泥磷是黃磷生產中的主要副產物之一，隨著每年磷化工產量的增加，其存放產生的環(huán)境污染日趨嚴重；每生產一噸黃磷產生0.1—0.15噸磷泥[1]，含磷量一般在2O一7O%之間。若不采取有效回收措施，將造成資源的浪費。蒸磷法是國內泥磷提取黃磷的主要研究方法之一，但存在蒸餾釜壽命短，污染嚴重，磷回收率低。如何解決這些問題成為泥磷中溫提取黃磷技術的關鍵所在。本項目是云南省重點攻關項目課題“中溫泥磷處理技術”的后續(xù)研究，重點是解決前期實驗中存在的問題，對設備進行改進設計，為技術的工業(yè)化打下堅實的基礎。

1　中溫泥磷提取方法

泥磷中主要含有水、磷、砷和其他雜質。其中，水的沸點（一個標準大氣壓下100℃），為易揮發(fā)組分；磷的沸點較高（一個標準大氣壓下 280℃），為難揮發(fā)組分；砷的沸點最高（一個標準大氣壓下460℃），為最難揮發(fā)組分。在中溫條件下（280～330℃）利用泥磷中的水分、磷、砷以及雜質之間的揮發(fā)度不同來實現(xiàn)三者的分離。在給泥磷加熱時，由于水的沸點比黃磷的低，即其揮發(fā)度比黃磷要高，故水比黃磷先于從液相中氣化出來；而當水蒸發(fā)完全后，剩下的物質中黃磷的沸點又比其它雜質的沸點要低，所以黃磷可以比其它的組份容易揮發(fā)。若將磷蒸汽冷凝，即可得到成品黃磷，從而達到黃磷從泥磷分離出來的目的。

1.1  連續(xù)蒸磷法

其操作步驟是：將泥磷通過螺旋加料器加入到帶式螺旋蒸磷器中（帶式螺旋蒸磷器置于燃燒室中）控制管壁溫度在450～550ºC范圍內，泥磷在帶式螺旋蒸磷器中連續(xù)攪拌移動并蒸出磷，磷蒸氣由導氣管進入箱式除塵器，除去粉塵后，進入兩個串聯(lián)的冷凝塔，塔頂用水噴淋，凝聚的液態(tài)磷收集在受磷槽內。少量尾氣經水封后放空，殘渣由帶式螺旋蒸磷器的排渣口排出，殘渣幾乎不含元素磷，有效P2O5含量在12％左右，可作為肥料用。采用連續(xù)蒸磷法，磷的回收率可達80％左右[2]。

蒸磷法具有操作簡單的優(yōu)點，但是存在蒸磷釜壽命短、環(huán)境污染嚴重、磷的回收率比較低、經濟效益低的缺點。

1.2  前期實驗

前期實驗的裝置由安正陽、朱浩東完成，裝置主要由蒸餾鍋(即料倉) 、加熱裝置、冷凝器和受磷槽組成(見圖1)，冷凝裝置冷凝的黃磷通過重力作用進入一次受磷槽，少量黃磷進入二次受磷槽內[3]。

1.蒸餾鍋(即料倉) ；2.法蘭；3.升氣管；4.溫度計；5.球形冷凝氣；6.溫度計及壓力計插口；7.一次冷凝裝置；8.二次冷凝管；9.二次受磷槽；10.一次出磷口；11.一次儲磷內管

圖 1  前期中溫提取泥磷裝置示意圖

1.2.1  前期實驗結果

（１）生產出來的成品黃磷純度為99.94%，其中的砷含量為95.8ppm。

（２）運用此工藝方法可以提取泥磷中90.3%的黃磷，泥磷殘渣中約9.66%的黃磷，含砷量一般為13.66 ppm。

此實驗裝置在中溫條件下可以提煉出泥磷中90%的黃磷；提煉過程中，解決了黃磷回流的問題；具有一定的脫砷能力。

1.2.2  前期試驗存在的不足

整套裝置是固定連接加料與出渣需裝置完全冷卻才可以裝卸，料倉設為法蘭連接固定，法蘭盤比較笨重，操作時間長，這個過程中浪費了大量的時間、能耗大；整個提取過程從開始加熱至加熱結束需要8h以上。能耗浪費高；由于整個蒸餾裝置固定不動，泥磷不能夠翻料，工作時泥磷容易出現(xiàn)塌縮，蒸磷不透。難應用于工業(yè)化生產。

