孫志立

（貴州源翼礦業(yè)集團(tuán)有限公司，貴州 甕安 550405）

0 引 言

電熱法制磷選用的炭質(zhì)還原劑有煤炭和焦炭?jī)煞N，由于使用不同種類(lèi)的煤炭、焦炭還原劑，使生產(chǎn)過(guò)程差別很大，相同條件下，科學(xué)合理地選擇還原劑能決定爐況反應(yīng)好壞，進(jìn)而影響生產(chǎn)效益、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)高低［1］.

電熱法黃磷生產(chǎn)最關(guān)鍵的問(wèn)題是爐內(nèi)必須形成最佳的電爐熔池，而形成最佳電爐熔池的前提條件是有好的熔池電阻，而影響熔池電阻的主要因素就是炭質(zhì)還原劑的質(zhì)量，爐內(nèi)的電阻變化將左右最佳電爐熔池的形成.因此，計(jì)算磷酸鹽還原率及其組分需要的焦炭時(shí)不能僅考慮用量還需綜合考慮特殊情況和配料問(wèn)題.

生產(chǎn)黃磷的兩種炭質(zhì)還原劑主要成分是元素碳.煤炭中氧與氫元素的含量與炭化程度成反比，炭化程度越高，則氧與氫元素的含量越少，煤炭中的其它元素含量比氧與氫要少得多，幾種主要的煤炭和焦炭的元素組成見(jiàn)表1.

1 無(wú)煙煤、焦炭還原劑對(duì)生產(chǎn)的影響

無(wú)煙煤、焦炭還原劑在黃磷生產(chǎn)中的作用一是磷酸鹽中P2O5的還原劑，二是爐內(nèi)物料、電流回路中的導(dǎo)熱和導(dǎo)電體［1］.

無(wú)煙煤、焦炭還原劑在黃磷生產(chǎn)中進(jìn)入爐內(nèi)兩大程度的發(fā)揮主要取決于經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可行性?xún)身?xiàng).經(jīng)濟(jì)可行性由噸磷能源消耗指標(biāo)及市場(chǎng)動(dòng)態(tài)價(jià)格和綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)兩個(gè)方面評(píng)定；技術(shù)可行性由磷酸鹽還原率及電流回路中的導(dǎo)熱、導(dǎo)電體發(fā)揮程度評(píng)定.

表1 幾種主要煤炭與焦炭的元素組成 w／%Table 1 Main element composition of some coal and coke

1.1 無(wú)煙煤

無(wú)煙煤即煤化程度高的煤，燃燒時(shí)多不冒煙，因而稱(chēng)無(wú)煙煤；又因密度大、燃點(diǎn)高、揮發(fā)份不足10%，無(wú)粘結(jié)性，燃燒后的灰分完全呈白色，故又稱(chēng)白煤.白煤屬于強(qiáng)石墨化類(lèi)，因而化學(xué)反應(yīng)活性比焦炭差，反應(yīng)速度相對(duì)較慢，但它具有堅(jiān)硬、光澤強(qiáng)、比電阻較焦炭高等特點(diǎn)，可以制備具有較高電阻的爐料，從而可以在制磷電爐上采用較高的二次電壓，為白煤代替焦炭入爐提供了可能性.

然而，由于白煤的成因和產(chǎn)地的不同，它的種類(lèi)很多，并不是所有的白煤都適合黃磷生產(chǎn).貴州的白煤用于黃磷生產(chǎn)有成功的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)氐陌酌罕冉固勘阋撕芏?而山西的白煤就不行，特別是焦丁中兌了煤丁用于黃磷生產(chǎn)更糟糕.且不說(shuō)白煤活性差，更關(guān)鍵的是白煤高溫下與常溫下有相差太大的電阻率.白煤200℃以下時(shí)的電阻率大于4 000Ω·cm，溫度升到1 000℃時(shí)比電阻直線下降，至1 200℃～1 400℃時(shí)，電阻率不足1.6 Ω·cm左右.而冶金焦的電阻率在溫度變化很大時(shí)卻相差不大，常溫下為2.36～9.89Ω·cm，1 400℃左右時(shí)約為0.63cm左右［1］.這就是冶金焦優(yōu)于白煤的主要原因.鑒于以上特性，白煤替代焦炭用于黃磷生產(chǎn)必須注意以下幾點(diǎn)：

①必須認(rèn)真了解白煤的產(chǎn)地和物化特性，小規(guī)模試用成功后再大面積用于黃磷生產(chǎn).②入爐的白煤粒度以4～16mm較為合適，太大太小都會(huì)影響反應(yīng)活性及熔池電阻.③按理論需量配白煤，過(guò)量系數(shù)取低限，Mk值取高限，盡量不讓白煤在爐內(nèi)累積.④10 000t／a以上的多電極制磷電爐和大型制磷電爐不宜使用白煤作為炭質(zhì)還原劑.

