磷科學(xué)前沿與技術(shù)叢書--磷化工節(jié)能與資源化利用

本書為“磷科學(xué)前沿與技術(shù)叢書”分冊(cè)之一。本書重點(diǎn)闡述了磷化工節(jié)能與資源化利用的關(guān)鍵技術(shù)，包括黃磷的生產(chǎn)工藝，黃磷尾氣的資源化利用；熱法磷酸生產(chǎn)中反應(yīng)熱的回收與利用以及全熱能回收利用系統(tǒng)；濕法磷酸的節(jié)能技術(shù)及伴生資源碘、氟的回收利用，磷石膏的利用；微化工技術(shù)和超重力技術(shù)的應(yīng)用；含磷廢水的處理與回收等。同時(shí)，提出了以創(chuàng)新思維構(gòu)建原子經(jīng)濟(jì)綠色磷化工發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈，建立資源節(jié)約型、技術(shù)創(chuàng)新型和環(huán)境友好型磷化工產(chǎn)業(yè)。
本書可供磷化工及其相關(guān)行業(yè)的設(shè)計(jì)技術(shù)人員、工程技術(shù)人員及生產(chǎn)管理人員閱讀和參考。

1.內(nèi)容新穎，與時(shí)俱進(jìn)，緊扣緊扣磷化工產(chǎn)業(yè)節(jié)能與資源化利用的新發(fā)展、新特點(diǎn)，展現(xiàn)新技術(shù)。 2.通過介紹正在探索中的發(fā)展理念和有發(fā)展前途的新型技術(shù)，提出構(gòu)建原子經(jīng)濟(jì)綠色磷化工發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈，建立資源節(jié)約型、技術(shù)創(chuàng)新型和環(huán)境友好型磷化工產(chǎn)業(yè)。