2　改進實驗新方法

結合目前泥磷中溫提取黃磷處理方法存在的問題，提出實驗裝置的改進方法。實驗裝置見圖2。

1.進料倉；2.閥門；3.進料旋轉接頭；4.連接法蘭；5.傳動齒輪；6.滾筒加熱釜；7.滾輪；8.墊圈槽；9.出渣旋轉接頭；10.儲磷罐；11.儲渣倉

圖 2  實驗裝置示意圖

設計采用端面密封，保正動態(tài)裝置的氣密性。主要由壓力彈簧圈、密封蓋石墨環(huán)、卡圈組成，保證旋轉密封效果。采用動態(tài)連續(xù)進料裝置，由閥門連接金屬軟管控制進料，解決裝置要冷卻時間后才能進料，需要重新拆卸進料，操作復雜的問題；設計采用的電機齒輪傳動，使加熱釜在滾動狀態(tài)下加熱，使泥磷受熱均勻，解決泥磷塌縮，燒不透的問題。

實驗操作

實驗采用液化氣底火加熱，取泥磷2kg進行實驗，每0.5h記錄一次蒸餾釜的溫度、壓力。0-0.5h，溫度緩慢升高，壓力變大，儲磷槽中氣泡增多；0.5h后溫度變化不大，壓力不變，儲磷槽中氣泡逐漸減少，原因是揮發(fā)出來的水蒸氣逐漸減少，此時U形管內出現(xiàn)第一次負壓；1.5h以后，負壓降低，此時控制加熱溫度，觀察儲磷槽，發(fā)現(xiàn)有大顆黃磷液滴滴出；保持穩(wěn)定加熱，4h時出現(xiàn)第二次負壓，原因是黃磷蒸發(fā)完畢；停止加熱，裝置冷卻。

對本實驗裝置處理后的磷渣和成品黃磷的進行化驗，得出如下結果：

（１）回收黃磷時間為3.5h~5h；泥磷殘渣中仍含有6%~10.5%左右的黃磷，含砷量一般為3.2~18.5 ppm，多次重復實驗所得的泥磷渣化驗結果見表1。

（２）生產出來的成品黃磷純度為99.94%，其中的砷含量為95.8ppm，見表1所示，黃磷等級達到優(yōu)等。

實驗相對于前期的固定裝置，采用了齒輪傳動動態(tài)裝置，解決了前期實驗中泥磷燒不透及塌縮現(xiàn)象，相對前期實驗裝置冷卻時間長的問題（8小時以上），本裝置縮短黃磷提取過程所需的時間（5-6小時）。

采用的是動態(tài)傳動裝置，液化石油氣加熱，保證加熱釜傳熱均勻，磷回收率有所上升（見表2）。溫度應控制在300℃左右，防止升溫過快，400℃以上時會生成赤磷。

裝置操作及穩(wěn)定性需要進一步改進（主要為出渣設備部分），以便后續(xù)的擴大實驗及工業(yè)化生產。

3　結語

本實驗處理的泥磷中黃磷含量為70%，泥磷中黃磷含量一般為50-80% 。中溫提取法處理的不同濃度泥磷最佳范圍需要進一步的實驗證明。

動態(tài)裝置主要要處理相關接頭的密封性，需要不斷的對彈簧壓力圈進行調試，以達到中溫密封的要求。

云南作為主要的世界磷產品出口地，隨著產量的增長和礦石品位的降低。泥磷的產生量將增長，因此，處理好泥磷，提高泥磷中的磷利用率不僅改善了環(huán)境，同時也提高了資源利用率，帶來經濟效益。將促進云南磷化工的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1]武漢化工原料廠.黃磷“三廢”綜合利用[J].資源節(jié)約和綜合利用1989,3(1):28-31.

[2]陜西省化學肥料工業(yè)研究所編.磷肥工業(yè)三廢治理[M].北京:化學工業(yè)出版社出版,1979.

[3]朱浩東,江映翔,何冬梅,安正陽.中溫蒸餾法處理泥磷提取黃磷的研究[J].應用化工,2007,36(2):197-198.

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