Способ приготовления шихты для получения фосфора

 

Изобретение относится к технологии подготовки фосфатного сырья, в частности, к составлению шихты для производства фосфора. Шихта составляется из молотых - фосфорного шлака и кокса, необходимого на восстановление фосфора, а также фосфорной кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %: фосфорный шлак 28 - 47; кокс, необходимый на восстановление фосфора 8 - 12; фосфорная кислота (90 - 96 %) 45 - 60. Способ позволяет уменьшить выделение шлама в процессе переработки шихты в печи на фосфор. 3 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии подготовки фосфатного сырья, процессу производства фосфора, в частности к его окускованию.

Известна шихта [1] состоящая из кускового фосфорита (5 50 мм), кварцита (5 25 мм) и кокса (5 20 мм). Перед подачей в печь фосфорит прокаливают при 700 1000^oC, кокс и кварцит сушат при 300^oC.

Недостатком известной шихты является необходимость ее термической обработки, высоки выход шлама при ее переработке в печи на фосфор (450 кг на 1 т фосфора).

Известен способ окускования фосфатных материалов путем агломерации их на колосниковой решетке [2] заключающийся в том, что фосфоритную мелочь смешивают с кварцитом, коксовой мелочи в заданном соотношении. Полученную смесь (шихту) увлажняют, окомковывают и спекают на колосниковой решетке при 1250 1300^oC. Полученный спек дробят до требуемой крупности. Затем агломерат совместно с куксовым коксом и кварцитом подают в печь как шихту для получения фосфора.

Недостаток известной шихты необходимость высокотемпературной обработки шихты. При переработке окускованной агломерац. шихты в печи наблюдается большой выход шлама 350 кг на 1 т фосфора.

Известна шихта [3] для агломерации фосфатного сырья, содержащая фосфатное сырье, кокс, кварцит и шлак фосфорного производства при следующем соотношении компонентов, мас.

Кокс 5,5 6,5 Шлак фосфорного производства 3 10 Фосфорное сырье Остальное до 100 Недостаток способа состоит в том, что требуется термическая подготовка шихты до 1200 1300^oC и большой выход шлама (350 кг на 1 т. фосфора) при переработке шихты в печи на фосфор.

Известен способ агломерации фосфатного сырья [4] заключающийся в том, что с целью повышения прочности агломерата составляют смесь фосфорной кислоты и фосфатного сырья в соотношении (0,1 0,12) 1, которую окатывают, а затем смешивают полученные гранулы с кварцитом и коксом и снова окатывают в присутствии воды, а затем агломерируют. Агломерат дробят до фракции 10 70 мм, смешивают с кварцитом и коксом и подают в печь для получения фосфора. Недостаток требуется термическая подготовка шихты (1200 1300^oC) и большой выход шлама (300 кг на 1 т. фосфора) при переработке шихты в печи на фосфор.

Известен способ (прототип) окускования фосфатного сырья [5] заключающийся в том, что при агломерации фосфоритной мелочи получающийся возврат (мелкий агломерат) не возвращают, как обычно, в процессе агломерации, а смешивают с 45 -ной фосфорной кислотой, подаваемой в количестве 10 мас. брикетируют при давлении 20 30 МПа и термообрабатывают при 300 400^oC.

Недостатком способа является то, что при нем требуется прессовое оборудование и термическая обработка брикетов, а также большой выход шлама (350 кг на 1 тонну фосфора) при переработке брикетов в печи на фосфор.

Основополагающей причиной образования большого количества шлама является следующее. При электровозгонке фосфора в электропечах средняя температура возгонки фосфора составляет около 1800^oC, однако, при работе печи на фосфатном сырье, имеют место локальные перегревы до 2500^oC и даже выше. Это объясняется тем, что печь не полностью работает в режиме "сопротивления", а в отдельных местах имеет место дуговой режим, в которых и происходит разогрев реакционной массы выше требуемой температуры, т.е. между осадительным и коронирующим электродами происходит как бы пробой. Следствием локальных перегревов является интенсивное испарение ряда компонентов фосфатного сырья, которые затем конденсируются и попадают в товарный фосфор, что и приводит к содержанию в последнем большого количества шлама. Кроме того, при высоких температурах происходит образование фосфорорганических соединений, которые также попадают в товарный фосфор, из-за чего происходит загрязнение его ограникой.

С целью упрощения окускования фосфатного сырья и уменьшения выделения шлама в процессе переработки шихты в печи на фосфор шихта составляется из совместно молотых до фракции 1 0 мм фосфорного шлака и кокса, а также фосфорной кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.

Фосфорный шлак 28 47 Кокс 8 12 Фосфорная кислота (90,0 96,0) 45 60 Фосфорный шлак и кокс предварительно перемешивают и подвергают помолу до крупности 1,0 0,0 мм, затем добавляют фосфорную кислоту и перемешивают. Смесь формуют и выдерживают на воздухе 1 2 ч до затвердевания, а затем измельчают до крупности 5 70 мм.