1.2 焦炭

焦炭的種類(lèi)有機(jī)焦、土焦、石油焦、瀝青焦等.機(jī)焦是大工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，質(zhì)量、物化性能較好，是鋼鐵、鑄造和鐵合金等行業(yè)的主要原料，故又稱(chēng)為冶金焦.土焦是獨(dú)家獨(dú)戶(hù)小型煉焦?fàn)t的產(chǎn)品，質(zhì)量波動(dòng)大，環(huán)境污染大，現(xiàn)在大部分已被取締.石油焦、瀝青焦是煉油廠、焦化廠的副產(chǎn)品，是生產(chǎn)石墨電極等炭素材料不可缺少的主要原料.

用于電熱法制磷的焦炭質(zhì)量要求：固定碳＞80%；揮發(fā)份0.5%～2%；灰分＜15%.

實(shí)際生產(chǎn)中各廠選用焦炭的質(zhì)量各有不同，必須從熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、反應(yīng)活性、電阻率、固定碳等方面綜合考慮.只有認(rèn)真選擇、嚴(yán)格炭質(zhì)還原劑的質(zhì)量，才能使?fàn)t內(nèi)電阻、電流、熱量分布均勻合適，形成工藝條件最優(yōu)惠，達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低消耗、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn).這是電熱法制磷的一項(xiàng)重要生產(chǎn)技術(shù)管理工作.

1.3 炭質(zhì)還原劑用量對(duì)還原速度、化料量、電耗的影響

炭質(zhì)還原劑用量對(duì)磷酸鹽還原率影響見(jiàn)表2.由表2可見(jiàn)，磷酸鹽的還原率開(kāi)始隨焦炭用量增加而增加，但用量110%后，還原率反而下降.

炭質(zhì)還原劑用量少，渣中P2O5升高、還原率下降、電極消耗上升，倘若爐料缺焦，加快爐襯腐蝕，電極和爐襯中的炭磚與熔融的磷酸鹽發(fā)生化學(xué)腐蝕反應(yīng)，電爐使用壽命縮短［2］.

表2 炭質(zhì)還原劑用量對(duì)磷酸鹽還原率影響Table 2 Influence of carbonaceous reductants dosage on phosphate raductiont rate

還原劑用量過(guò)大，電極位置上抬，反應(yīng)熔池縮小，增加爐料導(dǎo)電能力，爐渣、爐壁、爐底溫度下降，出渣不暢、導(dǎo)致?tīng)t氣過(guò)濾層減薄，含塵、泥磷量增多，使?fàn)t內(nèi)開(kāi)辟一條導(dǎo)電性高的電流回路通道，干擾磷鐵、爐渣的流動(dòng)性和排放，以致電極位置升高而易噴火.

僅以指標(biāo)控制觀點(diǎn)考慮，爐渣殘磷越低越好，因?yàn)閲嵙赘碑a(chǎn)的渣量一般在8～10t（渣量與噸磷入爐料總量有關(guān)），渣中殘磷低、磷損失小，磷收率提高.然而，生產(chǎn)實(shí)踐表明，渣中殘磷不但與磷收率有關(guān)，還與產(chǎn)量、電耗及化料量（即入爐料總量，下同）關(guān)系密切.圖1為爐渣含磷量與化料量的關(guān)系曲線圖.

圖1 爐渣含磷量與化料量的關(guān)系曲線圖Fig.1 The curve of phosphorus content in slag and material amount

由圖1看到，隨爐渣殘磷量的增加，化料量也相應(yīng)急劇增加，當(dāng)該值超過(guò)1%時(shí)，化料量增加不再明顯.這是因?yàn)橐刂频偷脑袣埩?，焦炭配入量就得增加，結(jié)果和上面介紹的焦炭用量過(guò)多的情況相類(lèi)似.同時(shí)，焦比控制過(guò)高，會(huì)促使副反應(yīng)的發(fā)生，均要消耗電能和損失磷，從而增加電耗，降低了電爐的熱效率［1］.

