ĐỀ TÀI Photpho vàng - sản xuất và ứng dụng

Phốtpho vàng là một trong những nguyên liệu hóa chất cơ bản quantrọng để sản xuất hàng ngàn sản phẩm khác.Năm 2004, sản làợng phốtpho vàng trên thế giới đạt gần 1,5 triệu tấn,trong đó Trung Quốc (TQ) sản xuất khoảng 2/3, chủ yếu để xuất khẩu. Vềmặt công nghệ, sản xuất phốtpho vàng của TQ chàa mang tính hiện đại vàphần lớn các lò sản xuất đều thuộc loại công suất nhỏ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
ĐỀ TÀI " Photpho vàng - sản xuất và ứng dụng " ĐỀ TÀIPhotpho vàng - sảnxuất và ứng dụng photpho vµngs¶n xuÊt vµ øng dông 21. Më ®Çu Phètpho vµng lµ mét trong nh÷ng nguyªn liÖu hãa chÊt c¬ b¶n quanträng ®Ó s¶n xuÊt hµng ngµn s¶n phÈm kh¸c. N¨m 2004, s¶n l−îng phètpho vµng trªn thÕ giíi ®¹t gÇn 1,5 triÖu tÊn,trong ®ã Trung Quèc (TQ) s¶n xuÊt kho¶ng 2/3, chñ yÕu ®Ó xuÊt khÈu. VÒmÆt c«ng nghÖ, s¶n xuÊt phètpho vµng cña TQ ch−a mang tÝnh hiÖn ®¹i vµphÇn lín c¸c lß s¶n xuÊt ®Òu thuéc lo¹i c«ng suÊt nhá. Ngµnh s¶n xuÊt phètpho vµng ë n−íc ta míi ®ang trong giai ®o¹n b¾t®Çu vµ ®ang cã xu h−íng ph¸t triÓn, nh−ng chñ yÕu dùa vµo c«ng nghÖ vµkinh nghiÖm s¶n xuÊt cña TQ. §Ó gãp phÇn x©y dùng mét ngµnh s¶n xuÊt cßn míi mÎ dùa trªn nguånquÆng apatit ®a d¹ng ë Lµo Cai - mét lîi thÕ quan träng cña n−íc ta - trongchuyªn ®Ò nµy chóng t«i kh«ng ®Ò cËp chi tiÕt ®Õn c«ng nghÖ s¶n xuÊtphètpho vµng mµ chØ nªu nh÷ng vÊn ®Ò cÇn quan t©m trong c«ng nghÖ s¶nxuÊt, nh÷ng vÊn ®Ò liªn quan tíi thiÕt kÕ d©y chuyÒn c«ng nghÖ, vËn hµnhthiÕt bÞ ... ®Ó gi¶m thiÓu tæn thÊt nguyªn liÖu, ®iÖn n¨ng; n©ng cao chÊt l−îngs¶n phÈm. §ång thêi ë ®©y còng ®Ò cËp nh÷ng h−íng tËn dông phÕ th¶i trongs¶n xuÊt nh»m môc ®Ých gãp phÇn h¹ gi¸ thµnh s¶n phÈm.2. Nh÷ng vÊn ®Ò cÇn quan t©m trong c«ng nghÖ s¶nxuÊt phètpho vµng2.1. Vµi nÐt vÒ phètpho vµng vµ sù ph¸t triÓn cña s¶n xuÊt phètpho vµng Phètpho lµ mét chÊt phi kim, cã mét sè d¹ng thï h×nh, chñ yÕu lµphètpho tr¾ng (d¹ng α vµ β), phètpho tÝm vµ phètpho ®en. Phètpho tr¾ng gåm c¸c ph©n tö P4, gi¶ bÒn, ë nhiÖt ®é th−êng mÒmnh− s¸p, bÞ gißn khi ®Ó ë nhiÖt ®é