Способ выделения фосфора из смеси с другими твердыми веществами
Изобретение относится к способу выделения элементного фосфора из содержащих фосфор шламов плавлением фосфора в шламе в сетчатом контейнере. В способе выделения фосфора используют сепаратор, содержащий: емкость для удерживания жидкости, контейнер, размещенный внутри емкости и, по меньшей мере, часть которого выполнена из сетчатого материала, через который может проходить указанная текучая среда и может протекать расплавленное твердое вещество и не может проходить нерасплавленный твердый материал. Ячейки указанной сетки имеют диаметр приблизительно 0,2-0,6 см. Контейнер, по меньшей мере, частично погружен в указанную жидкость, а любая часть контейнера, не погруженная в жидкость, находится в инертной атмосфере. Кроме того, используют нагреватель для нагрева указанной жидкости выше точки плавления фосфора. Способ включает в себя следующие этапы: размещение указанной смеси в указанном контейнере сепаратора и нагревание указанной жидкости до температуры выше 44,1°С для плавления фосфора и его вытекания через указанную сетку из указанного контейнера. Контейнер может представлять собой цилиндр, вращающийся относительно своей оси, расположенной под углом α к горизонтали, равным приблизительно 0-5°, и/или на внутренней стороне цилиндра предусмотрены винтовые лопасти для транспортирования нерасплавленного твердого материала вдоль указанного цилиндра при его вращении. Технический результат: возможность выделения фосфора из смесей. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к способу выделения элементного фосфора из содержащих фосфор шламов плавлением фосфора в шламе в сетчатом контейнере.
При обработке фосфоритной руды, чтобы получить фосфор для использования при производстве удобрений, моющих средств и других продуктов, образуется большое количество непригодного шлама. Так как шлам содержит элементный фосфор, его необходимо хранить в отстойниках, чтобы предотвратить самопроизвольное возгорание фосфора на воздухе. Содержание отстойников дорого, создает юридические и экологические проблемы и приводит к потере ценного фосфора.
Фосфор в отстойниках можно извлекать с использованием перемещающихся сборников - больших труб с открытым днищем. Сборники с усилием опускают в осадок в отстойнике и разбрызгивают водяной пар в осадок внутри сборника, расплавляя фосфор. Осадок откачивают из сборника и отделяют расплавленный фосфор от остальных твердых веществ гравитационным осаждением и фильтрованием.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с этим изобретение относится к способу выделения фосфора из смеси с другими твердыми веществами с использованием сепаратора, содержащего:
A) емкость для удерживания жидкости;
B) контейнер, размещенный внутри емкости и по меньшей мере часть которого выполнена из сетчатого материала, через который может проходить указанная текучая среда и может протекать расплавленное твердое вещество и не может проходить нерасплавленный твердый материал, причем контейнер, по меньшей мере, частично погружен в указанную жидкость, а любая часть контейнера, не погруженная в жидкость, находится в инертной атмосфере, и
C) нагреватель для нагревания указанной жидкости выше точки плавления фосфора,
причем способ включает в себя следующие этапы:
D) размещение указанной смеси в указанном контейнере сепаратора и В) нагревание указанной жидкости до температуры выше 44,1°С для плавления фосфора и его вытекания через указанную сетку из указанного контейнера, при этом нерасплавленные твердые вещества не проходят через сетку.
Предпочтительно, ячейки указанной сетки имеют диаметр приблизительно 0,2-0,6 см,
а контейнер представляет собой цилиндр.
Кроме того, цилиндр имеет диаметр приблизительно 0,6-2,4 м и длину приблизительно 3,7-12 м.
Дополнительно ячейки сетчатой части цилиндра увеличиваются или уменьшаются в направлении длины цилиндра, при этом предусмотрены многочисленные конические емкости для сбора расплавленного фосфора, вытекающего через ячейки сетчатой части.
Предпочтительно способ включает в себя этап вращения указанного цилиндра относительно его оси, расположенной под углом а к горизонтали, равным приблизительно 0-5°, и/или на внутренней стороне цилиндра предусмотрены винтовые лопасти для транспортирования нерасплавленного твердого материала вдоль указанного цилиндра при его вращении.
Цилиндр можно вращать относительно оси с частотой менее приблизительно 10 об/мин,
а угол α оси цилиндра можно регулировать.
Для более полного понимания изобретения и так, чтобы другие признаки могли быть оценены, изобретение далее описывается с помощью примеров и ссылки на чертеж, где изображен общий вид сепаратора, соответствующего изобретению.