Полученная шихта по физическим и химическим характеристикам не уступает известным шихтам. Так, при испытании ее в стандартном барабане выход мелочи -0,5 мм составляет 5 а выход фракции +5 мм 80,0 Содержание основного компонента P₂O₅ составляет 28 37% модуль кислотности .

Резкое уменьшение образования шлама (до 50 кг на 1 т фосфора) при переработке данной шихты электротермическим способом позволяет получить особо чистый фосфор, особенно по таким компонентам, как мышьяк и тяжелые металлы.

Пример 1. Берут фосфорный шлак, содержащий, мас. н.о. 40,8; CaO 49,2; MgO 2,68; Al₂O₃ 2,06; P₂O₅ 1,0 в количестве 80 кг. К шлаку добавляют металлургический кокс в количестве 20 кг. Шлак и кокс измельчают в шаровой мельнице до крупности 1,0 0 мм. В измельченную смесь (шлак и кокс) вводят 100 кг концентрированной (92) фосфорной кислоты и перемешивают. Получают раствор по цвету и свойствам, напоминающий бетонный раствор. Раствор распределяют по формам, где он затвердевает в течение 1 ч. Затем сформованный материал додрабливают на щековой дробилке до крупности 5 - 70 мм.

Полученный кусок имеет прочность 0,5 мм 5,0% +5,0 мм 80 содержит P₂O₅ 30,0 мас. модуль кислотности М_к 0,8.

Шихту в количестве 200 кг испытывают в руднотермической печи мощностью 200 кВт. По техническим причинам (шихта частично для подпора должна находиться с устройстве загрузки) из такого количества шихты представляется возможным восстановить 100 кг шихты. Получено 11 кг фосфора и 0,520 кг шлама.

Пример 2. Берут фосфорный шлак, кокс и фосфорную кислоту, что в примере 1, но в следующем количестве, кг: Фосфорный шлак 56
Кокс 24
Фосфорная кислота 120
Подготовка шихты та же, что в примере 1. Полученный кусок имеет прочность,
-0,5 мм 6
+5 мм 78
P₂O₅ в куске 37
При восстановлении 100 кг шихты получают 13 кг фосфора и 0,65 кг шлама.

Пример 3. Исходный материал и подготовка шихты те же. Материалы для составления шихты берут в следующем количестве, кг:
Шлак 94
Кокс 16
Фосфорная кислота 90
Полученный кусок имеет прочность,
-0,5 мм 6,5
+5 мм 77
Шихта содержит P₂O₅ в количестве 28
При восстановлении 100 кг шихты получают фосфора 10 кг и шлама 0,5 кг.

Экспериментально установлено, что при использовании в шихте фосфорной кислоты менее 45 мас. достаточно прочный кусок не получается и дальнейшее его использование в печи невозможно.

Пример 4. Материалы и подготовка шихты те же, что и в примере 1, но соотношение материалов следующее, кг:
Шлак 106
Кокс 14
Фосфорная кислота 80
Полученный кусок непрочный, рассыпается, для использования на восстановление из него фосфора электротермическим способом не пригоден.

При использовании в шихте фосфорной кислоты более 60 кусок не получается, масса расплывается, и использование ее в печи невозможно (пример 5).

Пример 5. Материалы и подготовка шихты те же, что и в примере 1. На составление шихты подают материалы в следующем количестве, кг:
Шлак 49
Кокс 21
Фосфорная кислота 130
Подготовленная по способу, как в примере 1, шихта расплывается, не затвердевает.

Для использования в электротермическом переделе не пригодна. Причиной этого является, по-видимому, излишек кислоты по сравнению с ее количеством, необходимым на реакцию со шлако-коксовой смесью.

Таким образом, установлено, что предлагаемая шихта для получения фосфора обеспечивает получение достаточно прочного фосфатного куска, при использовании которого в электротермическом переделе резко снижается выход шламов. Приведена сравнительная таблица (см. в конце текста).

Формула изобретения

1. Способ приготовления шихты для получения фосфора, включающий составление шихты путем смешения фосфорсодержащего сырья с коксом и фосфорной кислотой, отличающийся тем, что в качестве фосфорсодержащего сырья используют фосфорный шлак из электропечи фосфорного производства при следующем соотношении компонентов, мас.

Фосфорный шлак 23 47
Кокс 8 12
Фосфорная кислота 45 60
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фосфорный шлак и кокс предварительно перемешивают и подвергают помолу до крупности менее 1 мм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в молотый шлак и кокс добавляют фосфорную кислоту и перемешивают.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешанную шихту формуют и выдерживают на воздухе до затвердевания, а затем измельчают до крупности 5 - 70 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2