[发明专利]一种高纯黄磷的精制分离方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及磷化工中高纯黄磷的分离方法及装置，特别涉及一种采用减压间歇精馏提纯高纯黄磷的分离方法及装置。

背景技术

黄磷又称白磷，是一种重要的基础工业原料，纯白磷是外观有光泽的白色腊状固体，在光和热的作用下很快变色黄色，因此常称为黄磷。高纯黄磷是磷化工产品的高附加值产品，随着高品质磷化学品和半导体领域的发展，市场对黄磷产品的质量提出了较高的要求，特别使从工业级黄磷生产的从4N到7N级的高纯黄磷更是受到许多领域的认可。

我国是黄磷生产大国，但目前基本上都是生产低端产品，致使出现一方面大量低价出口工业黄磷，另一方面又以昂贵的价格进口高纯磷，目前我国高纯黄磷的生产还处于空白阶段这对我国精细磷化工的发展是极为不利的。但由于黄磷自身的特殊性质，从安全性、经济性、反应条件和过程等方面综合考虑，其纯化技术难度较大其关键技术在国内相关领域内一直没有突破，目前只有德国、法国、美国、日本等少数国家拥有此项技术且长期对此技术进行技术封锁。

工业黄磷中的杂质主要有砷、有机物、硅、硫、铁和金属等杂质，砷主要以砷酸盐形式存在于磷矿石中，由于磷和砷属于同一主族相邻的两种元素，具有许多相似的物理化学性质，在生产过程还原磷的同时也还原了砷，绝大部分砷富主要以磷化砷的形式存在于产品黄磷中，且磷、砷之间易产生共结晶使其分离比较困难；同时电炉内的焦炭(或电极糊)中的挥发分随磷炉气进入冷凝系统，大部分与磷蒸汽一起被冷凝成液态，形成黄磷中的有机物(主要以烃类、酚类及多原子芳烃)与黄磷的亲和能力较强，分离也比较困难；另外高温区的少量氟与二氧化硅生成SiF4气体，在冷凝时一部分水解成胶态二氧化硅也混入黄磷中，因此高纯黄磷的净化主要是砷、硅、有机碳和金属离子等杂质的净化。

目前在国内外的文献中报道了提纯工业黄磷的方法有化学法和物理法。美国专利的UP4483746公开了一种采用物理法黄磷纯化的工艺，其采用简单蒸馏对其黄磷进行提纯，经精制分离的黄磷砷含量为1.0PPM左右，总的杂质金属离子为100ppm；文献(无机盐化工，2004，36(2)：24～28)在实验实阶段研究了采用氧化剂然后通过萃取+吸附的方法对黄磷进行纯化分离的方法；文献(Chemical Ing Tech，1964，26：957-959)研究了采用区域熔融法提纯工业黄磷的方法，但其提出效率较低；文献研究采用电磁净化法精制黄磷的方法，其方法不需要添加化学试剂，能耗少，但其研究处于起步阶段，尚无法进行工业应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高纯黄磷的精制分离方法及装置，采用该装置提纯的高纯黄磷中砷含量低于50ppb，总金属离子杂质的含量低于10ppm，同时该方法具有操作控制方便、能耗较少和分离效率高的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高纯黄磷的精制分离装置，原料储罐与塔釜连接，精馏塔位于塔釜上方，冷凝器一端与精馏塔的塔顶连接，另一端与回流罐连接，回流罐通过回流流量计与精馏塔的塔顶连接，回流罐通过产品流量计与前馏分罐和产品罐连接，产品罐出口管线与产品收集槽连接；

真空泵通过缓冲罐与冷凝器、回流罐前馏分罐和产品罐连接；

氮气罐与原料储罐、冷凝器、回流罐、前馏分罐和产品罐连接。

塔釜上设有导热油膨胀槽。

前馏分罐和产品罐的出口管线还与塔釜连接。

一种应用上述装置精制分离高纯黄磷的方法，包括以下步骤：

1)对系统进行抽真空-氮气充压置换过程，经三次循环置换后，工业黄磷由原料储罐经真空自吸到塔釜，同时往塔釜中注入原料量1/3的去离子水。

2)开启真空泵并打开装置相关的阀门，使装置内压力维持在10.0Pa～12.0Pa。

3)调节导热油膨胀槽的温度控制系统加热塔釜，当塔釜内发生液泛后降低加热电压并逐渐调节导热油加热温度使塔釜稳定在178.0～180.0℃，并维持进行全回流操作；

4)全回流操作1±0.2小时后，调节回流流量计和产品流量计的阀门开度，使其回流比维持在8∶1进入前馏分罐；

5)待前馏分罐收集200±10ml时，且塔顶回流头温度一直维持在116.0～118.0℃，然后调节回流流量计和产品流量计的阀门，使回流比控制在10∶1，进入产品罐；

6)随着产品的采出，待塔顶温度高于118.0℃时，即可停止采出，产品进入产品收集槽中；

通过以上步骤获得产品含砷量＜40ppb，总金属离子含量＜8ppm的高纯黄磷。