黃磷生產(chǎn)中,由于原料在輸送和混合中的碰撞摩擦,會帶人所形成的粉塵,其化學(xué)反應(yīng)中一些組分在高溫時(shí)會揮發(fā),或因操作不正常時(shí),都將產(chǎn)生一定量的粉塵。因此,從電爐中逸出的爐氣,除主要組分磷蒸氣和一氧化碳外,還有少量的PH1、H2S、N2、OO2、SiF4、P2O3、H2O等其他氣體及所夾帶的少量粉塵。一般爐氣中含磷量為270~380克/米3,含塵量約為50~150克/米3,爐氣相應(yīng)的露點(diǎn)為160~180℃(昆明地區(qū)為167.4℃)。如不經(jīng)除塵而進(jìn)入冷凝系統(tǒng),影響凝聚精制操作,使磷泥量增加,磷收率下降,對爐氣的除塵凈化處理是十分必要的。

爐氣的除塵凈化,爐氣從電爐中出來后,進(jìn)入冷凝設(shè)備之前,最好先將其中的粉塵除去,以減少磷泥量。迄今國內(nèi)外制磷工業(yè),對磷泥的處理,一直是項(xiàng)為難的問題。在國內(nèi)黃磷生產(chǎn)中,對爐氣的凈化,曾采用過箱式除塵器,是一種簡單的重力沉降設(shè)備。因體積龐大,效率較低(當(dāng)停留時(shí)間為20~60秒時(shí),除塵效率最高才達(dá)50%左右),使用中又存在保溫和排灰難等主要問題。曾設(shè)計(jì)的保溫系統(tǒng),是采用電爐尾氣CO燃燒,除塵器被直接加熱,受熱不均勻,加之溫度未考慮自動控制措施,人工操作控制常使氣溫波動很大。當(dāng)溫度低于磷蒸氣的露點(diǎn),磷會在除塵器中冷凝下來與粉塵凝聚在一起,在長期保溫下,會使黃磷轉(zhuǎn)化為赤磷。因粉塵又細(xì)又輕,收塵和排灰有較大困難。當(dāng)原料干燥不好時(shí),爐氣中還有磷酸霧生成,混雜于粉塵中,使粉塵發(fā)粘不易流動。原設(shè)計(jì)的人工拖扒排灰裝置,操作時(shí)勞動條件很惡劣,不便操作維修。所以未獲推廠應(yīng)用。結(jié)合我國中小型黃磷生產(chǎn)的特點(diǎn),多是塊礦入爐,石墨電極輸電,只須在設(shè)計(jì)中適當(dāng)考慮加高電爐內(nèi)高,使一部分粉塵在爐內(nèi)生料層中濾去,就相對地降低了爐氣中的含塵量。所以,在國內(nèi)中小型磷爐生產(chǎn)中,都沒有采用除塵凈化裝置。至于今后是否可采用電除塵器,有待其生產(chǎn)發(fā)展來定。

國外多數(shù)大中型制磷廠,都采用電除塵器凈化爐氣,電除塵器的基本結(jié)構(gòu)與冶金、化工、建材等工業(yè)中所用的大致相同,管式、板式及些其他新型的電除塵器都有采用。但因制磷工業(yè)的特點(diǎn),對所采用的電除塵器有一些特殊的要求:為防止?fàn)t氣中磷蒸氣的冷凝,整個(gè)除塵器必須保溫在250~300℃,否則產(chǎn)生的后果比箱式除塵器更為嚴(yán)重。保溫方式一種是電爐尾氣CO燃燒的煙氣,在電除塵器夾套內(nèi)循環(huán)保溫;另一種是電熱絲保溫。前者價(jià)格低廉,但溫度波動較大,后者控制穩(wěn)定,但耗電較多。制磷系統(tǒng)的設(shè)備,一般均要保持微正壓操作,對電除塵器頂部的高壓電暈極進(jìn)線,既要保持高電壓的絕緣,又要能振動以除積灰,還得防止?fàn)t氣逸出和空氣漏進(jìn)。為此,常用鐘形罩加油封或用石英砂封加上惰性氣體氣封。由于爐氣中不可避免地有少量的磷隨粉塵一起被分離下來,就增加了排灰的困難故要求電除塵器的排灰裝置,既要將收集的粉塵順利地排出,又要避免爐氣逸出和空氣漏進(jìn),對排灰裝置的氣密一定要完善。

磷蒸氣的冷凝:將爐氣冷卻至低于磷的露點(diǎn)溫度,磷蒸氣由氣相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?經(jīng)磷的微小液滴不斷長大凝結(jié)而沉降下來。這是個(gè)有傳熱和傳質(zhì)的傳遞過程。當(dāng)爐氣中的磷蒸氣低于露點(diǎn)溫度時(shí),氣相中的磷不斷凝聚變?yōu)橐旱?而細(xì)的液滴長大到一定的粒度后,即可被收集下來。液滴的長大,一是氣相中磷的繼續(xù)凝聚粘結(jié),是液滴互相碰撞合并。不論那種長大過程,都需要有一定的時(shí)間,經(jīng)試驗(yàn)證實(shí),水蒸氣的存在對磷的冷凝影響不大,只要停留時(shí)間達(dá)1分鐘以上,冷凝率就可達(dá)95%左右。