磷化學(xué)工業(yè)是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的重要組成部分，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是發(fā)展高新技術(shù)的重要支撐。我國磷化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)品種類眾多，國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)，磷肥、黃磷、磷酸、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和磷酸氫鈣等的產(chǎn)能和產(chǎn)量位居世界第一，磷肥、黃磷產(chǎn)量分別占世界總產(chǎn)量的35%、85%，是名副其實(shí)的世界磷化工生產(chǎn)大國。
2016年，為了應(yīng)對(duì)全球氣候變化，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，全球178個(gè)國家簽署了《巴黎協(xié)定》。2021年4月22日，中國首次在“領(lǐng)導(dǎo)人氣候峰會(huì)”上提出“共同構(gòu)建人與自然生命共同體”的建議。2022年3月發(fā)布的《政府工作報(bào)告》中提出：“有序推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和工作。落實(shí)碳達(dá)峰行動(dòng)方案?！薄巴七M(jìn)綠色低碳技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用，建設(shè)綠色制造和服務(wù)體系，推進(jìn)鋼鐵、有色、石化、化工、建材等行業(yè)節(jié)能降碳”。國家發(fā)布的《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南（2022年版）》，對(duì)黃磷行業(yè)和磷銨行業(yè)節(jié)能降碳改造升級(jí)提出明確要求。
如何實(shí)現(xiàn)磷化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的節(jié)能減排、低碳環(huán)保，是磷化工工作者和廣大讀者關(guān)心的熱點(diǎn)問題。進(jìn)入21世紀(jì)，我國磷化工行業(yè)在節(jié)能環(huán)保和資源化利用方面取得了眾多科研成果，積累了豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。總結(jié)這些成果和經(jīng)驗(yàn)，既可以促進(jìn)磷化工產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排，也有助于磷化工科技成果的轉(zhuǎn)化，推動(dòng)我國磷化工產(chǎn)業(yè)的綠色低碳發(fā)展。
本書以磷為主線，重點(diǎn)論述了黃磷、熱法磷酸和濕法磷酸的生產(chǎn)工藝、節(jié)能技術(shù)和資源化利用。在內(nèi)容上力求取材新穎，與時(shí)俱進(jìn)，緊扣國內(nèi)外磷化工產(chǎn)業(yè)節(jié)能與資源化利用的新發(fā)展、新趨勢(shì)和新特點(diǎn)，展現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)。本書既描述了已有成熟的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，也介紹了一些正在探索中的發(fā)展理念和有發(fā)展前途的新型技術(shù)，以啟迪人們的創(chuàng)新思維。本書具有明確的產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向，提出了以創(chuàng)新思維構(gòu)建原子經(jīng)濟(jì)綠色磷化工發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈，建立資源節(jié)約型、技術(shù)創(chuàng)新型和環(huán)境友好型磷化工產(chǎn)業(yè)。
本書由國內(nèi)磷化工界知名人士、企業(yè)家和專家學(xué)者組成編委會(huì)，昆明理工大學(xué)、云南磷化集團(tuán)有限公司、國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心、清華大學(xué)、中北大學(xué)、湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司相關(guān)專家全面整理了國內(nèi)外開展的磷化工科研和技術(shù)創(chuàng)新工作后共同編寫而成。
《磷化工節(jié)能與資源化利用》共分7章。第1章由梅毅教授（昆明理工大學(xué)）撰寫，簡(jiǎn)要介紹了磷化工的國內(nèi)外發(fā)展概況，磷化工分類，磷化工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。第2章由劉麗芬正高級(jí)工程師（云南磷化集團(tuán)有限公司、國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心）撰寫。該章從磷礦的成因、特點(diǎn)出發(fā)，介紹了磷礦的開采方法與技術(shù)；根據(jù)下游磷礦加工的需求，針對(duì)不同磷礦特點(diǎn)，闡述了不同選礦方法與工藝、設(shè)備，提出了磷礦資源化利用關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)。第3章由黃勝超高級(jí)工程師（湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司）、李凱教授（昆明理工大學(xué)）撰寫。該章結(jié)合國內(nèi)外黃磷生產(chǎn)發(fā)展技術(shù)，全面總結(jié)了黃磷生產(chǎn)近年來的工藝和設(shè)備創(chuàng)新技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)黃磷尾氣資源化利用的原理、方法、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述。第4章由梅毅教授、聶云祥副教授（昆明理工大學(xué)）撰寫，全面總結(jié)了熱法磷酸近20年的技術(shù)進(jìn)步，介紹了熱法磷酸從傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝需要冷卻水帶走黃磷燃燒熱、水化熱的狀況，到2003年實(shí)現(xiàn)黃磷反應(yīng)熱的回收與利用，再發(fā)展到2020年的熱法磷酸全熱能回收，展示了我國對(duì)國際熱法磷酸、五氧化二磷、電子級(jí)磷酸生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的貢獻(xiàn)。第5章由何賓賓正高級(jí)工程師（昆明理工大學(xué)、國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心）撰寫。該章以濕法磷酸、磷銨生產(chǎn)現(xiàn)狀為引導(dǎo)，闡述了濕法磷加工節(jié)能面臨的問題和應(yīng)對(duì)措施、技術(shù)方法，重點(diǎn)介紹了伴生資源碘、氟的回收技術(shù)，論述了制約濕法磷加工固體廢物磷石膏的現(xiàn)狀、應(yīng)用途徑、方法。第6章由呂陽成教授（清華大學(xué)）、焦緯洲教授（中北大學(xué)）撰寫。該章介紹了微化工、超重力過程強(qiáng)化的發(fā)展歷程、技術(shù)原理，結(jié)合磷化工實(shí)際，展示了微化工、超重力過程強(qiáng)化在磷化工方面的實(shí)際應(yīng)用案例及其發(fā)展前景。第7章由王馳教授（昆明理工大學(xué)）撰寫，該章針對(duì)磷化工普遍存在的含磷廢水處理難、成本高的問題，介紹了不同含磷廢水的處理方法，結(jié)合實(shí)際案例，重點(diǎn)介紹了含磷廢水制備飼料級(jí)磷酸氫鈣、黃磷生產(chǎn)廢水的處理與回收。全書主要由梅毅教授統(tǒng)稿、審稿，王馳教授也參與了統(tǒng)稿工作。
本書的撰寫得到了昆明理工大學(xué)、云南磷化集團(tuán)有限公司、國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心、清華大學(xué)、中北大學(xué)、湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司、云南省磷化工節(jié)能與新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持，其中的許多技術(shù)來自于參編單位的技術(shù)創(chuàng)新成果，因?yàn)槠拗?，無法將所有人員作一一說明，在此，對(duì)所有為本書作出貢獻(xiàn)的專家、企業(yè)家、學(xué)者、博士生、碩士生表示衷心感謝！ 
由于磷化工節(jié)能與資源化包括的范圍極其廣泛，許多技術(shù)也在不斷進(jìn)步和完善，且限于篇幅、時(shí)間和編者水平，書中疏漏或不妥之處在所難免，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

