образованием окислов железа (закиси и закиси-окиси) в виде пены, и газообразной фазы, содержащей трехокись фосфора P₂O₃.

Образование трехокиси фосфора P₂O₃ можно описать следующими основными реакциями парциального окисления феррофосфора:

Трехокись фосфора также может образовываться при протекании вторичных реакций, в частности:

Указанные реакции протекают с выделением энергии, что позволяет снизить энергетические затраты на поддержание температурного режима работы работающего окислительного реактора.

Необходимым условием протекания реакций (2-6) является соблюдение отношения массового расхода кислорода к массовому расходу феррофосфора в единицу времени не более 0,63.

При указанных условиях селективность процесса перехода фосфора в виде P₂O₃ в газовую фазу превышает 95%. При повышении расхода кислорода фосфор начинает окисляться до P₂O₅ и связывается в нелетучий фосфат железа Fe₃(PO₄)₂. Селективность процесса перехода фосфора в газовую фазу при этом падает на 1-2 порядка. При снижении расхода кислорода селективность перехода фосфора в газовую фазу сначала медленно снижается, а затем резко падает. В качестве окислительного реактора можно использовать реактор аэрлифтного типа, барботажный реактор (жидкометаллическая пена) и циклонную печь.

Газообразную фазу, содержащую трехокись фосфора, извлекают из реактора окисления и известным способом окисляют до пятиокиси фосфора, например, сжиганием в присутствии кислорода. Как трехокись фосфора, так и пятиокись фосфора можно использовать для получения фосфорсодержащих кислот и фосфорсодержащих удобрений. Образующаяся на поверхности расплава феррофосфора пена, содержащая окислы железа, легко удаляется известными устройствами, например устройствами выгрузки шлака из печи.

Сведения, приведенные в примере реализации способа, подтверждают достижение общего поставленного технического результата: повышение производительности процесса получения оксидов фосфора из феррофосфора, снижение энергетических затрат и трудоемкости технологических операций.

1. Способ обработки расплава феррофосфора, включающий окисление расплава феррофосфора кислородом или воздухом, отличающийся тем, что расплав феррофосфора окисляют с образованием окислов железа и газообразной фазы, содержащей трехокись фосфора, при температуре 1300-1800°С и отношении массового расхода кислорода к массовому расходу феррофосфора в единицу времени не более 0,63.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окисление расплава феррофосфора ведут при прохождении потока кислорода или воздуха через объем расплава феррофосфора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что трехокись фосфора из газообразной фазы дополнительно окисляют до пятиокиси фосфора.