圖2為爐渣含磷量對(duì)電耗的影響，從圖2可看出，爐渣含磷量控制越低，噸磷電耗越高，生產(chǎn)實(shí)踐證明，渣中P2O5控制1%～2.5%為佳.

圖2 爐渣含磷量對(duì)電耗的影響Fig.2 Effect phosphorus slag on power consumption

焦炭的用量的控制和調(diào)整在配料時(shí)必須確定一個(gè)合適的焦炭過(guò)量系數(shù)；使用品質(zhì)稍低的磷礦時(shí)過(guò)量系數(shù)選擇3%～5%，使用高品質(zhì)磷礦、固定碳80%以上的冶金焦丁時(shí)，不需考慮過(guò)量系數(shù)，還可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的爐況作必要的調(diào)整，在理論計(jì)算值上減少1～2個(gè)百分點(diǎn)更好操作控制，特別是制磷電爐在100%負(fù)荷以上運(yùn)行更是如此.

1.4 粒度的確定

入爐原料中，磷礦和硅石都比較容易熔化，爐內(nèi)是一個(gè)液固相的磷酸鹽與固體焦炭化學(xué)還原反應(yīng)的反應(yīng)過(guò)程，由于反應(yīng)物之一焦炭是固相，兩相間接觸面積的多少成了促進(jìn)、影響反應(yīng)速度的重要因素［3－6］.

焦炭粒度小，兩相間液固接觸面積大，有利于化學(xué)還原反應(yīng)速度加快；粒度過(guò)大，化學(xué)還原反應(yīng)不易完成，接觸面積減小，增加爐內(nèi)電流回路的導(dǎo)電能力，使?fàn)t內(nèi)電阻減小，電極電流增大，未反應(yīng)完的焦炭在爐內(nèi)形成富集聚區(qū)［3］.

小于3mm粒度容易形成結(jié)拱塌料，粉料多影響爐料的透氣性，由于焦炭的密度僅為磷礦的33%～50%，焦炭粒度過(guò)小過(guò)大，對(duì)爐料均勻混合影響很大，易發(fā)生離析現(xiàn)象，使?fàn)t內(nèi)焦炭交替出現(xiàn)過(guò)剩和不足，焦炭粒度通常要求在3～16mm，大于20mm、小于3mm的不超過(guò)5%（質(zhì)量計(jì)）［4］.

焦炭粒度的大小還影響電阻率，電極電壓、電流大小影響電爐功率，磷爐采用的生產(chǎn)工藝是大電流、低電壓［6］，而電流波動(dòng)遠(yuǎn)比電壓波動(dòng)對(duì)電功率的影響大，操作中采用升降電極來(lái)控制磷爐負(fù)荷，這就需要爐內(nèi)有足夠大的熔料比電阻.焦炭粒度在15mm時(shí)爐料電阻最大，這是因?yàn)樘抠|(zhì)還原劑的電阻率是其自身電阻率和顆粒間的接觸電阻率的總和.這就是為什么規(guī)定黃磷生產(chǎn)用焦炭粒度為3～16mm的理論依據(jù).

1.5 還原劑中的灰分

這里指的灰分是焦炭燃燒后的殘留物，土焦灰分可高達(dá)40%以上，灰分越高，焦炭質(zhì)量越差.表3是不同焦炭還原劑中灰分的組分對(duì)比分析情況.

表3 不同焦炭還原劑灰分中的化學(xué)組分對(duì)比表Table 3 Comparison of chemical composition in different coke reductant w／%

從表3看，土焦灰分中Fe2O3占30.95%，F(xiàn)e2O3在爐內(nèi)要被還原生成磷鐵，多耗費(fèi)焦炭，使磷收率下降、電耗上升.因此，在選用入爐炭質(zhì)還原劑時(shí)，不能僅從表面看到土焦價(jià)格比冶金焦便宜，必須認(rèn)真總結(jié)分析土焦由于雜質(zhì)含量高，質(zhì)量不穩(wěn)定對(duì)黃磷生產(chǎn)帶來(lái)的弊端［3］.計(jì)算原料最終的使用成本是企業(yè)管理者指導(dǎo)生產(chǎn)的重要手段之一，對(duì)那些固定碳低、硫揮發(fā)份高，灰分中Fe2O3含量高、水份、粒度超標(biāo)的焦炭不宜入爐生產(chǎn)［4］.