編著者
2023年5月

1 概況	001
1.1 磷化工發(fā)展歷程、分類與用途	002
1.1.1 磷化工發(fā)展歷程	002
1.1.2 磷化工分類與用途	006
1.2 磷資源開發(fā)與利用	007
1.3 磷化工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)	010
參考文獻(xiàn)	015

2 磷礦開采與選礦	017
2.1 磷礦的成因與特點(diǎn)	018
2.2 磷礦開采	020
2.2.1 磷礦開采工藝	020
2.2.2 開采設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)	024
2.3 磷礦選礦	025
2.3.1 磷礦選礦的理論基礎(chǔ)及方法	025
2.3.2 磷礦特點(diǎn)及選礦工藝特點(diǎn)	040
2.4 磷礦資源化利用關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)	042
2.4.1 云南省磷塊巖磷礦選礦歷程	043
2.4.2 浮選設(shè)備大型化和大型浮選柱開發(fā)及應(yīng)用	044
參考文獻(xiàn)	060

3 黃磷節(jié)能與資源化利用	063
3.1 黃磷生產(chǎn)原理與工藝 	064
3.1.1 黃磷生產(chǎn)原理	064
3.1.2 黃磷生產(chǎn)工藝	065
3.1.3 原料對(duì)電爐反應(yīng)的影響	066
3.2 黃磷生產(chǎn)節(jié)能技術(shù) 	069
3.2.1 黃磷生產(chǎn)耗能分析 	069
3.2.2 黃磷生產(chǎn)節(jié)能的技術(shù)途徑	071
3.2.3 磷爐渣回收	073
3.2.4 磷鐵資源化利用	079
3.2.5 泥磷回收	080
3.2.6 智能制造	084
3.2.7 降低磷礦還原溫度	087
3.3 黃磷尾氣的資源化利用	096
3.3.1 黃磷尾氣組成	096
3.3.2 黃磷尾氣的凈化方法	100
3.3.3 黃磷尾氣作燃?xì)?113
3.3.4 黃磷尾氣制甲酸鈉（鉀） 	121
3.3.5 黃磷尾氣制甲醇	122
3.3.6 黃磷尾氣制合成氨	127
3.3.7 黃磷尾氣部分變換制原料氣技術(shù)	128
參考文獻(xiàn)	130

4 熱法磷酸節(jié)能技術(shù)	133
4.1 熱法磷酸傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝	134
4.2 黃磷反應(yīng)熱的回收與利用	138
4.2.1 利用自然空氣燃燒黃磷并回收黃磷燃燒熱的二步法技術(shù)原理	138
4.2.2 具有回收黃磷反應(yīng)熱裝置的熱法磷酸生產(chǎn)工藝	144
4.2.3 具有黃磷燃燒熱回收功能的燃磷塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)	146
4.2.4 熱法磷酸有效能分析模型	148
4.2.5 具有中部輻射換熱功能的燃磷塔有效能分析	153
4.2.6 具有錐形膜式水冷壁和對(duì)流換熱器的燃磷塔	171
4.3 熱法磷酸全熱能回收利用系統(tǒng)	178
參考文獻(xiàn)	186