Сепаратор 1 по изобретению имеет емкость 2, в которой установлен горизонтальный цилиндрический контейнер 3, имеющий сетчатую часть 4. Емкость 2 заполнена до уровня 5 жидкостью 6, такой как вода, которую можно нагреть с помощью нагревателя 7. Ось 8 контейнера 3 расположена под регулируемым углом α к горизонтали. Контейнер 3 может вращаться относительно оси 8 средством 9, таким как электрический, гидравлический или пневматический мотор или двигатель. Шлам, осадок или другие смеси твердых веществ 10 могут поступать внутрь контейнера через входной патрубок 11. (Жесткое кольцевое приспособление, не показано, на торце контейнера 3 предотвращает материал от расплескивания). Расплавленные твердые вещества 12 вытекают через ячейки сетчатой части 4 контейнера 3 и собираются в конических емкостях 13, которые можно открывать с помощью клапанов 14. Нерасплавленные твердые вещества 15 постепенно перекатываются по контейнеру 3 и удаляются с помощью обезвоживающего шнекового транспортера 16.
Изобретение может быть использовано, например, для обработки любой смеси элементного фосфора в фосфоритном шламе и углеводородов в нефтехимическом осадке. Смесь может содержать элементный фосфор и различные высокоплавкие или тугоплавкие твердые вещества. Например, фосфор может быть в смеси с породными включениями, печным шлаком, пустой породой, песком, глиной и обломками. Вода обычно также присутствует, предохраняя фосфор от самопроизвольного возгорания. Типичная смесь из процесса получения элементного фосфора из фосфоритной руды содержит 1-40 мас.% элементного фосфора.
Сетчатый контейнер может иметь любую форму, подходящую для удерживания нерасплавленных твердых веществ, в то же время обеспечивая выход расплавленных твердых веществ. Предпочтительна цилиндрическая форма, так как такая форма способствует самоочищению цилиндра. Цилиндр может быть изготовлен из многочисленных плоских панелей для лучшего смешивания и облегчения ремонта. Ось цилиндра предпочтительно расположена под углом α, равным приблизительно 0-5° к горизонтали, так что твердые вещества перемещаются вниз при вращении цилиндра. В варианте исполнения цилиндр может быть оборудован винтовыми лопастями, которые перемещают материал вдоль цилиндра при его вращении. Цилиндр может иметь любые размеры, но наиболее удобен для многих материалов цилиндр диаметром приблизительно 0,6-2,4 м (2-8 футов) и длиной приблизительно 3,7-12 м (10-40 футов). Цилиндр может быть изготовлен из различных материалов, в том числе из алюминия и разнообразных пластиков; сталь является предпочтительным материалом благодаря механической прочности и долговечности.
По меньшей мере, часть контейнера выполнена сетчатой (через которую вытекает расплавленное твердое вещество), но другие части могут быть сплошными, чтобы обеспечить механическую опору или по другим причинам. Ячейки в сетчатой части должны быть достаточно большими, чтобы предотвратить частую закупорку ячеек, но и достаточно небольшими, чтобы минимизировать размер твердых частиц, которые проходят через ячейки и должны быть обработаны в расположенном ниже (по ходу потока) оборудовании.
Наиболее удобный диапазон диаметра ячеек для многих типов материалов приблизительно 0,2-0,6 см (0,06-0,25 дюймов). Ячейки сетчатой части увеличиваются или уменьшаются в направлении длины цилиндра, что обеспечивает регулируемое распределение расплавленного фосфора и инертных твердых веществ в различные конические емкости.
Контейнер предпочтительно вращается или иным образом перемешивается, чтобы способствовать отделению расплавленных твердых веществ от нерасплавленных твердых веществ. Для уменьшения выплескивания, изнашивания и вибрации контейнер предпочтительно вращается с частотой менее 10 об/мин. Контейнер может также колебаться, но в основном это не необходимо. Контейнер, по меньшей мере, частично погружен в жидкость в емкости; любая часть, не погруженная в жидкость, находится в инертной атмосфере для предотвращения самопроизвольного возгорания фосфора.
Смесь нагревают до температуры выше точки плавления фосфора, но ниже точки плавления любых твердых веществ или не выделяемых твердых веществ. Таким образом смесь должна быть нагрета до около 50°С, так как элементный фосфор плавится при 44,1°С. Нагревание преимущественно достигается размещением сетчатого контейнера в ванне горячей текучей среды. Хотя текучей средой может быть инертный газ, такой как диоксид углерода или азот, предпочтительна жидкость, такая как вода или органический растворитель, например метанол или толуол. Если плавким твердым веществом является фосфор, то в качестве жидкости предпочтительна вода, так как вода недорогой, нетоксичный материал, легкий в работе. Если использовать тяжелую жидкость, такую как насыщенный раствор соли, фосфор будет всплывать в контейнере вместо того, чтобы опускаться на дно.
