На промышленных предприятиях, занимающихся производством и переработкой фосфора, образуются, отходы, содержащие до 65—70% элементного фосфора, 5—10% минеральных веществ и около 25% воды [267, 270, 272], называемые фосфорными шламами. Они представляют собой коллоидную систему, состоящую из нерастворимых частиц на основе оксидов щелочноземельных металлов, тонкодисперсного углерода и др., прочно связанных с фосфором в агрегаты (мицеллы) абсорбционными силами сцепления [267]. Обычно шламы являются вязкими неоднородными жидкостями.[ ...]
Работоспособность огневых реакторов, полнота окисления фосфора, качество получаемой фосфорной кислоты во многом зависят от температуры процесса сжигания шлама. Наиболее целесообразно процесс сжигания фосфорного шлама осуществлять с жидким шлакоудалением. По данным [359], температура жидкоплавкого состояния шлака составляет 950—1000°С. Для падежного выпуска шлака в прямоточных реакторах температура отходящих газов должна быть на уровне 1100—1150 °С. Как показал опыт работы промышленных реакторов, при жидком шлакоудаленин обеспечивается высокая полнота окисления фосфора. В реакторах, работающих с твердым шлакоудалением (вращающиеся барабанные, шахтные), при пониженных температурах наблюдается неполный выжиг фосфора из шлака, получаемая кислота окрашена отогнавшимися смолами, происходит образование настылей на стенках реактора [267]. Неполный выжиг фосфора в условиях пониженных температур процесса (ниже 1000°С) объясняется образованием метафосфорной кислоты НРОз, характеризующейся очень высокой температурой кипения (около 800°С). Кислота конденсируется на поверхности частиц шлама, что значительно затрудняет доступ кислорода к фосфору.[ ...]
По условиям получения фосфорного ангидрида Р4О10 без примесей низших оксидов минимальная температура окисления фосфора должна быть не ниже 700 СС [267]. Жидкое шлакоуда-ление обеспечивает высокую полноту окисления фосфора, надежный вывод из реактора минеральных составляющих шлама, устраняет необходимость остановки процесса для удаления настылей из реакторов — операции с затратами тяжелого физического труда.[ ...]
Во избежание самовозгорания шламы хранят под водой, поэтому они содержат до 30—50% воды. Отделение воды от шлама перед их сжиганием является трудоемкой и опасной операцией, которая может сопровождаться преждевременным самовоспламенением. Содержание воды в шламе следует по возможности ограничивать, так как от этого зависят температура процесса сжигания и возможность организации жидкого шлакоудаления. Для устойчивого горения фосфорного шлама и надежного жидкого шлакоудаления необходимо, чтобы содержание фосфора в шламе было не менее 40%. а содержание воды не превышало 60%. Имеется опыт устойчивого сжигания шлама с содержанием 41% фосфора на промышленной установке [358].[ ...]
Взаимодействие паров Р4Ою (образующихся при горении фосфора) с парами воды или с НоО при абсорбции водой — сложный и недостаточно изученный процесс. Установлено, что он протекает через ряд промежуточных стадий с образованием различных фосфорных кислот. Конечным продуктом гидратации фосфорного ангидрида является ортофосфорная кислота (или фосфорная).[ ...]
Образующийся при сжигании фосфорного шлама шлак содержит до 60—62% Р2О5 в виде различных фосфатов [357. 359]. Такие высокие концентрации Р2О5 в шлаке обусловлены взаимодействием минеральной части шлама в процессе сжигания фосфора с образующимися фосфорными кислотами и фосфорным ангидридом. Шлак нельзя использовать в качестве фосфорного удобрения ввиду малой его растворимости. Его следует добавлять в исходную шихту печей производства желто-ю фосфора.[ ...]
Производство фосфорной кислоты при огневой переработке фосфорных шламов, как и при использовании для этой цели элементного фосфора, состоит из следующих стадий: сжигание шлама; охлаждение газов; гидратация и абсорбция фосфорного ангидрида; конденсация фосфорной кислоты; улавливание туманообразной фосфорной кислоты. Все стадии технологического процесса, за исключением улавливания туманообразной кислоты, могут осуществляться в одном аппарате. В промышленности применяют много различных технологических схем установок, состоящих, как правило, из двух или трех основных аппаоатов [269].[ ...]
Продукты сгорания фосфора поступают в башню 6, где происходит охлаждение газов, образование в газовой фазе кислот, конденсация кислот и абсорбция фосфорного ангидрида 75— 80%-ной фосфорной кислотой, циркулирующей с помощью насоса 7 через башню 6, емкость 8, теплообменник 9. Охлаждение циркулирующей кислоты производится водой в поверхностном теплообменнике 9. Башня 6 имеет водяное охлаждение. Поэтому охлаждение газов происходит как за счет отвода тепла через стенки башни с охлаждающей водой, так и за счет нагрева циркулирующей фосфорной кислоты. Необходимую концентрацию циркулирующей и получаемой продуктовой кислоты можно регулировать путем добавления в циркуляционный контур воды. Степень улавливания фосфорного ангидрида в башне обычно составляет 70—75%, а остальные 25—30% Р4О10 в виде тумана фосфорной кислоты при температуре 150—170°С улавливаются в мокром электрофильтре 10 [267]. Уловленная кислота поступает в сборник 8. Электрофильтр выполняет одновременно роль санитарного аппарата. После него очищенный газ вентилятором 11 через выхлопную трубу 12 выбрасывается в атмосферу. Из сборника 8 часть кислоты по мере накопления периодически направляется на склад.[ ...]
В качестве огневых реакторов наиболее целесообразно применение реакторов циклонного типа. Они обеспечивают интенсивное сжигание фосфорного шлама с высокой полнотой окисления фосфора при невысоких значениях коэффициента расхода воздуха (се = 1,] —1,15). Малые габариты циклонных реакторов предопределяют и малые потери теплоты в окружающую среду. В сочетании с низкими значениями коэффициента расхода воздуха это позволяет осуществлять сжигание сильно обводненных шламов при повышенных температурах с жидким шлакоудале-нием, что недостижимо во вращающихся барабанных и шахтных (конических) печах. Кроме того, эти реакторы обладают повышенной сепарационной эффективностью и выдают газы с меньшей запыленностью, что облегчает их переработку.[ ...]
Утилизация теплоты продуктов сгорания элементного фосфора и фосфорных шламов является сложной проблемой. Температура металла поверхностей нагрева котлов-утилизаторов и воздухоподогревателей обычно находится в интервале от 100 до 600 °С. При этих температурах агрессивны по отношению к металлу фосфорные кислоты и пары фосфорного ангидрида. Продукты сгорания фосфора имеют высокую температуру точки росы, поэтому в котлах-утилизаторах даже при высокой температуре стенок труб происходит конденсация фосфорных кислот и электрохимическая коррозия металла. При температурах металла выше температуры точки росы (пароперегреватели и воздухоподогреватели) наблюдается газовая коррозия. Исследования коррозионной стойкости легированных сталей и сплавов в продуктах сгорания фосфора при температурах 120—600°С показали, что достаточно стойки лишь дорогостоящие и дефицитные сплавы на никелевой основе [267]. Даже высоколегированные кислотостойкие стали в контакте с фосфорными кислотами обладают достаточной стойкостью лишь при условии водяного охлаждения элементов из этой стали, т. е. при температурах металла ниже 100 °С. Утилизация теплоты продуктов сгорания фосфора станет возможна только после создания производства относительно недорогих бесшовных труб из материалов, коррозионно-стойких по отношению к фосфорным кислотам и парам фосфорного ангидрида.[ ...]
Вернуться к оглавлению