值得注意的是,在冷凝過程中,液相由于過飽和度的提高,晶種的生成速度就迅速增加,導(dǎo)致生成微小霧滴而不易沉降下來,被氣流帶走,造成磷的損失。生產(chǎn)中為避免這種現(xiàn)象發(fā)生,總是使過飽和度適當(dāng)?shù)爻^臨界數(shù)值。其措施是裝置由3~4個(gè)冷凝容器組成的冷凝器組來實(shí)現(xiàn)。液體微粒的長大和沉降,是冷凝過程中的控制階段,為了將絕大部分的磷從爐氣中分離下來,必須在氣流速度很小的情況下進(jìn)行。

我國黃磷生產(chǎn)中,磷的冷凝都是采用三個(gè)串聯(lián)的空塔、塔內(nèi)氣流速度一般為0.1~0.2米/秒,停留時(shí)間為100秒左右、尾氣溫度只要控制在35℃以下,出冷凝塔的氣體含磷量不超過1克/米3,磷的冷凝效率可達(dá)9%以上。冷凝塔中噴水或不噴水,對磷的冷凝率影響不大,這與國外的試驗(yàn)結(jié)果基本相符。若采用噴水的濕式冷凝,其尾氣中的含塵量和氟硅酸含量降低,對尾氣作燃料或進(jìn)一步凈化利用是有利的。至于國外部分廠采用的間壁干式冷凝器冷凝磷蒸氣,其優(yōu)點(diǎn)是生成的磷泥量較少,含磷污水量也減少。缺點(diǎn)是設(shè)備投資高,操作中容易堵塞,國內(nèi)沒采用。冷凝塔可采用鑄鐵制造,雖能解決設(shè)備腐蝕問題,但一次性投資較高;若使用鋼板焊制,內(nèi)壁須進(jìn)行防腐蝕處理,一般是涂生漆或酚醛樹脂。

噴淋水多采用循環(huán)封閉式,既可節(jié)約用水量,又便于污水的處理。在循環(huán)過程中,循環(huán)水的腐蝕性會逐漸增強(qiáng),為避免生成氟硅酸或它的堿式鹽類,必須隨時(shí)添加一定量的新鮮水和排放相應(yīng)量的循環(huán)水,使循環(huán)水的pH值在5~9之間。三個(gè)冷凝塔置于受磷槽之上,冷凝的液態(tài)磷沉降于受磷槽中。受磷槽用鋼板焊制,并采用蒸汽夾套保溫,也可為混凝土地下貯槽,需視收磷系統(tǒng)的設(shè)備布置而定。鋼板焊接夾套保溫的受磷槽,適用于冷凝塔高位布置,收得的磷借位差放入精制設(shè)備中精制,其投資費(fèi)用略高。混凝土地下收磷槽,適用于冷凝塔布置標(biāo)高較低,磷需要液下泵進(jìn)行輸送,操作費(fèi)用略高,特別適用于大型制磷電爐。由3塔出來的尾氣,其中大部分為CO最高可達(dá)90%,經(jīng)總水封排出分別利用或放空。

粗磷的精制回收:未經(jīng)除塵的爐氣,在冷凝塔中冷凝收集的磷,均含有一定量的雜質(zhì),這部分收集的磷通常稱作粗磷。為制得符合商品標(biāo)準(zhǔn)(磷的純度達(dá)99.9%)的成品磷,粗磷必須進(jìn)一步精制提純。一般的精制是間隙操作,利用位差從受磷槽把粗磷放入精制槽中,用直接蒸汽加熱粗磷,并同時(shí)加水使其攪拌均勻。開始蒸汽量可適當(dāng)大些,隨著加熱時(shí)間延長,蒸汽量可慢慢減少,使粗磷中的雜質(zhì)和磷形成的膠狀結(jié)構(gòu)被破壞而導(dǎo)致雜質(zhì)浮出。當(dāng)槽內(nèi)開始有微黃色煙霧冒出時(shí),表示加熱即可停止。然后用蒸汽夾套控制槽內(nèi)熱水溫度60~80℃靜置保溫,磷和雜質(zhì)借比重不同而自然分層,因磷的比重大而沉在下層底部得以分離,上層雜質(zhì)就是通常所說的磷泥。磷與雜質(zhì)分離的好壞,與靜置沉降分層的時(shí)間有很大關(guān)系。一般說時(shí)間長些比較好,但無限的延長也是不現(xiàn)實(shí)的,最多精制時(shí)間可長達(dá)24小時(shí)。將精制好的磷與磷泥,分別從精制槽放出,即達(dá)精制目的。精制槽為兩個(gè),交替使用,通常精制周期為24小時(shí)一次。成品磷再用膠皮管放入有水的桶成型,每桶20公斤.待充分冷凝后,即可包裝