ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Сырьевые материалы, применяемые при электротермической возгонке фосфора из "Химическая электротермия" В связи с важным промышленным значением восстановления фосфатов, изучению теории этого процесса за последние 30 лет посвящено значительное число работ и в СССР, и за рубежом. В этих работах исследовались как механизм и кинетика процесса восстановления [4, 9—15], так и структурные изменения, происходящие в исходных материалах и продуктах реакции в процессе химического превращения [16—18]. [c.260] Из кривых упругости газовой фазы для различных систем в зависимости от температуры (рис. 1) видно, что наибольшая упругость газов отвечает кривой 1, соответствующей суммарной реакции (1 + 2). Это показывает, что восстановление Саз(Р04)2 идет преимущественно по этой схеме, т. е. практически именно ее нужно принимать во внимание при расчете процесса. [c.260] Температура 1550° является оптимальной для возгонки фосфора в лабораторных условиях выход фосфора г ри этом составляет 99,6%, а в твердой фазе остается до 0,7% Саз(Р04)г 0,2% СазРг 1,6% СаСг и 97,2% СаО. При температуре 1800—1840° выход фосфора снижается до 85%, а твердая фаза содержит 0,4% Саз(Р04)з 8,5% СазРг 46,8% СаСг и 20,9% СаО [9]. [c.261] В табл. 2 приведены цифры [12], характеризующие полноту возгонки фосфора в зависимости от состава шихты. [c.262] ЭТОГО соотношения следует также иметь в виду, что на плавление шлаков, вес которых превышает 60% веса шихты, затрачивается большое количество тепла и что образование в печи слишком большого количества шлаков неблагоприятно отражается на тепловом балансе и на расходе энергии на единицу продукта. Поэтому вполне понятно стремление технологов использовать шлаки фос4юрных печей. Проведенные в СССР работы [1, 5] показали, что эти шлаки могут найти самое разнообразное применение, в частности, в стекольном производстве, а при замене Si02 в шихте глиноземом могут быть использованы в качестве высококачественного цемента типа глиноземистого. [c.263] Из других реакций, идущих в печи, имеет значение возгонка фтора [3, 24] и щелочей [4, 10, 13, 21], всегда почти содержащихся в фосфоритах, а также образование фосфида железа и феррофос-фора. Последнее идет весьма энергично, так что при большом содержании в сырье солей железа фосфор в значительном количестве связывается в виде фосфида железа, что заметно снижает выход элементарного фосфора. Так, при содержании в фосфате 1,3% Fe, в феррофосфор (с содержанием около 23% Р) переходит 2,5% от общего количества фосфора в шихте [21]. Обычно процент фосфора в феррофосфоре составляет от 8 до 24%. Феррофосфор является ценным продуктом и находит применение в металлургии. [c.263] Содержание в шихте влаги и летучих приводит к образованию фосфористого водорода, что также снижает выход фосфора. Для устранения этого сырье подвергается предварительной кальцинации. [c.263] В первых электрических печах для производства фосфора был использован принцип дугового нагрева. Эти печи имели два горизонтальных электрода, между которыми зажигалась дуга. Однако дуговой нагрев оказался мало пригодным для получения фосфора из-за трудности регулирования хода процесса и загрязнения фосфора угольной пылью и кремнеземом. Вследствие этого промышленность, пройдя через промежуточную стадию применения печей с непрямым нагревом (с угольными стержневыми нагревателями), перешла вскоре к использованию мощных шахтных печей карбидного типа, сначала однофазных, а затем трехфазных. В таких печах, работающих по принципу смешанного нагрева (дуга — сопротивление), дугу применяют в начале процесса (при пуске печи) для расплавления шлака. С установлением нормального режима работы печь автоматически переходит на нагрев сопротивлением шихты. [c.265] На пеЧах небольшой мощности раньше применяли загрузку брикетированной шихты из предварительно прокальцинирован-ного, измельченного и смешанного в нужном соотношении сырья. На современных мощных печах для производства фосфора можно применять кусковую шихту, а брикетирование применяют лишь в тех случаях, когда в качестве фосфоритного сырья используются тонко раздробленные флотоконцентраты. [c.265] Печи для производства фосфора, вследствие необходимости обеспечения герметичности реакционной зоны (во избежание по- ери паров фосфора, окисления их при засосе воздуха и возможных вследствие этого взрывов), строятся как печи закрытого типа. Они работают при избыточном давлении до 15 мм вод. ст. Это обстоятельство и обусловливает конструктивные особенности фосфорных печей по сравнению, например, с карбидными печами. Сроме того, в качестве дополнительных аппаратов, предназначенных для улавливания возогнанного парообразного( юсфора Сыр-ца, печи снабжают системой конденсаторов. Конструктивной особенностью фосфорных печей является также сравнительно большая высота шахты печи, обусловленная необходимостью достаточной фильтрации печных газов от пыли, а также охлаждения их до температуры, не превышающей 300—350°. [c.265] В производстве электротермического фосфора нашли себе применение и однофазные и трехфазные печи. Последние легче, чем первые, могут быть выполнены большей мощности, которая достигает в некоторых установках 10 ООО кет, а в последнее время даже 25 ООО кет. Это обстоятельство определяет существенное снижение удельного расхода энергии, а, следовательно, и экономическую рациональность трехфазных печей. Поэтому современным типом электрической печи для электровозгонки фосфора является мощная трехфазная печь. [c.265] Однофазные печи мощностью 400—600 кет, отечественные и зарубежные, устарели, поскольку их основная характеристика —удельный расход энергии — составляет в среднем 20 квт-ч/кг, что явно неудовлетворительно по сравнению с цифрой порядка 14—16 квт-ч/кг, характеризующей удельный расход на мощных трехфазных печах. [c.266] Что касается современных мощных трехфазных фосфорных печей, то упомянутое ранее снижение расхода энергии на низ до 14000 к т-ч/т достигают. уменьшением электрических потерь в сети (в частности, путем установки трансформаторов в непосредственной близости от печи) и значительным снижением потерь фосфора в различных стадиях процесса (в шлаке, при конденсации и т. д.). Электроды применяют или угольные (блок-электроды) или самоспекающиеся. [c.266] Верхний свод печи обычно имеет вид сварной стальной конструкции и футеруется огнеупорным кирпичом. В своде расположены отверстия для электродов, снабженные сальниковыми уплотнениями загрузочные отверстия с патрубками, в которые подается шихта из герметизированных бункеров газоотводы для выхода парообразного фосфора и газов. Газоотводы на мощных печах устраивают по два на каждой из противоположных сторон печи загрузочные устройства располагают по сторонам вокруг электродов, число загрузочных устройств бывает от 4 до 7. Схема устройства сальникового уплотнения электрода приведена на рис. 4. [c.267] Подвод тока к электродам осуществляют через несколько охлаждаемых водой бронзовых контактных башмаков, прижатых к поверхности электрода. [c.267] Общая схема получения фосфора [27] изображена на рис. 6. [c.268] На рис. 7 приведен схематический чертеж установки трех-фазной печи для производства фосфора мощностью 5500/сш [28]. На этой печи, работающей на линейном напряжении, около 190 в при фазном токе 18 800 а, применены угольные блок-электроды диаметром 750 мм. [c.268] В качестве примера, характеризующего конструкцию и работу современных мощных трехфазных печей для производства фосфора, ниже приводятся опубликованные в литературе [29] данные для печи мощностью 11 ООО ква. [c.268] Схематические чертежи установки двух таких печей в разрезе и плане приведены на рис. 8 и 9. [c.268] Вернуться к основной статье