一种制备三氯化磷、五氯化磷及水泥的方法技术

一种制备三氯化磷、五氯化磷和水泥的方法，包括：使用1100℃到1500℃的高温加热磷矿、碳质物、二氧化硅和/或氧化铝的粉末状混合物，使用氯处理合成气体产物，同时通过冷却将温度保持在400℃至1000℃，其中，氯与磷矿中所含磷氧化物的摩尔比为1∶5，其后，首先将水泥与主要含三氯化磷和五氯化磷的气体混合物分离，其次对三氯化磷和五氯化磷进行分离，两种分离均采用已知方法进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】简介本专利技术涉及一种生产三氯化磷、五氯化二磷和诸如硅酸盐水泥等常用水泥的新工艺。该工艺对不同质量的磷矿进行完全处理，采用的方法是直接将磷含量转化为除了常用水泥外还包括在商业上具有重要意义的三氯化磷和五氯化二磷。这种方法不会减少其元素形式。磷是一种重要的元素，在肥料、农用化学品、动物饲料、塑料和一般化学品中具有非常广泛的工业应用，在许多方面影响着人类的幸福，因此，在制造过程中的任何改善都将必然大大造福人类。本专利技术不仅使得氯化磷的生产工艺简单、直接、经济，还可将其他废弃产品转化为同等重要的常用水泥(用于建设)，从而具有多重效益。
技术介绍
美国专利1730521介绍了通过在磷矿中混合入Si02并同氯一起进行高温加热、将钙和Si02量转化为钙硅酸盐(使用焦炭作为热能源)进行氯化磷生产。1962年的美国专利3241917介绍了一种通过焦炭反应器处理磷矿生产P205的工艺。美国专利3247014描述了一种流化床反应器。该反应器使用CO等离子体加热，生产钙硅酸盐渣。美国3723608描述了一种通过电加热的方式，用磷矿、二氧化硅和C生产磷的工艺。美国专利3923961介绍了一种在回转窑中通过添加或不添加二氧化硅生产磷和正磷酸三钙的工艺。美国专利4389384介绍了一种使用碳质物和二氧化硅还原磷矿石、并进一步氧化为P205的工艺。美国专利4351813讲述了一种采用磷矿生产P205或磷或磷酸的工艺。美国专利3235330介绍了通过还原磷酸钙和原位氧化产生的磷(在残渣中添加各种量的A1203和Si02形成水泥熟料)从磷矿中回收磷和水泥熟料。上述这些工艺均无法作为商业上可行的工艺，而受到磷-磷衍生物行业青睐。磷业采用电弧炉工艺作为商业上制磷的重要工艺，并运用磷生产其衍生物，如PC13、PC15、 P205、P2S5和磷酸。该工艺将失去硅酸钙中钙元素，并消耗大量的电力。所述工艺可简述如下磷酸盐岩通常在球磨机中进行打磨和制粒，使用粘土作为粘合剂以形成直径通常为1厘米的团块或团粒。下游工艺中产生的任何细粒或碎团粒均在该点进行回收和再循环。为了加固，将其在炉窑中进行烘焙，以形成固体团块，该炉窑通常使用在下游工艺阶段作为副产品产生的一氧化碳提供燃料。该步骤要在足够高的温度下进行，确保团粒中所含的氟化物随着炉窑废气被驱散。随后将团粒冷却并将其运送到磷炉一旁的大型贮仓中。在那里，连同适量的碳(通常为焦炭)和二氧化硅流一同通过重力不断进料到炉子中。磷炉本身为衬碳电弧还原设计，穿过炉盖悬挂着许多碳电极，这些电极维持在炉底板上方。能量消耗受到物理荷载的传导性影响，可通过升高或降低悬挂的电极控制操作温度，以便将能量消耗维持在一个预想的水平。通常应将温度维持在1200°C -1500°C。作为副产品生成的大量(产生的每吨磷中高达7-8MT)硅酸钙(CaSi03)处于熔化阶段，堆集在炉底板处。定期将其取出并转移到外部坑中，在那里冷却至坚硬的块状，可将该块状体粉碎用于出售或作为熔渣用于建筑业中。应将由此产生的磷转化为PC13或其他化合物，再次在不同的装置中消耗能量。专利技术根据本专利技术，可使用一种综合、不妨害生态环境、经济的方式加工磷矿，使用一种简单可构建的标准设备灵活地生产氯化磷，无需使用大量的稀缺电力，不必将磷酸盐还原为元素磷。