СПОСОБ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА ФЕРРОФОСФОРА

Изобретение относится к области обработки фосфатного сырья, в частности к обработке феррофосфора, побочного продукта переработки фосфатных руд - фосфоритов с высоким содержанием железа, и может найти применение для получения оксидов и кислородных кислот фосфора.

Феррофосфор (Fe_xP, где x=2-4) получают в виде расплава, образующегося на дне печи при высокотемпературной печной обработке фосфатного сырья в присутствии углерода. Феррофосфор представляет собой смесь фосфидов железа, который содержит до 30 мас.% фосфора, до 60 мас.% железа, остальное - ванадий, хром, кремний, титан, никель и другие примеси, содержащиеся в фосфатном сырье. Как самостоятельный продукт феррофосфор имеет ограниченное применение в промышленности, поэтому задача эффективного извлечение фосфора из феррофосфора является актуальной и обеспечивает повышение экономичности обработки фосфатного сырья.

Известен способ обработки расплава феррофосфора кислородом, в результате которого получают металлическое железо и фосфорсодержащий продукт в виде газообразной пятиокиси фосфора P₂O₅.

Восстановленное железо известными способами преобразуют в слитки, а газообразную пятиокись фосфора обеспыливают и известными способами используют для получения фосфорной кислоты.

(CN 1884052, C01B 25/18, C01B 25/00, опубл. 2006-12-27)

Недостатком известного способа является низкий выход пятиокиси фосфора. Это связано с тем, что образование металлического железа происходит в присутствии окиси кальция, которая активно связывает фосфор в нелетучий фосфат. Кроме того, образующееся железо при взаимодействии с кислородом неизбежно окисляется в оксиды железа, которые активно взаимодействуют с пятиокисью фосфора с образованием нелетучих соединений.

Наиболее близким является способ обработки расплава феррофосфора, образующегося при печной обработке фосфатного сырья: фосфатной руды, содержащей более 5 мас.% оксидов железа и алюминия, в присутствии известняка, кокса и окиси кремния. Известный способ включает окисление образующегося расплава феррофосфора потоком кислорода и/или воздуха в присутствии окиси кальция с образованием металлического железа и фосфата кальция. Фосфат кальция отделяют от металлического железа и повторно возвращают в печь для извлечения фосфора.

Известный способ обработки феррофосфора можно описать следующей реакцией:

(US 4014682, C21B 3/04, C21B 13/00, опубл. 1977-03-29)

Недостатком известного способа является невозможность промышленного получения продукта, в частности окисленного фосфора, который затем можно использовать для получения фосфорсодержащей кислоты. Повторная обработка фосфата кальция значительно увеличивает продолжительность процесса получения конечного продута - фосфорной кислоты, и приводит к значительным затратам, связанным с необходимостью повторной высокотемпературной обработки фосфата кальция и дополнительным окислением фосфора. Кроме того, результатом известного способа является металлическое железо и фосфат кальция, раздельная выгрузка которых из устройства окисления феррофосфора представляет собой достаточно трудоемкую технологическую операцию.

Задачей изобретения является разработка промышленно эффективного способа обработки феррофосфора с получением трехокиси фосфора, которую затем непосредственно или после окисления до пятиокиси фосфора можно использовать для получения фосфорсодержащей кислоты и фосфорсодержащих удобрений.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности процесса получения из феррофосфора оксидов фосфора в виде трехокиси фосфора, снижение энергетических затрат и трудоемкости технологических операций.

Технический результат достигается тем, что способ обработки расплава феррофосфора включает окисление расплава феррофосфора кислородом или воздухом, причем согласно изобретению расплав феррофосфора окисляют с образованием окислов железа и газообразной фазы, содержащей трехокись фосфора, при температуре 1300-1800°С и отношении массового расхода кислорода к массовому расходу феррофосфора в единицу времени не более 0,63.

Кроме того, окисление расплава феррофосфора ведут при прохождении потока кислорода или воздуха через объем расплава феррофосфора; расплав феррофосфора окисляют с образованием окислов железа и газообразной фазы, содержащей трехокись фосфора; трехокись фосфора из газообразной фазы окисляют до пятиокиси фосфора.

Особенностью способа по изобретению является извлечение фосфора из феррофосфора в виде трехокиси фосфора P₂O₅ способом парциального окисления.

Расплав феррофосфора с содержанием фосфора 10-25 мас.% обрабатывают в окислительном реакторе при температуре 1300-1800°С. Кислород или воздух для окисления феррофосфора подают через стандартные фурмы, которые преимущественно располагают в донной и нижней частях окислительного реактора для подачи потока окисляющего газа внутрь объема расплава феррофосфора. При прохождении потока кислорода и/или воздуха через объем расплава феррофосфора происходит окисление феррофосфора с образованием окислов железа (закиси и закиси-окиси) в виде пены, и газообразной фазы, содержащей трехокись фосфора P₂O₃.

Образование трехокиси фосфора P₂O₃ можно описать следующими основными реакциями парциального окисления феррофосфора:

Трехокись фосфора также может образовываться при протекании вторичных реакций, в частности:

Указанные реакции протекают с выделением энергии, что позволяет снизить энергетические затраты на поддержание температурного режима работы работающего окислительного реактора.

Необходимым условием протекания реакций (2-6) является соблюдение отношения массового расхода кислорода к массовому расходу феррофосфора в единицу времени не более 0,63.

При указанных условиях селективность процесса перехода фосфора в виде P₂O₃ в газовую фазу превышает 95%. При повышении расхода кислорода фосфор начинает окисляться до P₂O₅ и связывается в нелетучий фосфат железа Fe₃(PO₄)₂. Селективность процесса перехода фосфора в газовую фазу при этом падает на 1-2 порядка. При снижении расхода кислорода селективность перехода фосфора в газовую фазу сначала медленно снижается, а затем резко падает. В качестве окислительного реактора можно использовать реактор аэрлифтного типа, барботажный реактор (жидкометаллическая пена) и циклонную печь.

Газообразную фазу, содержащую трехокись фосфора, извлекают из реактора окисления и известным способом окисляют до пятиокиси фосфора, например, сжиганием в присутствии кислорода. Как трехокись фосфора, так и пятиокись фосфора можно использовать для получения фосфорсодержащих кислот и фосфорсодержащих удобрений. Образующаяся на поверхности расплава феррофосфора пена, содержащая окислы железа, легко удаляется известными устройствами, например устройствами выгрузки шлака из печи.

Сведения, приведенные в примере реализации способа, подтверждают достижение общего поставленного технического результата: повышение производительности процесса получения оксидов фосфора из феррофосфора, снижение энергетических затрат и трудоемкости технологических операций.