5 濕法磷加工節(jié)能與資源化利用	189
5.1 濕法磷酸生產(chǎn)工藝	190
5.1.1 二水法濕法磷酸 	193
5.1.2 半水法濕法磷酸	195
5.1.3 半水-二水法濕法磷酸 	196
5.1.4 二水-半水法濕法磷酸 	197
5.2 磷礦雜質(zhì)對(duì)濕法磷酸生產(chǎn)的影響	198
5.3 濕法磷酸生產(chǎn)節(jié)能	201
5.4 磷銨生產(chǎn)工藝與節(jié)能	207
5.4.1 預(yù)中和氨化粒化法	208
5.4.2 料漿濃縮-噴漿造粒法	213
5.4.3 磷銨生產(chǎn)節(jié)能	213
5.5 濕法磷酸伴生資源利用	224
5.5.1 碘回收	225
5.5.2 氟的回收	232
5.6 磷石膏的利用	240
5.6.1 磷石膏用于生態(tài)修復(fù)與礦山充填	241
5.6.2 磷石膏用于水泥緩凝劑	242
5.6.3 磷石膏用于建筑材料	243
5.6.4 磷石膏作填料	246
5.6.5 磷石膏作筑路材料	249
5.6.6 磷石膏作土壤調(diào)理劑	250
5.6.7 磷石膏與天然石膏、脫硫石膏制品的比較	251
5.6.8 磷石膏制酸	253
5.6.9 磷石膏制硫酸鹽	258
參考文獻(xiàn)	261

6 磷化工過程強(qiáng)化技術(shù)	265
6.1 微化工技術(shù)	266
6.1.1 微化工技術(shù)發(fā)展歷程	266
6.1.2 微化工技術(shù)基本原理和特點(diǎn)	268
6.1.3 微化工設(shè)備	271
6.1.4 微化工過程的流動(dòng)和傳遞特性	275
6.1.5 基于微化工設(shè)備的分離過程強(qiáng)化	277
6.1.6 基于微化工設(shè)備的反應(yīng)過程強(qiáng)化	279
6.1.7 微化工技術(shù)在磷化工中的應(yīng)用	280
6.2 超重力技術(shù)	290
6.2.1 超重力旋轉(zhuǎn)填料床的類型	293
6.2.2 超重力旋轉(zhuǎn)填料床流體力學(xué)性能	296
6.2.3 超重力旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)性能	299
6.2.4 超重力技術(shù)在磷化工方面的應(yīng)用	300
參考文獻(xiàn)	311

7 含磷廢水的處理與回收	315
7.1 含磷廢水的危害與治理要求	316
7.2 含磷廢水治理與回收的意義	318
7.3 化學(xué)法除磷	320
7.3.1 鈣法	321
7.3.2 磷酸銨鎂法	322
7.3.3 鐵法與鋁法	325
7.4 生物法除磷	326
7.5 吸附法除磷	332
7.6 膜分離法除磷	336
7.7 含磷廢水的應(yīng)用案例 	337
7.7.1 含磷廢水制備飼料級(jí)磷酸氫鈣	337
7.7.2 黃磷生產(chǎn)廢水的處理與回收	339
7.7.3 含磷廢水中有機(jī)磷——草甘膦的回收利用	342
7.8 污染水域的修復(fù)	345
7.8.1 控制外源物質(zhì)輸入	346
7.8.2 減少內(nèi)源性物質(zhì)負(fù)荷	347
7.8.3 原位生物控制技術(shù)	348
7.8.4 植物修復(fù)	348
7.8.5 原位覆蓋控制技術(shù)	349
7.8.6 生物-生態(tài)技術(shù)	350
7.8.7 滇池水域的污染治理	350
參考文獻(xiàn)	352

索引		356