2 炭質(zhì)還原劑的物化性質(zhì)

自然界里，碳有三種同素異形體：金剛石、石墨及無(wú)定形碳（以煤、石油產(chǎn)品及其它有機(jī)化合物制取的碳素材料在石墨化前大都是無(wú)定形碳）.金剛石和石墨是結(jié)晶形體，無(wú)定形碳是非結(jié)晶形體.其中石墨最穩(wěn)定，導(dǎo)電性能也最好.

2.1 碳的石墨化性能

石墨所有的碳原子層相互平行，碳原子處于六角形結(jié)構(gòu)的角上，尤于排列有序，故電阻小、電子易通過(guò)，碳原子排列無(wú)序的無(wú)定形碳，電子難于通過(guò)其中，所以電阻率大.焦炭的性質(zhì)介于無(wú)定形碳和石墨之間.

石墨化起始溫度為1 600℃～2 500℃，不用擔(dān)心磷爐內(nèi)會(huì)產(chǎn)生石墨化，石墨化類(lèi)炭素材料主要有焦化性煤煉制的焦炭、瀝青焦及石油焦，是用含氫高、在熱分解開(kāi)始階段就軟化的低氧物質(zhì)煉成的；非石墨化類(lèi)的焦炭有褐煤焦、木炭，是用含氧高及熱分解開(kāi)始階段不軟化的物質(zhì)煉成的.所以在用還原劑時(shí)，只需考慮自身的石墨化程度影響.

石墨化性能越好的炭素材料，電阻和比表面越小、化學(xué)活性則越差.按此規(guī)律，無(wú)煙煤屬?gòu)?qiáng)石墨化類(lèi)，所以化學(xué)活性沒(méi)有冶金焦和煤氣焦好.

2.2 炭質(zhì)還原劑的電阻率

炭質(zhì)電阻率（堆比電阻）是其顆粒間接觸電阻率及自身電阻率的總和.堆比電阻是表示粒度為3～6mm的炭質(zhì)還原劑在0.2kg／cm2的條件（相當(dāng)于爐內(nèi)物料承受的平均壓力）下測(cè)定的堆層比電阻值.

該值依其成煤期遠(yuǎn)近、揮發(fā)份含量、原煤的灰份、焦化的溫度等不同差別很大.

焦化高溫條件下，各種炭質(zhì)還原劑的比電阻大幅下降，然而它們之間也存在著差異，如高溫下的比電阻值仍然很高的半焦.一般情況下，還原劑的比電阻在高溫下與灰份含量有關(guān)，在低溫下與揮發(fā)份含量有關(guān).如經(jīng)1 700℃煅燒后的低灰份和高灰份半焦，前者的比電阻為0.041 5，后者的比電阻為0.171［5］.此外，用近期煤經(jīng)高溫焦化的炭質(zhì)還原劑，其比電阻較變質(zhì)度高的煤焦化的要高得多.

常溫下焦炭的電阻率與高溫電阻率相差不大，在其它條件相同的情況下，使用焦炭生產(chǎn)黃磷，出渣前后電極位置高低差值不大（電極下降數(shù)基本平衡）；而無(wú)煙煤的高溫電阻率與常溫的相差太大，在其它條件相同的情況下，出渣前后電極下降數(shù)參差不齊，電極位置差距較大.

使用焦炭堵渣后電極位置適中、均衡，而使用無(wú)煙煤在同一條件下電爐負(fù)荷都很難恢復(fù)，電流、三相電極位置調(diào)整無(wú)法平衡，甚至半小時(shí)后電極位置較低，很難恢復(fù).尤其是用了摻無(wú)煙煤的炭質(zhì)還原劑生產(chǎn)黃磷，隨著熔池液位的升高，只要一活動(dòng)電極，電極電流瞬間飛漲、爐壓突升、電極水封串火、爐況惡化、甚至到了無(wú)法繼續(xù)維持生產(chǎn)的地步［5］.因而，由于無(wú)煙煤高溫及常溫的比電阻較焦炭大，選用無(wú)煙煤同等條件下不考慮其它因素，還原反應(yīng)在電爐內(nèi)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng).

