當前，我國大多數(shù)黃磷企業(yè)因采用能耗高、污染大的電爐法生產(chǎn)黃磷而度日艱難。如何才能徹底改變這種現(xiàn)狀，使黃磷行業(yè)在生產(chǎn)上節(jié)能減排，在資源利用上充分合理，進一步降低生產(chǎn)成本，這是黃磷行業(yè)苦苦追求的目標。云南省昆明隆青化工有限公司經(jīng)過長期探索開發(fā)的窯法黃磷技術(shù)，為黃磷企業(yè)擺脫困境帶來了希望。從該技術(shù)目前的中試結(jié)果來看，窯法黃磷在可行性、經(jīng)濟效益和能耗上都是值得關(guān)注的一項新技術(shù)。
我國中低品位磷礦石儲量巨大，因其含大量雜質(zhì)，采用常規(guī)二水工藝難以獲得優(yōu)質(zhì)磷酸。近年來我國磷化工產(chǎn)業(yè)得到長足發(fā)展，但無論是以濕法工藝生產(chǎn)磷酸及高濃度復(fù)肥，還是以熱法工藝生產(chǎn)黃磷及深加工產(chǎn)品，都需要大量高品位磷礦石，這不符合我國磷礦資源的現(xiàn)實情況，磷礦資源的貧化對磷化工的發(fā)展形成嚴重制約。因此，無論從磷礦石利用，還是經(jīng)濟效益分析，開發(fā)黃磷和磷酸生產(chǎn)新技術(shù)、新工藝，都是我國磷化工產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的迫切需求。
針對磷礦資源現(xiàn)狀，目前國內(nèi)外研究試驗較多的是窯法技術(shù)。無論是窯法黃磷還是窯法磷酸，其共同點是不用電、不用硫，以中低品位磷礦石為原料，最終產(chǎn)品是黃磷或高品質(zhì)磷酸。
其實早在上世紀80年代中后期，我國科研人員就開始對窯法磷酸技術(shù)進行深入研究，提出了回轉(zhuǎn)窯和隧道窯兩種不同的窯法磷酸生產(chǎn)路線。回轉(zhuǎn)窯窯法磷酸技術(shù)是1988年原冶金部長沙礦冶研究院提出來的，他們將用于冶金工業(yè)的冷固球團和直接還原回轉(zhuǎn)窯技術(shù)與磷礦資源特點相結(jié)合，提出了一條新的磷酸制備工藝路線——CDK窯法磷酸新工藝。該工藝大大降低了對反應(yīng)器的傳質(zhì)要求，僅需保證還原溫度，并保證球團外部為中性或還原性氣氛，磷的還原就可在任何簡單反應(yīng)器內(nèi)完成。隧道窯法磷酸技術(shù)將磷礦還原反應(yīng)器改用隧道窯，煅燒溫度在1280℃～1300℃，該工藝磷的還原率達88%以上。
這兩種窯法技術(shù)其基本原理都是用隧道窯或回轉(zhuǎn)窯作為還原反應(yīng)器，從磷礦石直接生產(chǎn)磷酸。其在工藝技術(shù)上均存在磷損耗大、成本高等問題。
針對這兩種窯法磷酸技術(shù)的缺點，隆青化工在總結(jié)前人經(jīng)驗基礎(chǔ)上，提出一個新的工藝技術(shù)過程：即把窯法磷酸分兩步實施，首先用窯法制取黃磷，得到窯法黃磷后再用傳統(tǒng)的熱法工藝制取磷酸，這一過程的關(guān)鍵是窯法黃磷。
經(jīng)過長期探索，隆青化工聯(lián)合其他單位共同開發(fā)出窯法黃磷新技術(shù)。所謂窯法黃磷就是借助冶金工業(yè)中煉鋅的豎罐作為還原器，模擬煉鋅的方法生產(chǎn)黃磷。幾十年煉鋅的生產(chǎn)實踐說明，這一工藝安全、可靠、穩(wěn)定。
該技術(shù)首先把配制好的爐料（磷礦石、硅石、焦炭、粘結(jié)劑）做成球團，烘干后置于豎罐內(nèi)，以煤氣為燃料采取隔焰加熱方式對豎罐內(nèi)物料加熱、升溫，在高溫條件下，礦石中的磷被還原成元素磷，把磷蒸氣引出豎罐外，除塵后在收磷塔里經(jīng)兩段噴淋降溫，得到粗磷，再進一步精制后得到黃磷。
2007年，隆青化工開始進行窯法黃磷實驗室試驗，他們利用高溫爐作為試驗設(shè)備，得到窯法黃磷的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，2008～2010年，隆青化工又開展了規(guī)模為150噸/年的中試，分別從工藝、原料、能耗、尾氣利用等方面驗證窯法技術(shù)的工藝可行性。
在工藝上，窯法黃磷將冶金工業(yè)中的豎罐代替電爐用于生產(chǎn)黃磷，豎罐密封性好，可以形成良好的還原環(huán)境。同時以煤氣為燃料的隔焰加熱方式也可以達到還原磷的目的，以煤代電以后使黃磷成本大幅下降。
在原料選擇上，窯法黃磷是以P2O5含量為18%的磷礦石為原料，還原率95%，總磷收率80%以上，經(jīng)過簡單處理后，黃磷含量可達99.96%，達到優(yōu)質(zhì)品質(zhì)量要求。
在能耗上，窯法黃磷采用礦化劑顯著降低了能耗。由于使用礦化劑，黃磷還原溫度大幅降低。根據(jù)礦化劑的品種和用量的不同，黃磷還原溫度可控制在1089℃~1176℃，電爐還原溫度在1350℃~1450℃，黃磷還原溫度降幅在200℃以上，節(jié)能效果明顯。
在尾氣利用上，窯法黃磷將生產(chǎn)中產(chǎn)生的黃磷尾氣經(jīng)過凈化、壓縮以后，全部與煤氣混合，用作豎罐加熱升溫燃料還原黃磷，為節(jié)能發(fā)揮出巨大作用，這是電法黃磷技術(shù)無法做到的。
窯法黃磷在技術(shù)上的這些優(yōu)勢恰恰是制約電法黃磷發(fā)展的內(nèi)在因素。此外，窯法黃磷在成本也很具優(yōu)勢。經(jīng)過以豎罐代電爐、以煤代電、開發(fā)利用礦化劑、充分回收利用黃磷尾氣等重大技術(shù)改造，窯法黃磷的成本僅僅是電法黃磷成本的58%~67%。
目前，隆青化工開發(fā)的窯法黃磷技術(shù)已經(jīng)通過中試，并獲得發(fā)明專利權(quán)，完成了主要設(shè)備開發(fā)，積累了大量的實驗數(shù)據(jù)，并在中試過程培養(yǎng)了一批技術(shù)人才，這些都為窯法黃磷下一步的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
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