Смесь можно добавлять в контейнер или порциями, или непрерывно, но непрерывное добавление и удаление плавкого твердого вещества предпочтительнее, так как обработка облегчается при большей производительности и большей экономичности. Также можно нагревать смесь в одну стадию с расплавлением плавкого твердого вещества и последующим размещением смеси в сетчатом контейнере для разделения на стадии разделения, но это не предпочтительно.
В настоящем описании "comprise" означает "включать в себя или состоять из" и "comprising" означает «включающий в себя или состоящий из".
1. Способ выделения фосфора из смеси с другими твердыми веществами с использованием сепаратора, содержащего: а) емкость для удерживания жидкости, в) контейнер, размещенный внутри емкости, и, по меньшей мере, часть которого выполнена из сетчатого материала, через который может проходить указанная текучая среда и может протекать расплавленное твердое вещество и не может проходить нерасплавленный твердый материал, а ячейки указанной сетки имеют диаметр приблизительно 0,2-0,6 см, причем контейнер, по меньшей мере, частично погружен в указанную жидкость, а любая часть контейнера, не погруженная в жидкость, находится в инертной атмосфере, и с) нагреватель для нагревания указанной жидкости выше точки плавления фосфора, причем способ включает в себя следующие этапы: d) размещение указанной смеси в указанном контейнере сепаратора и е) нагревание указанной жидкости до температуры выше 44,1°С для плавления фосфора и его вытекания через указанную сетку из указанного контейнера, при этом нерасплавленные твердые вещества не проходят через сетку.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контейнер представляет собой цилиндр.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что цилиндр имеет диаметр приблизительно 0,6-2,4 м и длину приблизительно 3,7-12 м.
4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что ячейки сетчатой части цилиндра увеличиваются или уменьшаются в направлении длины цилиндра, при этом предусмотрены многочисленные конические емкости для сбора расплавленного фосфора, вытекающего через ячейки сетчатой части.
5. Способ по пп.2-4, отличающийся тем, что он включает в себя этап вращения указанного цилиндра относительно его оси, расположенной под углом α к горизонтали, равным приблизительно 0-5°, и/или на внутренней стороне цилиндра предусмотрены винтовые лопасти для транспортирования нерасплавленного твердого материала вдоль указанного цилиндра при его вращении.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что цилиндр вращают относительно оси с частотой менее приблизительно 10 об/мин.
7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что угол α оси цилиндра можно регулировать.
8. Способ выделения фосфора из смеси с другими твердыми веществами с использованием сепаратора, содержащего: а) емкость для удерживания жидкости, в) контейнер, размещенный внутри емкости, и, по меньшей мере, часть которого выполнена из сетчатого материала, через который может проходить указанная текучая среда, и может протекать расплавленное твердое вещество и не может проходить нерасплавленный твердый материал, причем контейнер представляет собой цилиндр и, по меньшей мере, частично погружен в указанную жидкость, а любая часть контейнера, не погруженная в жидкость, находится в инертной атмосфере, и с) нагреватель для нагревания указанной жидкости выше точки плавления фосфора, причем способ включает в себя следующие этапы: d) размещение указанной смеси в указанном контейнере сепаратора и е) нагревание указанной жидкости до температуры выше 44,1°С для плавления фосфора и его вытекания через указанную сетку из указанного контейнера, при этом нерасплавленные твердые вещества не проходят через сетку и f) вращение указанного цилиндра относительно его оси, расположенной под углом α к горизонтали, равным приблизительно 0-5°, и/или на внутренней стороне цилиндра предусмотрены винтовые лопасти для транспортирования нерасплавленного твердого материала вдоль указанного цилиндра при его вращении.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что ячейки указанной сетки имеют диаметр приблизительно 0,2-0,6 см.
10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что цилиндр имеет диаметр приблизительно 0,6-2,4 м и длину приблизительно 3,7-12 м.
11. Способ по пп.8-10, отличающийся тем, что ячейки сетчатой части цилиндра увеличиваются или уменьшаются в направлении длины цилиндра, при этом предусмотрены многочисленные конические емкости для сбора расплавленного фосфора, вытекающего через ячейки сетчатой части.
12. Способ по любому пп.8-11, отличающийся тем, что цилиндр вращают относительно оси с частотой менее приблизительно 10 об/мин.
13. Способ по любому пп.8-12, отличающийся тем, что угол α оси цилиндра можно регулировать.