thÊp. Phètpho tr¾ng bÞ oxy hãa chËm trongkh«ng khÝ (ph¶n øng d©y chuyÒn cã gèc PO tham gia), t¹o thµnh mét l−îngnhá phètpho ®á cã mµu vµng n©u nªn th−êng gäi lµ phètpho vµng. Phètphotr¾ng bÞ bèc ch¸y khi ®un nãng nhÑ víi sù cã mÆt cña oxy. Phètpho tr¾ng tannhiÒu trong CS2, PCl3 láng, NH3 láng, PBr láng, S2Cl2 láng, SO2 láng, nh−ngÝt tan trong CCl4 vµ kh«ng tan trong n−íc. Phètpho tr¾ng lµ nguyªn tè cã ho¹t tÝnh hãa häc rÊt m¹nh, bÞ oxy hãam¹nh d−íi t¸c dông cña H2SO4, HNO3, H2O2, KMnO4, halogen, bÞ khö bëiH2 vµ kim lo¹i ®iÓn h×nh, bÞ ph©n hãa trong dung dÞch kiÒm. Phètpho tr¾ngkhö c¸c kim lo¹i quý trong dung dÞch muèi cña chóng, nh−ng kh«ng ph¶n 3øng víi nit¬, cacbon. Khi ®un nãng yÕm khÝ ®Õn 270 - 300oC phètpho tr¾ngsÏ chuyÓn thµnh phètpho ®á. Phètpho ®á gåm nh÷ng ph©n tö polyme Pn cã ®é dµi kh¸c nhau ë d¹ngv« ®Þnh h×nh, gi¶ bÒn. Khi ®un nãng nã còng bÞ th¨ng hoa vµ bÞ oxy hãatrong kh«ng khÝ nh−ng chËm h¬n nhiÒu so víi phètpho tr¾ng. Kh¸c víiphètpho tr¾ng, phètpho ®á kh«ng tan trong n−íc vµ CS2. Ho¹t tÝnh hãa häccña phètpho ®á kÐm h¬n so víi phètpho tr¾ng vµ phètpho ®en. Khi tan trongch×, phètpho ®á nãng ch¶y råi kÕt tinh thµnh phètpho tÝm (phètpho Hittorf)cã thµnh phÇn lµ P8. Phètpho ®en gåm nh÷ng m¹ch dµi Pn cã cÊu tróc líp, bÒ ngoµi gièngthan ch×, bÒn nhiÖt ®éng, khã nãng ch¶y. Phètpho ®en thô ®éng hãa häc h¬nnhiÒu so víi phètpho tr¾ng, v× vËy bÒn trong kh«ng khÝ. LÞch sö ph¸t triÓn cña s¶n xuÊt phètpho b¾t nguån tõ nhu cÇu s¶n xuÊtdiªm trong nh÷ng n¨m cuèi thÕ kû 19. Thêi ®ã phètpho ®−îc ®iÒu chÕ b»ngc¸ch nung khö tro x−¬ng cã sù tham gia cña SiO2, nh−ng hiÖu suÊt thu håithÊp v× nhiÖt ®é nung chØ ®¹t kho¶ng 700 - 800oC. §Õn n¨m 1883 míi cãs¸ng chÕ vÒ s¶n xuÊt phètpho nguyªn tè b»ng lß ®iÖn ë Anh. Lß ®iÖn ban ®Çucã c«ng suÊt 70 Kw víi hai ®iÖn cùc. S¶n xuÊt phètpho quy m« c«ng nghiÖpb¾t ®Çu ë Anh vµ Ph¸p vµo n¨m 1891, ë §øc n¨m 1892 cßn ë Mü n¨m 1897. N¨m 1891, n−íc Nga ®· s¶n xuÊt ®−îc 183 tÊn phètpho nh−ng theoph−¬ng ph¸p nhiÖt - axit. Theo ph−¬ng ph¸p nµy, x−¬ng hoÆc phètphat thiªnnhiªn ®−îc ph©n gi¶i b»ng axit