含有自燃性元素磷物料的處理方法
2023-09-22 23:55:45 2
專利名稱:含有自燃性元素磷物料的處理方法
本發明是關於處理含自燃性元素磷(如P4或P2)物料的一種方法。
含有自燃性元素磷物料的處理與清除，對熟悉本領域的人員很重要，由於含有的元素磷的自燃特性，這類物料易於自燃，因而需要採取嚴格的措施防止物料與大氣中的氧接觸(例如用水防護層把物料覆蓋起來)，下面舉出這類含有自燃性元素磷的例子。這種自燃性物料與大氣接觸會自動著火，由於產生很高的溫度，十分難於撲滅，因此按照本發明，儘管在保護的同時用含氧氣體與物料接觸或噴射物料，在物料上仍需要一個防護的覆蓋層(例如用惰性氣體，最好是水覆蓋)。
例如，對於普通熟練人員來說，安全清除含有極易自燃固態P的廢物是一大難題。通常是在貯存罐水防護層的下面發現有這類廢物，固體物料常是由後面講到的易於流動的P淤漿形成，如果這種淤漿放置了一段時間，這種基本上是固態的廢物的P含量很高(例如，高於90%以上)，清除這種廢物的常規的方法是費力的破碎方法，(例如使用風鎬)，在水防護層下將固體生成物破碎，隨後在不與空氣接觸條件下，在小容器中清除掉。
例如熔煉磷酸鹽巖石生產元素磷常常導致含有一定數量的易流動的淤渣生成。這種淤渣由元素磷的液滴或液珠，固體雜質和水組成。生成磷淤渣(例如，P.淤渣)的數量隨多種因素而變化，如巖石原料的起始配方，操作條件和熔煉爐的設計結構。含磷淤渣中元素磷的含量按重量計算大約為5%～90%或者更高，生成磷淤渣按重量計算大約為元素磷爐產量的10%～60%，或者更高。
在工藝上大家熟知，生成的淤渣是生產中不希望的副產物，由於淤渣中含有元素磷的有用成分，因此希望有一個處理方法將磷以某種可利用的形式進行回收。如上所述磷有自然的特性這使淤渣副產物變得十分危險，因為將淤渣暴露到空氣中能夠突然著火釀成火災，還能造成生命財產的損失。因此在工藝中需要有一種方法，利用此方法可以對淤渣進行處理或是降低它的自燃性和或者是從中回收磷的有用成分。
曾經建議過各種處理含磷淤渣的方法，或者是把其中的磷轉化或比較理想的形式，或者是從中回收磷的有用成分。其中有效的是物理的方法，如過濾、蒸餾、攪拌和固化、振動、離心、團固以及類似的方法，文獻中也有各種回收或處理淤渣磷的化學新技術。
例如，美國專利No3，084，029披露當少量的分散劑加到淤渣中並把淤渣的PH調到大約等於6時，可以降低淤渣的粘度和粘附性。
美國專利No3，104，952建議把淤渣與磷酸混合在一種非氧化性的氣氛中對混合物進行蒸汽蒸餾。
美國專利No3，442，621建議，為了降低淤渣中磷的含量，用鉻酸處理淤渣並在酸化劑的存在下使淤渣中的磷凝聚。
美國專利No3，615，218講到，通過二硫化碳與淤渣混合方法從淤渣中回收磷的有用成分。
上述的每一份美國專利中說明的步驟與本發明使用的步驟有明顯的不同。
美國專利No3，436，184建議使用一種氧化劑來降低淤渣的磷含量。雖然這個專利提到可以採用任何氧化劑，但它舉出的氧化劑只是化合物或類似的元素，該專利公開並沒有明確講述或明確地建議採用特定類型的處理劑(例如，一種含氧的氣體)。而這一點正是本發明的主旨。
最近，蘇聯專利No697，401，講到用高溫流化床處理含磷淤渣。該專利一般性的講敘在44～90℃的溫度下加熱含磷淤渣，同時將一種含氧氣體以氣泡的方式通入淤渣30～60分鐘使其完全混合，然後把生成的組合物在120～180℃的流化床處理1～1.5小時，流化劑的速度為每秒3～5米。這篇資料完全沒有提到關於把淤渣層覆蓋起來防止與空氣中氧的接觸的問題。特別與使用含氧氣體處理有關的例2，首先用石灰乳中和它的廢水產物生產石灰淤渣，然後將其加熱並用含氧氣體處理。本發明與該專利的不同在於在用一種非燃性流體將含磷物料(沒有先被中和)覆蓋(例如，用水覆蓋層)，防止與大氣中氧接觸的條件下實施本發明。