無(wú)煙煤在常溫及高溫下電阻率穩(wěn)定性差距太大，因而當(dāng)反應(yīng)到達(dá)一定溫度時(shí)，若大幅度的活動(dòng)電極、塌料等，首先反映的是電流大、電極位置上漲快、導(dǎo)氣管溫度高、破壞了電爐熔池良好的形成，使無(wú)煙煤中碳的利用率和與熔融料中P2O5的還原率降低，工藝控制中最明顯的現(xiàn)象：使用無(wú)煙煤在同等條件下?tīng)t渣中P2O5含量偏高、抬電極、出渣間隔縮短、電耗上升.

2.3 炭質(zhì)還原劑的化學(xué)活性

炭質(zhì)還原劑的反應(yīng)性能就是化學(xué)活性，是用CO2＋C的相互反應(yīng)性能評(píng)定，在特定的反應(yīng)下表示一定氧化物的化學(xué)活性.

為了弄清炭質(zhì)還原劑與SiO2及CO2反應(yīng)的相互特性，通過(guò)對(duì)木炭、褐煙半焦、冶金焦、無(wú)煙煤、石墨等的反應(yīng)性能的研究試驗(yàn)結(jié)果是：木炭次之，褐煤半焦的反應(yīng)性能（按CO2＋C反應(yīng)）最大，這是由它們的反應(yīng)比表面積決定.前者的比表面積為278m2／g、后者為243m2／g，后者僅是前者的87.41%.

1700℃下炭質(zhì)還原劑與SiO2的反應(yīng)性能按SiC的生成速度評(píng)定.使用無(wú)煙煤及石墨時(shí)，SiC的生成速度最小；使用半焦及褐煤半焦時(shí)，SiC的生成速度最大，冶金焦居中.SiC快速生成的還原劑，被破壞速度也大；反應(yīng)性能最強(qiáng)的炭質(zhì)還原劑，對(duì)CO2＋C及SiO2的反應(yīng)活性最大，比電阻隨溫度的升高而明顯下降，其化學(xué)活性也較大（只有無(wú)煙煤例外），電熱法制磷使用哪一種炭質(zhì)還原劑更適合，可以按其溫度反應(yīng)情況科學(xué)選擇.

2.4 密度

密度是視密度、真密度的總稱(chēng)，導(dǎo)電性能越好的炭質(zhì)還原劑密度大，其導(dǎo)電性與密度成正比關(guān)系，導(dǎo)電性能差的炭質(zhì)還原劑密度較低，反應(yīng)性能、比電阻高.另外，此類(lèi)炭質(zhì)還原劑可使?fàn)t料疏松，從而保證了爐料具有良好的透氣性，對(duì)磷爐氣的熱交換和降低導(dǎo)氣管溫度均有好處.導(dǎo)電性能好的無(wú)煙煤比電阻、密度大，在還原劑中屬個(gè)例.冶金焦與無(wú)煙煤的視密度分別為0.849～1.126 g／cm3、1.590g／cm3；比電阻分別為2.36～9.89 Ω·cm（200℃溫度以下）、4 190Ω·cm.

2.5 炭質(zhì)還原劑的氣孔率

炭質(zhì)還原劑的氣孔率是總體積與氣孔體積的百分?jǐn)?shù)，它是影響炭質(zhì)還原劑反應(yīng)性能、比表面積、電阻率、視密度的因素，對(duì)磷酸鹽的化學(xué)還原反應(yīng)而言，炭質(zhì)還原劑的氣孔率越大，化學(xué)反應(yīng)性能越好.

試驗(yàn)證明，當(dāng)焦炭由500℃加熱至1 200℃時(shí)，其吸附能力下降95%～97.5%，這是因?yàn)樘抠|(zhì)還原劑加熱至高溫時(shí)，組織氣孔變得密實(shí)，比表面和吸附性能下降的結(jié)果［6］.

對(duì)于制磷電爐來(lái)講，對(duì)炭質(zhì)還原劑氣孔率、結(jié)構(gòu)影響大的是SiO2.因焦炭中SiO2晶體轉(zhuǎn)變和SiC的生成使焦炭的結(jié)構(gòu)變得緊密和疏松，相應(yīng)地其氣孔率變小或增大.在爐內(nèi)除了主要的磷酸鹽化學(xué)還原反應(yīng)外，焦炭中的C與其中的SiO2相互反應(yīng)的速度也較快.一方面還原反應(yīng)時(shí)氣孔率增大，焦炭的結(jié)構(gòu)疏松，另一方面還原初期SiO2與C的面積接觸大，因而還原劑的氣孔深處易于滲入熔融的P2O5，由于上述可能情況和原因，電熱法制磷選用SiO2作為助熔劑，在制磷工藝上優(yōu)越性很大.

焦丁氣孔率為40%～50%，無(wú)煙煤的氣孔率為4%～10%，因而焦炭的反應(yīng)比表面積比無(wú)煙煤大，反應(yīng)活性較好.然而，由于無(wú)煙煤有相對(duì)較大的電阻率，電極易于深插混合料，有足夠大的比電阻，還原反應(yīng)周期同等條件下相對(duì)較長(zhǎng)，才有黃磷企業(yè)選用無(wú)煙煤替代焦炭（如貴州的大部分黃磷廠家）作為炭質(zhì)還原劑生產(chǎn)黃磷的舉措.在此需要提醒和引起黃磷生產(chǎn)、管理者重視的是：由于無(wú)煙煤的成煤過(guò)程，原始物質(zhì)及遞變產(chǎn)物非常漫長(zhǎng)和復(fù)雜，其高溫電阻率與常溫電阻率存在很大差距，不是什么地方的無(wú)煙煤都能選用.

總之，不管選用什么品種的炭質(zhì)還原劑生產(chǎn)黃磷都不能僅憑一紙分析單就判斷是否實(shí)用，必須依照以上的選用原則和經(jīng)過(guò)工業(yè)化生產(chǎn)試驗(yàn)其使用效果再下定論.

3 焦炭質(zhì)量對(duì)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的比對(duì)分析

云南某廠6 300kVA 1＃制磷電爐2004年10月24日投產(chǎn)，二期工程20 000kVA三相6根電極2＃制磷電爐2009年7月2日投產(chǎn).經(jīng)試運(yùn)行生產(chǎn)，設(shè)備工藝、生產(chǎn)流程基本正常，但噸磷升華 電 耗14 715.2kWh／t，焦 耗 2.32t／t，礦 耗11.39t／t，成本、消耗居高不下，比小磷爐還高.

筆者參與了該廠組織的72h性能考核，性能考核期間黃磷產(chǎn)量64.6t、磷礦消耗738.75t、總磷86.32t、折合磷收率74%［7］；噸磷單耗分別為：升華 電 16 530.19kWh、焦 炭 2.22t、磷 礦11.44t、低設(shè)計(jì)值13.16%（設(shè)計(jì)值88%）.表4是3天考核的焦炭分析數(shù)據(jù).

表4 焦炭組分粒度分析Table 4 Aanlysis of coke component particle size %

從表4看，焦炭水份3天平均達(dá)16.05%，焦粉達(dá)13.02%，大顆粒焦丁達(dá)36.14%，粒度2～20mm占50.89%，合格率不足三分之一（粒度3～16mm合格），其次固定碳低、灰分高.除了認(rèn)真研究分析生產(chǎn)管理中的存在問(wèn)題，找出消耗偏高的原因，有必要將焦炭質(zhì)量對(duì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)分析.

3.1 物料中Fe2O3組份的計(jì)算

以表5及考核中的數(shù)據(jù)為計(jì)算依據(jù)，磷礦按平均品位：26.76%、Fe2O3：0.74%、焦炭灰份：26.40%［7］.

磷爐中帶入1kg Fe2O3要多耗標(biāo)焦0.27kg、電4.76kW.h、損失磷0.23kg，土焦灰份中含F(xiàn)e2O3為28.5%（見(jiàn)表5）（以下計(jì)算數(shù)據(jù)依照性能考核期間的黃磷產(chǎn)量64.6t，磷礦消耗738.75t，總磷86.32t，折合磷收率74%）.

磷礦中Fe2O3：

738.75×0.74÷64.6×1000＝85kg

土焦中Fe2O3：

2.22×26.4×28.5×1000＝130.11kg

冶金焦中Fe2O3：

1.332×13.64×8.94×1000＝16.24kg

3.2 磷鐵增加的消耗計(jì)算

參照表5及考核數(shù)據(jù)，冶金焦過(guò)量系數(shù)Q＝1，土焦按實(shí)際加入量Q＝1.30；以92%Fe2O3生成磷鐵，而生成的磷鐵65%被回收.

土焦產(chǎn)生磷鐵：

（130.11＋85）×92%×65%＝128.64kg

冶金焦產(chǎn)生磷鐵：

（16.24＋85）×92%×65%＝60.54kg

從以上計(jì)算及表5可見(jiàn)，由于土焦中含有灰份26.4%，生產(chǎn)1t黃磷帶入爐內(nèi)的Fe2O3為130.11kg，比冶金焦高出113.87kg，其結(jié)果是多耗：

標(biāo)焦：113.87×0.27＝30.74kg

電：113.87×4.76＝542.02kW·h

損失磷：113.87×0.23＝26.19kg

表5 土焦與冶金焦灰份統(tǒng)計(jì)比較Table 5 Statistical comparison of soil coke and metallurgical coke ash

3.3 噸磷增加消耗費(fèi)用

按電價(jià)0.5元／kW·h，黃磷16 000元／t，土焦1 100元／t，冶金焦1 320元／t為計(jì)算依據(jù)［8］.

增加電耗費(fèi)用：542.02×0.5＝271.01元

損失磷折費(fèi)用：26.19×16＝419.04元

土焦比冶金焦增加費(fèi)用：

2.22 ×1 100＋（1 320×0.030 74）－1.332×1 320＝724.34元

總計(jì)：

271.01 ＋419.04＋724.34＝1 414.39元

以上3項(xiàng)相加，使用土焦噸磷增加的各項(xiàng)消耗費(fèi)用最終總計(jì)1 414.39元.此外，還有設(shè)備折舊費(fèi)用增加，電爐化料量下降及土焦中揮發(fā)份（揮發(fā)份中含有大量焦油，影響黃磷純度色澤）、硫（H2S增加污水酸度，少量單質(zhì)硫殘留磷中影響質(zhì)量），對(duì)尾氣輸送、粗磷精制、污水處理、綜合利用等的問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)是影響相當(dāng)大的.

4 結(jié) 語(yǔ)

a.電熱法制磷選用的炭質(zhì)還原劑有煤炭和焦炭?jī)煞N，選擇炭質(zhì)還原劑是否科學(xué)、合理決定了爐況反應(yīng)好壞，直接影響生產(chǎn)效益、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)高低.

b.無(wú)煙煤、焦炭還原劑在黃磷生產(chǎn)中進(jìn)入爐內(nèi)兩大作用的發(fā)揮主要取決于經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可行性?xún)身?xiàng).經(jīng)濟(jì)可行性由噸磷能源消耗指標(biāo)及市場(chǎng)動(dòng)態(tài)價(jià)格和綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)兩個(gè)方面評(píng)定；技術(shù)可行性由磷酸鹽還原率及爐內(nèi)電流回路中的導(dǎo)熱、導(dǎo)電體發(fā)揮程度評(píng)定.

c.電熱法制磷最關(guān)鍵的問(wèn)題是爐內(nèi)最佳電爐熔池的形成，而前提條件是有好的熔池電阻，而影響熔池電阻的是炭質(zhì)還原劑的質(zhì)量［5］.黃磷生產(chǎn)的控制過(guò)程實(shí)際是熔池電阻的操作控制過(guò)程，這是黃磷電爐得以正常運(yùn)行的重要條件和基礎(chǔ).

d.電熱法制磷爐料焦比高低，會(huì)影響爐內(nèi)的電阻變化及渣中P2O5高低.無(wú)煙煤化學(xué)活性差，常溫下與高溫下的電阻率相差2 500倍，不宜作為電熱法制磷電爐的炭質(zhì)還原劑.

e.提供合格爐料是電熱法制磷生產(chǎn)的根本.炭質(zhì)還原劑的粒度15mm時(shí)爐料電阻最大，電阻率是其自身電阻率和顆粒間的接觸電阻率的總和，此時(shí)液固兩相間接觸面積大，有利于還原反應(yīng)速度加快，是黃磷生產(chǎn)炭質(zhì)還原劑規(guī)定粒度為3～16mm的理論依據(jù).

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