III. Nguyên lý sản xuất phân lân nung chảy 1 Cơ sở hóa lý của phương pháp
3. Các quá trình xảy ra trong lò cao
Lò cao
1: Chuông nạp liệu
2: Thùng chứa của bộ phận nạp liệu
3: Lớp cách nhiệt của vỏ lò 4: Gạch chịu nhiệt của vỏ lò
5: Vỏ thân lò
6: Ống phân phối gió 7: Bọc nước làm mát
8: Lớp bột chịu lửa bảo vệ bọc nước 9: Cửa tháo liệu
10: Ống gió vào lò 11: Ống thoát khí
12: Chuông nạp nhiên liệu thứ 2 13: Phễu chứa liệu đỉnh lò
Có thể chia từ đỉnh lò đến đáy lò làm 4 khu vực:
3.1. Khu vực đỉnh lò
Khu vực này nhiệt độ khống chế trong khoảng 150 ÷ 700°C. Nếu thấp hơn hoặc bằng nhiệt độ bay hơi nước sẽ làm ngưng tụ hơi nước khiến bụi than sẽ bị kết dính. Ở nhiệt độ lớn hơn 150°C nhiên liệu vào lò bắt đầu bị bốc hơi. Ở nhiệt độ lớn hơn 500°C thì nước kết tinh trong secpentin thoát ra. Ở nhiệt độ lớn hơn 650°C thì nước kết tinh bay hết theo khí lò và secpentin bắt đầu bị phân hủy theo phản ứng:
Phản ứng thoát nước kết tinh ở 550°C:
Mg3Si4O11.3Mg(OH)2.H2O = H2O + Mg3Si4O11.3Mg(OH)2 - Ở 650°C:
Mg3Si4O11.3Mg(OH)2 = Mg3Si4O11 + 3 MgO + 3 H2O - Hơi nước tham gia vào phản ứng khử flo:
2 Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3 Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2 HF
3.2. Khu vực phân giải muối cacbonat
Nhiệt độ khoảng 730 ÷ 920°C xảy ra các phản ứng phân giải muối cacbonat và phản ứng hoàn nguyên kim loại Fe, Ni.
MgCO3 = MgO + CO2 CaCO3 = CaO + CO2
Fe2O3 + 3 C = 2 Fe + 3 CO Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2 NiO + CO = Ni + CO2
Vì tỷ trọng của Fe và Ni lớn hơn rất nhiều so với tỷ trọng phối liệu nên Fe và Ni lắng xuống đáy tạo thành xỉ feroniken. Hợp chất này được tháo qua cửa liệu hoặc đáy lò.
3.3. Khu vực hóa mềm và chảy lỏng
Khi nhiệt độ bắt đầu đạt 800°C quặng bắt đầu mềm và tiếp tục mềm dần cho tới nhiệt độ 1200°C thì nó bắt đầu chảy. Nhưng ở nhiệt độ này phối liệu vẫn chưa đủ linh động, nếu lấy ra ngay sẽ rất khó khăn.
Tại đây O2 không khí và than cháy mạnh hơn. Trong lò xảy ra các phản ứng: Phản ứng chính: 2C+O2=2CO
Phản ứng phụ:
C + H2O = CO+2H2 2CO + O2 = 2CO2
Cùng với đó là phản ứng khử F, hoàn nguyên Ni và P:
2Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O → 3Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2HF 4Ca5F(PO4)3 + 3SiO2 → 6Ca3(PO4)2 + 2CaSiO3 + SiF4
Hay có thể viết dạng tổng quát :
Ca10F2(PO4)6 + 3 (3MgO.SiO2.2H2O) → 3 (3MgO.3CaO.SiO2.P2O5.CaF)+6H2O Trong đó một phần CaF2 phản ứng với SiO2 và hơi nước:
CaF2 + SiO2 + H2O → CaSiO3 + 2 HF
3.4 Khu vực quá nhiệt
Nằm từ vùng tâm mắt gió trở xuống (nồi lò).
Nguyên nhiên liệu sau khi được chảy lỏng nhò quá trình cháy tiếp tục được nâng lên nhiệt độ từ 1300 – 1500°C. Tại nhiệt độ này chất lân sẽ ở trạng thái lỏng và rất linh động (vô định hình), hiệu suất chuyển hóa cao. Chất lân ở trạng thái này được tháo ra bởi 2 cửa ra liệu, làm lạnh đột ngột rồi tôi nhanh bằng nước có áp lực cao (lưu lượng nước gấp 15–20 lần lượng sản phẩm), ta thu được bán thành phẩm phân lân ở dạng vô định hình. Bán thành phẩm được nước áp lực cao đẩy về bể tôi.