本發明是關於利用與一種含氧氣體接觸來處理含自燃性元素磷物料的方法，接觸開始時的溫度最好為常溫，同時又另外用一種非燃性流體(如惰性氣體或適當的液體覆蓋劑)覆蓋物料，防止物料直接與空氣接觸。本文使用的「含磷物料」這一名詞包括前述的自燃性淤渣和含有實質為固體元素磷的產物，以及被裝有淤渣或固體廢物中元素磷汙染了的貯存罐的金屬構件，還包括另外的一些物料如被P4汙染的泥土，含有P4的水等。它們由於含有元素磷而極易自燃。
一種適當的貯存罐，例如鐵路貯罐車或另外的貯罐可以用於存放含有元素磷(例如，P4淤渣或含有基本上是固體P4的物料)的廢物層，該廢物層用一種合適的覆蓋層覆蓋著使其中的元素磷與空氣隔離，避免發生任何不希望自燃事故。
根據本發明，防止含有元素磷物料與空氣中氧接觸的合適的覆蓋劑是某種非燃性的流體。可以採用惰性氣體，如氮氣，但是最好是選用一種P2O5能夠溶解的非燃性流體，以便能夠回收用含氧氣氣體處理含元素磷物料時所生成的P2O5。水由於價廉而容易得到最為理想，它可起到一種極好的吸熱劑的作用，可以耗散掉氣體中的氧和物料中元素磷作用時在流體覆蓋層下面生成的大量熱，P2O5溶於水開始生成稀磷酸溶液，稀磷酸在商業性生產中具有潛在的循環利用的價值。
根據實施本發明的一個較好的方案，放置一個合適的噴射裝置與含磷物料層接觸，如果可能(當物料層被覆蓋時)，或放入含磷物料層，控制通過噴射裝置的空氣或其它含氧氣體的量，例如用一個合適的閥門，以便用含氧氣體對物料進行處理。被處理物料中P4的含量越高，一般操作人員可能越需要開始時對使用的噴射氣體中氧的含量進行稀釋或選用較低的氣流速度。在開始接觸時實際上是在室溫條件下進行。換句話說無需進行外部加熱。但是按照常規的操作慣例，也可以把P4物料加熱到足夠高的溫度(44.2℃或更高)使物料熔化而具有流動性。
對於實質上只含有P4的那些物料，用來自液氮的氮氣和空氣混合後形成的一種氣流開始噴射可能是比較理想的。隨著噴射的進行及物料中元素磷的有用成分在水存在條件下轉變成不易自燃的形態(例如，轉變為磷水)，可以減小氮氣流逐漸增加氣流的氧含量和/或增大整個氣流的流速。採用愈來愈富氧的氣流繼續噴射，混合氣流中的純氧的量逐漸增大。最後當廢物料已經基本上轉變成自燃性明顯變小的物態時，可以採用比較純的氧氣氣流噴射。對於上述基本上是固體的廢物物料，已證明按本發明可以把這類物料流化成容易流動的淤渣或泥漿而同時在有水防護層的條件下將元素磷轉化成一種基本上無自燃性的物料(例如轉變為磷水)。所使用氣體中氧的含量可以變動很大(例如從大約1%到100%，決定於被處理的含元素磷物料的特性，覆蓋流體層的類型和深度等)。曾經把純氧有效的用於淨化盛P4廢料貯罐中的含P4的金屬。
在一個實施方案中，在噴射淤渣的同時，可以用一個泵通過管線從罐中抽吸同廢物接觸的磷水，通過一個管線送到儲存罐中去的生成物是稀的磷酸組合物，用一個循環管線能把貯存罐中水罩水平線維持在一個理想的水平上。按照本發明隨後可以用荷性鹼處理從用氧處理水層中的磷形成的稀磷酸溶液，生成TSP(磷酸三鈉)和STPP(三聚磷酸鈉)一類的產物。
在本發明的一個實施方案中，曾經發現用太陽光(揭開盛物料貯存罐的頂蓋)對水覆蓋層下面的含自燃性P4的廢物進行預處理是有利的，可以在採用本方法之前部分的降低物料的自燃特性。
本文的附圖代表利用一種元素磷淤渣原料生產磷酸裝置的示意圖。淤渣11裝在罐12的一個相應的水覆蓋層13的下面，罐12放在充滿水的防護器14裡，為了防止淤渣滲漏和除去本方法產生的過量燃燒熱。噴射器的氣體管線15把含氧氣體(例如，空氣、空氣/N2、O2)送到液層13，通過噴射器把氧提供給水覆蓋層13下面的淤渣層11。隨著處理的進行，結果在液體覆蓋層13中產生一種稀的磷酸溶液。通過管線16把稀磷酸溶液抽到循環罐17中，管線18用於把殘餘的P2O5氣體轉移到洗氣罐19中，在19中再用它們噴射稀酸液層20。可以用管線21把酸液送到貯存。氣體用一個合適的纖維水霧分離器洗滌後由23排出。用管線24和25噴灑稀酸使其飽和並進行最後的洗氣。