sunfuric ®Ó thu ®−îc monocanxi phètphat vµaxit octo phètphoric, sau ®ã khö n−íc, thu ®−îc axit metaphètphoric vµmetaphètphat, d¹ng nµy rÊt dÔ khö b»ng than ®Ó thu ®−îc phètpho nguyªn tè. C«ng nghÖ s¶n xuÊt phètpho trªn thÕ giíi liªn tôc ph¸t triÓn, ®· chuyÓntõ lß mét pha sang lß ba pha víi c«ng suÊt lín. N¨m 1927, mét nhµ m¸y ë§øc ®· x©y dùng 4 lß phètpho cã c«ng suÊt 11 MW. §©y lµ nhµ m¸y línnhÊt ch©u ¢u trong thêi gian dµi vµ phètpho ®· trë thµnh mét trong nh÷ngs¶n phÈm quan träng nhÊt ®−îc sö dông réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc. ë Nga, tõ n¨m 1917 ng−êi ta còng ®· b¾t ®Çu nghiªn cøu s¶n xuÊtphètpho b»ng lß ®iÖn, nh−ng ®Õn n¨m 1927 vÉn cßn s¶n xuÊt trong lß ®iÖnmét pha. N¨m 1931, Nga míi nghiªn cøu s¶n xuÊt trong lß ba pha. Lß s¶nxuÊt c«ng nghiÖp ba pha cña Nga lóc ®Çu chØ cã c«ng suÊt 1000 - 2000 KW(lß s¶n xuÊt phètpho ë Lµo Cai hiÖn kho¶ng 12.000 KW). N¨m 1963 c¸c nhµm¸y phètpho cña Nga ®· s¶n xuÊt trong lß c«ng suÊt 24 MW. N¨m 1969 c¸ckü s− Nga ®· thiÕt kÕ lß 50 MW, n¨m 1973 cho ra ®êi lß 72 MW vµ hiÖn nayNga ®· cã nh÷ng lß phètpho c«ng suÊt 80 MW. 42.2. Mét sè vÊn ®Ò vÒ nguyªn lý ®iÒu chÕ phètpho vµng B¶n chÊt cña qu¸ tr×nh th¨ng hoa phètpho tõ nguyªn liÖu phètphat lµdïng cacbon ®Ó khö phètpho trong quÆng phètphat th«ng qua hîp chÊt nãngch¶y (gäi lµ phètpho - silic) ë nhiÖt ®é kho¶ng 1450oC. Nh−ng ®Ó xØ dÔ ch¶yng−êi ta ph¶i n©ng nhiÖt ®é tíi 1600oC. V× vËy c«ng nghÖ s¶n xuÊt phètphovµng lµ mét trong nh÷ng c«ng nghÖ tiªu hao nhiÒu n¨ng l−îng nhÊt. §Ó gi¶mtiªu hao nhiÖt n¨ng cÇn quan t©m tíi nh÷ng vÊn ®Ò chÝnh nh− sau: - §¶m b¶o nhiÖt ®é nãng ch¶y cña hÖ ë møc thÊp - Tèc ®é khö phètpho cao - §¹t møc ®é khö cao nhÊt. Trong hÖ CaO - P2O5 - SiO2, ®iÓm etecti cã nhiÖt ®é 1350oC, t−¬ng øngvíi thµnh phÇn (% mol): P2O5 - 15,7, CaO - 42,1, SiO2 - 37,4. Tû lÖ SiO2:CaO = 0,89. Tû lÖ nµy gäi lµ m«®un axit, ký hiÖu lµ Ma. HÖ apatit-quaczit ®·®−îc nghiªn cøu kh¸ ®Çy ®ñ. Mèi quan hÖ gi÷a hµm l−îng P2O5 vµ Ma víinhiÖt ®é nãng ch¶y ®−îc thÓ hiÖn ë c¸c h×nh 1 vµ 2. H×nh 1. NhiÖt ®é nãng ch¶y cña hçn ...