本专利技术提出了一种制备三氯化磷、五氯化二磷和常用水泥的方法，包括使用 1100°C到1500°C的高温加热磷矿、碳质物、二氧化硅和/或氧化铝的粉末状混合物，使用氯处理合成气体产物，同时通过冷却将温度保持在400°C至1000°C，其中，氯与磷矿中所含磷氧化物的摩尔比例为1 5，其后，首先将三氯化磷和五氯化二磷(如存在过多C12，在冷却含该气体的PC13时形成)的气体混合物与常用水泥分离，其次对三氯化磷和五氯化二磷进行分离，两次分离均采用已知方法进行。上述碳质物优选焦炭、半焦炭、浙青、木炭或生物量碳中的任何一种或多种。在上述工艺中，磷矿优选含2%到45%的磷氧化物，优选在磷矿、 碳质物、二氧化硅和/或氧化铝的混合物中加入氧化铁。本专利技术方法的特别之处是，方法相当灵活，因为除了氯化磷外，磷的衍生物(例如 P205、P2S5和磷酸)也可通过控制氯或其化合物的投入量，采用加热/冷却操作以任何比例进行任意生产。其中，磷矿可与一定量的、粘土、矾土、砂子等形式的Si02、A1203、Fe203 等在高温下一同加热，也可与C12-S化合物一同加热。采用不同方式处理不同质量的磷矿， 在不同的条件和设备设计中将元素转化为所需的产品组合。还可以发现，本专利技术方法在生产过程中可使用最低量的碳质物(例如低等级焦炭或半焦炭)作为加热能源(仅进行分解，不浪费还原剂)，通过直接处理不同质量的磷矿，避免使用直接电能进行磷和磷衍生物以及水泥的生产。还可以发现相较于现有技术中的已知工艺，本专利技术方法需要较少量(如仅30%) 的二氧化硅和/或氧化铝与磷矿进行混合以获得常用水泥。在本专利技术方法中，通过使用低等级焦炭而非使用大量电能，直接处理不同质量的磷矿生产磷和磷衍生物，高效地利用了热能，从而，放热和吸热反应在很大程度上得到平本专利技术方法用将磷元素以外的其他元素转化为水泥熟料的方式对不同质量的磷矿进行完全处理，据此生产在商业上具有重要意义的常用水泥以及氯化磷和磷衍生物，这从实际上消除了大量浪费。
技术实现思路
将磷酸钙或任何其来源(例如含2%到45%间任意百分比磷的磷矿，优选通常报告的含25-40 %磷(用作P205)的磷矿)研磨成细粉(20到150目之间，最好是60-100目)， 与所需数量的化合物(例如纯净形式的Si02、Fe203, A1203或任何其中一种或多种，或者考虑到经济原因，优选矿物形式的粘土、矾土、飞灰、砂子等)混合。最好将所有物质研磨成细粒径、进行充分混合，以及首先以1100°C到1300°C (优选1200°C到1400°C )的温度就此进行加热，或以现有技术中已知的任何方法进行颗粒化或微粒化或制成块后再以1100°C到 1300°C (优选1200°C到1400°C)的温度加热。该加热可能受到电弧、电阻式加热的影响， 优选使用含有02 (纯02)的气体或空气或富氧空气(最好接近纯氧气)燃烧任意碳质物。反应过程中的水分或湿气对众多高价值产物的生成是有害的，因此，应根据现有技术中的已知方法，通过加热和/或煅烧所有输入材料将水分或湿气保持在最低量。作为本专利技术方法的另一实施例，第一个反应中产生的磷以及气态形式的其他产物为部分凝结或完全凝结形式，可与其他物质分离；在确保充分清除磷含量和在水泥中形成适当矿物相后可将水泥从固体部分中筛选出来。在另一实施例中，进一步将第一阶段的含磷及其氧化物的产物与碳质物(优选 CO)和氯(包括其反应物(诸如C12本身)、C0C12、任何氯化硫或硫和氯的化合物混合物) 发生部分或完全反应，生成任何或所有磷和/或硫的氯化物。这些氯化物在适当的溶剂 (例如氯化苯、二氯苯等)中冷凝和/或净化。选择适当的反应物，高价值化学品(例如磷、 PC13、P205、P2S5和磷酸等)，使用现有技术中已知的方法进行分离。可使用现有技术中已知的适当处理方法将任何不需要的元素或化合物(例如 CaF2)还原到一个可令人接受的水平，例如通过加热湿气以HF形式释放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯西·H·哈达，
申请(专利权)人：凯西·H·哈达，
类型：发明
国别省市：