孫志立
(貴州源翼礦業(yè)集團(tuán)有限公司,貴州 甕安 550405)
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.
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
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.
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.
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.
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).
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].
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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
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.
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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