在一個比較理想的實施方案中，噴射器的噴嘴是安裝在一個可在罐的中間上下移動的吊杆上，結構材料用高鎳不鏽鋼，噴嘴是帶有大量孔眼的圓球，含氧氣體從孔眼通過。把一個似帽狀的罩安裝在球的末段並焊牢，有助於打碎氣體通入磷層時生成的氣泡，在罩的表面上開一些槽溝。
列舉下面的例子對本發明加以說明，舉出這些例子僅僅是為了說明的目的，不應看作是對本發明的一種限制方式。
例1按照本發明處理兩個容量為27，506加侖的貯存罐，每個罐裝有實質上為固體元素磷的物料(例如，P的含量大約為99%)，各種組成如下大約15%的固體和85%的水。
開始用常壓空氣通過水覆蓋層噴射P物料，逐漸升高壓力使噴射器能在大約40psi，流速大約為立方英尺/分的條件下工作6個月。經過這樣一段時間後，大約90～95%的淤渣被加工為稀的磷酸溶液。處理後罐中P4和自燃性淤渣的數量是很小的，在沒有從罐中遷移走任何物質(不管是液體還是固體)的情況下，只需按天向罐中加入淡水以補充蒸發的損失。
進行接觸時P4物料周圍的溫度大約為30℃，這是因為它們放在室外一個比較熱的金屬貯罐裡，還由於南加裡福尼亞州陽光充足的氣候。
例2一個容量為18，270加侖的元素磷貯罐，在使用的35年間聚積了大約4，000加侖基本上為固體P的廢物(大約99%P)，廢物用一個大約為13，700加侖的防護水層覆蓋著。通過水層不時地用空氣噴射這種不能回收P的物料大約6個月，貯罐側壁三英尺，帶有一個大約可容納3，300加侖熱淤渣的園錐體(大約99%的P)。然後每星期用純氧噴射處理貯罐大約40小時，處理約4個星期。通過逐漸增加單位時間(分)壓縮空氣的體積(從20立方英尺增加到120立方英尺)，對錐體能夠把磷水泵掉並可除掉罐的側壁而不引起冒煙著火。在去掉前，要求切割成小塊(例如，6英寸)，並用噴燈燒掉殘餘的P4汙染。利用本發明的步驟，兩個人4小時就可以除掉側壁部分。這樣貯存罐僅剩下一個裝有淤渣混合物(P含量大約為5%)和大約900加侖的磷水的園錐體。
上文闡明本發明的某些實施方案，不應把它看作是對本發明的一種限制方式。在下面的權利要求
書中將規定其保護的範圍。
權利要求
1.處理含有自燃性元素磷物料的一種處理方法，該方法包括用一種含氧氣體和物料接觸，把物料轉變為實質上無自燃性的物料，同時通過用一種非燃性的流體把物料覆蓋起來，防止它直接和空氣中的氧接觸。
2.按照權利要求
1的方法，其中的氣體是空氣。
3.按照權利要求
1的方法，其中非燃性流體是可溶解P2O5液體。
4.按照權利要求
1的方法，其中氣體中氧的含量從大約1%到100%。
5.按照權利要求
3的方法，其中的氣體中氧的含量從大約1%到100%。
6.按照權利要求
1的方法，當開始發生接觸時，物料基本上處於常溫。
7.按照權利要求
3的方法，當接觸開始時，物料基本上處於常溫。
8.按照權利要求
4的方法，當接觸開始時，物料基本上處於常溫。
9.按照權利要求
5的方法，當接觸開始時，物料基本上處於常溫。
10.按照權利要求
1～9的方法，用一個水的防護層覆蓋物料防止與大氣中的氧接觸。
11.按照權利要求
10的方法，空氣與物料接觸的產物再與水混合而生產的產物可以回收。
12.按照權利要求
11的方法，用苛性鹼處理回收產物。
13.按照權利要求
1～9的方法，物料基本上是含有固體元素磷的物料，其中P4的含量超過90%。
14.按照權利要求
1的方法，物料暴露於陽光下進行預處理。
專利摘要
利用和一種含氧氣體例如空氣接觸的方法處理含自燃性元素磷的物料(例如處理一種元素磷(P
文檔編號C01B25/20GK87105401SQ87105401
公開日1988年6月15日 申請日期1987年8月7日
發明者奧斯頓K·羅伯茨, 威廉E·特雷納, 史蒂夫·那卡慕拉, 列昂C·達芬, 戴維L·比德曼 申請人:施託福化學公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan