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脱磷处理技术脱磷处理技术在环境保护领域中扮演着至关重要的角色。
磷是一种重要的营养元素，然而过量的磷排放却会导致水体富营养化，从而引发湖泊和河流的水质恶化，对生态环境造成严重影响。
有效的脱磷处理技术对于保护水体生态环境、维护可持续发展至关重要。
本文将从脱磷处理技术的原理、方法和应用等方面进行探讨，旨在全面了解该技术在环境治理中的重要性和必要性。
一、脱磷处理技术的原理脱磷处理技术主要通过物理、化学、生物等方式，将水体中的磷去除或转化成难以被生物吸收的形式，从而降低水体中的磷含量。
这些方法包括化学沉淀、吸附剂去除、生物吸附、生物降解等。
化学沉淀是应用最为广泛的脱磷技术之一，通过加入化学混凝剂使得水中的磷形成不溶性沉淀物而被去除。
吸附剂的去除原理则是通过吸附剂表面的吸附作用将水中的磷吸附到固体表面上，从而实现脱磷的效果。
生物吸附和生物降解则是利用微生物的作用来去除水中的磷，通过微生物的代谢活动使得磷被转化或吸附到生物体内，从而降低水体中的磷含量。
二、常见的脱磷处理技术1. 化学沉淀法化学沉淀法是目前应用最为广泛的脱磷处理技术之一。
其原理是通过加入化学混凝剂，如铝盐、铁盐等，使得水中的磷与化学混凝剂发生反应生成不溶性的沉淀物，从而达到脱磷的效果。
这种方法操作简单，处理效果稳定，适用于不同类型的水体处理。
2. 生物吸附法生物吸附法是利用有机或无机吸附剂对水中的磷进行吸附，从而实现脱磷的技术。
这种方法适用于在生物处理系统的后期，通过添加吸附剂来吸附水中的残余磷，达到进一步去除磷的目的。
3. 生物降解法生物降解法主要通过微生物的作用来将水中的磷转化或吸附到生物体内，从而实现脱磷的效果。
这种方法不仅能够去除水体中的磷，还可以利用微生物的作用来降解有机废水中的磷源物质，具有较好的处理效果。
三、脱磷处理技术的应用与展望脱磷处理技术已经在各类污水处理工程、工业废水处理工程以及城市生活污水处理工程中得到了广泛的应用，并取得了显著的效果。
脱磷采用熔渣脱除高含磷稀土硅化物合金中的磷将是有效的方法之一。
熔渣脱磷大致分为氧化脱磷、还原脱磷和弱氧脱磷。
氧化脱磷多采用CaO、BaO 渣系还原脱磷主要采用活性钙基渣, 发生的脱磷反应为: 2 [ P ] + 3Ca (液) =(Ca3P2) ; 弱氧脱磷则采用CaF2、BaF2渣系。
所有以上这些脱磷渣系, 均是通过生成Ca、Ba 的磷酸盐或磷化物, 再复合成各种渣, 达到脱除合金中磷的目的。
在铁合金精炼中, 常用氧化脱磷工艺, 使用碱性渣系, 如BaO - BaCl2系、CaO - CaCl2 系及其混合渣系。
为了提高渣系的脱磷能力, 可以配入弱氧化剂FeO 等。
有的工艺采用以BaCO3- CaCO3, 配以N a2CO3、L i2CO3、FeO、CaF2为辅料的渣系进行脱磷。
采用吹CO2、O2气体精炼硅铁合金的方法以及真空和摇包之类的手段, 理论上对稀土硅化物合金精炼都具有一定的参考价值熔渣脱磷大致分为氧化脱磷、还原脱磷和弱氧脱磷。
氧化脱磷多采用CaO、BaO 渣系; 还原脱磷主要采用活性钙基渣, 发生的脱磷反应为: 2 [ P ] + 3Ca (液)=(Ca3P2) ; 弱氧脱磷则采用CaF2、BaF2渣系。
所有以上这些脱磷渣系, 均是通过生成Ca、Ba 的磷酸盐或磷化物, 再复合成各种渣, 达到脱除合金中磷的目的。
常用氧化脱磷工艺, 使用碱性渣系, 如BaO - BaCl2系、CaO - CaCl2系及其混合渣系。
为了提高渣系的脱磷能力, 可以配入弱氧化剂FeO 等。
有的工艺采用以BaCO3 - CaCO3, 配以N a2CO3、L i2CO3、FeO、CaF2为辅料的渣系进行脱磷。
关于钢渣脱磷的相关技术1、钢渣生产磷肥钢渣磷肥是高磷铁水在炼钢过程中通过加入石灰等造渣剂进行吹炼后的形成的高磷钢渣，再通过将钢渣冷却后进行破碎、磁选使渣铁分离后，剩余的钢渣经过球磨后得到的枸溶性钢渣磷肥。
其中大多是灰黑色。
主要有效成分是磷酸四钙Ca4(PO4)2O和硅酸钙的固溶体，并含有镁、铁、锰等元素。
根据钢渣中P2O5含量不同而进行不同的用途，其中P2O5含量大于10%（P含量大于4.37%）的用于磷肥，P2O5含量在4～7%（P含量在1.748～3.059%）的用于土壤改良剂。
而从目前攀钢钢渣磁选后的钢渣粉料检测结果看，其P含量远达不到用于生产磷肥的技术指标要求。
2、碳脱磷技术该技术主要是在转炉出钢后，渣呈熔融状态时，利用石墨、焦炭、煤粉等碳质材料作为还原剂进行吹氧还原脱磷，可使渣中60%的磷进入铁碳合金，40%的磷被气化。
该方法脱磷率虽然较高，但是需要在高温下进行，对温度要求较高，成本较大，热消耗较大。
3、化学脱磷技术该技术主要是采用硫酸或盐酸对钢渣进行脱磷处理。
经酸浸脱磷处理后，钢渣中磷含量小于0.1%，脱磷率在90%以上，脱磷效果较好。
但由于采用酸性物质进行脱磷，在钢渣中难免会带来SO42-、Cl-对钢渣的下一步利用将造成一定的影响。
同时由于采用酸进行脱磷，也会造成一定的环保问题。
酸浸脱磷技术的主要原理如下：由于钢渣中的磷主要以Ca5(PO4)3(磷灰石)形式存在,所以利用磷灰在强酸条件下可以生产磷酸二氢钙（可做化肥）存在于溶液中进行酸性脱磷。
[Ca10(PO4)6(CO3)]+12H+→3Ca(H2PO4)2+7Ca2++CO32-图1 钢渣化学脱磷工艺流程图4、利用微波对钢渣进行脱磷该技术主要是在钢渣中配加适量的碳材质，以微波加热为热源，在1100℃～1400℃温度范围内，对钢渣进行脱磷和铁还原。
其中脱磷率可达到80%以上，同时还可生成铁碳合金球。
该方法脱磷效果较好，但需要对其整体成本进行详细的效益分析。
转炉脱磷工艺近年来，随着我国钢材的发展，对低磷钢的生产要求越来越高，对高级别钢特别是低磷钢的需求大大增加，这些产品对钢中磷的质量分数提出了很高的要求，大多要求磷含量低于0.015%；低温用钢管、特殊深冲钢、镀锡板要求钢中磷低于0.010%；一些航空、原子能、耐腐蚀管线用钢要求磷低于0.005%，所以超低磷钢将成为以后发展的主要方向。
下面是关于国内外对超低磷钢的生产研究。
以及现场的一些主要工艺过程。
一国际上对超低磷钢的研究日本发明的转炉脱磷工艺主要方法有：JFE的LD-NRP法，住友金属的SRP法，神户制钢的H炉，新日铁的LD-ORP法和MURC法。
其操作方式住友有两种，第一种是采用两座转炉双联作业，一座是脱磷，另一座接受来自脱磷炉的低磷铁水脱碳，即“双联法”，典型的双联法工艺流程为：高炉铁水—铁水预处理—转炉脱磷—转炉脱碳—二次精炼—连铸;第二种是在同一座转炉上进行铁水脱磷和脱碳，类似传统的“双渣法”。
德国发明的转炉脱磷工艺：TBM工艺（蒂森底吹技术)目前双联法是生产超低磷钢的最先进转炉炼钢法，其主要优势是：炉内自由空间大，允许强烈搅拌钢水，顶吹供氧，高强度底吹，不需要预脱硅，废钢比较高，炉渣碱度比较低，渣量低，处理后铁水温度较高（1350），脱磷效率明显提高。
1转炉脱磷新工艺1.1JFE福山制铁所福山制铁所，有两个炼钢厂（第二炼钢厂和第三炼钢厂）。
该制铁所是日本粗钢产量最好的厂家。
第三炼钢厂有2座320T的顶底复吹转炉，采用LD-NRP工艺（双联法），一座转炉脱磷，另一座转炉脱碳，转炉脱磷能力为450万t/a。
该厂1999年开始全量铁水转炉脱磷预处理。
转炉脱磷指标：吹炼时间为10分钟，废钢比为7%~10%；氧气流量为30000立方米/h，底吹气体为3000立方米/h；石灰消耗为10~15kg/t。
转炉脱碳指标：炉龄低于脱磷转炉，转炉在炉役前期用于脱碳，炉役后期用于脱磷，炉龄约7000炉；石灰消耗5~6kg/t。
高碱度合金脱磷
高碱度合金脱磷是指在高碱度环境下，利用合金中的磷元素与碱度成分反应，将其从合金中去除的过程。
这种脱磷方法通常用于钢铁冶炼和铸造行业，以降低合金中的磷含量，改善合金的力学性能和耐腐蚀性。
高碱度合金脱磷的原理是利用高碱度成分（如CaO、MgO、BaO等）与合金中的磷元素反应，生成不溶于水的磷酸盐，从而将其从合金中去除。
同时，高碱度还可以抑制磷元素的蒸发和扩散，提高脱磷效率。
高碱度合金脱磷的方法包括：
1. 炉内脱磷：将高碱度成分加入到炼钢炉或铸造炉中，通过控制炉内温度和碱度成分的浓度，使合金中的磷与碱度成分反应，生成磷酸盐并从合金中去除。
2. 炉外脱磷：将合金熔体倒入脱磷炉中，向熔体中加入高碱度成分，控制温度和浓度，使合金中的磷与碱度成分反应，生成磷酸盐并从合金中去除。
高碱度合金脱磷的优点包括：
1. 脱磷效率高：高碱度环境下，磷与碱度成分反应速度快，生成的磷酸盐不溶于水，容易从合金中去除。
2. 改善力学性能：降低合金中的磷含量，可以改善合金的韧性、塑性和耐腐蚀性。
3. 拓宽应用范围：高碱度合金脱磷适用于不同种类和成分的合金，可根据实际需求进行调控。
需要注意的是，高碱度合金脱磷过程中需要严格控制温度和浓度，以免造成炉衬材料的腐蚀和合金中其他元素的损失。
同时，生成的磷酸盐需要妥善处理，以免对环境造成污染。
转炉脱磷工艺分析研究摘要：本文主要研究近年来脱磷的方法，一些防止冷脆和回磷的措施，复吹转炉成渣过程对脱磷的影响，高磷铁水脱磷效率影响因素等。
关键词：脱磷；炉渣碱度；速率；预熔脱磷剂；高磷铁水Abstract Research in recent years dephosphorization method, some of the phosphorus to prevent cold crisp and return measures, blowing converter process for dephosphorization slag into theimpact of high phosphorus hot metal dephosphorization efficiency influencing factors. Keywords: dephosphorization; slag basicity; rate; pre-melting dephosphorization agent; high phosphorus hot meta前言脱除钢液中有害杂质磷的物理化学过程。
在高炉炼铁时，原料中的磷几乎全部还原到生铁中，随着铁矿石磷含量的不同，生铁中的磷可达0.1％～1.0％，特殊的可高达2.0％以上。
铁合金中同理也含有相当多磷。
磷使钢材在低温下变脆，即产生“冷脆”现象。
实验研究证明，磷在钢凝固过程中偏析聚集在晶界处，很少量的磷，例如0.01％(100ppm)即可使钢呈现低温脆性。
冶炼普通钢要求将磷降到0.030％～0.040％，而低温用钢如寒冷地带钻井平台用钢、液化气体储存和输送用钢等要求含磷低到0.002％～0.003％(即20～30ppm)。
因此，脱磷是炼钢过程的主要任务之一。
2．转炉的脱磷2.1转炉脱磷的基本原理通常认为，磷在钢中是以[Fe3P]或[Fe2P]的形式存在，为方便起见，均用[P]表示。
炼钢过程中的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后与（CaO）结合成稳定的磷酸钙，其反应式可表示为：2[P]+5(FeO)+4(CaO)==(4CaO·P2O5)+5[Fe] 或2[P]+5(FeO)+3（CaO）=(3CaO2·P2O5)+5[Fe]2.2影响脱磷的因素影响脱磷的因素影响脱磷的因素影响脱磷的因素磷的氧化在钢渣界面进行，按炉渣分子理论的观点，反应式如下：2[P]+5(FeO)=（P2O5）+5[Fe]---Q1（1）3（FeO）+（P2O5）=（3 FeO·P2O5）---Q（2）（3 FeO·P2O5）+4(CaO)= (4CaO·P2O5)+ 3（FeO）---Q（3）有式（1），（2），（3）可推导出（4）：2[P]+5（FeO）+4（CaO）=(4CaO·P2O5)+5[Fe]---(4)式（4）表明，高碱度、高氧化性渣对脱磷有利，去磷是放热反应，故从热力学讲低温条件有利于去磷反应的进行。
（1）氧化性对炉渣去磷能力影响的理论分析由上式不难看出（FeO）在脱磷过程中起双重作用，一方面作为磷的氧化剂起氧化磷的作用；另一方面充当把（P2O5）结合成（3 FeO·P2O5）的基础化合物的作用。
可以认为渣中存在（FeO）是去磷的必要条件。
由于（3 FeO·P2O5）在高于1470℃时不稳定的，因此只有当熔池内石灰熔化后生成稳定的化合物(4CaO·P2O5)才能达到去磷的目的。
（2）炉渣碱度对炉渣去磷能力的影响理论分析CaO具有较强的脱磷能力，(4CaO·P2O5)在炼钢温度下很稳定，因此，提高炉渣碱度可以提高脱磷的效率。
但不能无止尽的提高炉渣的碱度，如果CaO加入过多，炉渣的熔点增大，CaO颗粒不能完全熔入炉渣，则导致炉渣的流动性减弱，黏度增强，从而影响脱磷反应在钢液与炉渣之间的界面进行而降低脱磷效果。
另外，炉渣碱度与氧化铁的活度也有关系，过高碱度减少氧化铁的活度，从而降低脱磷效果。
（3）温度对炉渣去磷能力影响的理论分析温度对去磷反应的影响从两个方面来看：一方面，去磷反应是放热反应，高温不利于去磷，然而，熔池温度的提高，将加速石灰的熔化，提高熔渣碱度，从而提高磷在炉渣和钢水中的分配比；另一方面，高温能提高渣的流动性，能加强渣—钢界面反应，提高去磷速度，所以过低的温度不利于去磷。
总之脱磷的条件为：高碱度、高（FeO）含量（氧化性）、良好的流动性熔渣、充分的熔池搅动、适当的温度及大渣量。
2.3冷脆现象冷脆现象冷脆现象冷脆现象磷是钢中有害杂质之一。
含磷较多的钢,在室温或更低的温度下使用时,容易脆裂，称为“冷脆”。
钢中含碳越高，磷引起的脆性越严重。
一般普通钢中规定含磷量不超过0.045％，优质钢要求含磷更少。
生铁中的磷，主要来自铁矿石中的磷酸盐。
氧化磷和氧化铁的热力学稳定性相近。
在高炉的还原条件下，炉料中的磷几乎全部被还原并溶入铁水。
如选矿不能除去磷的化合物，脱磷就只能在（高）炉外或碱性炼钢炉中进行。
2.4回磷现象回磷现象回磷现象回磷现象所谓的回磷现象，就是磷从熔渣中又返回到钢液中。
成品钢中磷含量高于终点钢中的磷含量也属于回磷现象。
熔渣的碱度或氧化亚铁含量降低，或石灰划渣不好，或温度过高等，均会引起回磷现象。
出钢过程中，由于脱氧合金加入不当，或出钢下渣，或合金中磷含量较高等因素，也有导致成品钢中磷高于终点钢[P]含量。
由于脱氧，炉渣碱度、（FeO）含量降低，钢包内有回磷现象，反应式如下：2（FeO）+[Si]==(SiO2)+2[Fe](FeO)+[Mn]==(MnO)+[Fe]2(P2O5)+5[Si]==5(SiO2)+4[P](P2O5)+5[Mn]==5(MnO)+2[P]3(P2O5)+10[Al]==5(Al2O3)+6[P]通常采用避免钢水回磷措施：挡渣出钢，尽量避免下渣；适当提高脱氧前碱度；出钢后向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；尽可能采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包改质剂。
2. 5 还原脱磷还原条件下进行脱磷近年来也很受关注，要实现还原脱磷，必须加入比铝更强的脱氧剂，使钢液达到深度还原。
通常加入Ca，Ba或CaC2等强还原剂。
还原脱磷反应：3[Ca]+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)3[Ba]+2[P]===3(Ba2+)+2(P3-)3CaC2(s)+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)+6[C]还原脱磷加入强还原剂的同时，还需加入CaF2，CaO等熔剂造渣。
还原脱磷一般是在金属不宜用氧化脱磷的情况下使用，如含铬高的不锈钢，采用氧化脱磷会引起铬的大量氧化。
还原脱磷后的渣应立即去除，否则渣中P3-又会被重新氧化成PO43-而造成回磷。
【1】2.6脱磷反应的速率脱磷是渣一钢界面反应，反应的进行包括3个环节：(1)钢液中磷和氧向渣钢界面传质；(2)在渣钢界面进行化学反应；(3)生成物在渣相内的传质。
高温下脱磷的化学反应是极快的，传质是脱磷速率的限制环节。
对于渣相和金属相中的传质快慢比较，不同研究者所得结果各异。
这可能因两相中的传质速率差别不大，所以测定有分歧。
然而无论是哪个相中，增大传质速率的因素都是加强搅拌，增大界面流动速度，增大渣钢界面面积等。
顶吹转炉中有大量金属液滴弥散于渣中，造成良好的脱磷动力学条件，许多人捕集液滴进行化学分析，发现液滴中磷含量比同一时刻的熔池含磷量低得多。
可以认为，顶吹转炉的脱磷都是在液滴表面进行的。
氧气底吹转炉，如果随同氧气喷入石灰粉，则石灰粉粒与生成的氧化铁可以形成低熔点的铁酸钙渣滴，造成良好的脱磷热力学条件和动力学条件，使脱磷能提前到脱碳时进行，大约有50％～70％的磷靠渣滴来脱除。
所以说，加强冶炼过程的搅拌造成液滴乳化，是提高脱磷速率的根本性措施。
3 预熔脱磷剂进行铁水脱磷的实验3.1 w ( CaO) /w (Fe2O3 ) 对预熔脱磷剂脱磷效果的影响根据脱磷的主要反应式( 式( 1) 可知, 脱磷剂中Fe2O3 在铁水中的溶解氧[ O] 能将铁水中的[ P] 氧化为P2O5 , 但P2O5 不稳定, 必须和碱性氧化物( CaO) 反应生成稳定的磷酸盐渣( 4CaO·P2 O5 或3CaO·P2 O5 ) , 才能使铁水中的磷脱除掉。
通过实验欲找到一个能使铁水中磷含量降到最低的w( CaO)/w( Fe2O3 ) 比值, 以达到最佳的脱磷效果。
2[ P]+5(FeO)+4(CaO) =4( CaO) + ( P2O5 ) + 5[ Fe] ( 1)为此, 在1350℃下固定w ( CaF2 ) 为10%不变,改变预熔脱磷剂中w( CaO)和w(Fe2 O3 )的比值进行脱磷实验, 脱磷剂加入量为铁水量的10%, 处理时间为10 min, 结果如图2 所示。
可看出, 在w( CaO)/w( Fe2O3 )的值介于0. 5~ 1. 0 之间时, 随比值增大脱磷率逐渐上升, 当w ( CaO) 与w ( Fe2O3 )的比值为1. 0 左右时, 脱磷率最大, 为95. 22%, 这主要是由于w ( CaO) /w ( Fe2O3 ) 约为1 时, 使铁水中[ P] 与[ O] 充分结合生成的P2O5 能被CaO 完全固定为4CaO·P2O5 或3CaO·P2 O5 , 实现较好的脱磷效果; 而在w ( CaO ) / w ( Fe2 O3 ) 介于1. 00~1．25 之间时, 随比值增大脱磷率逐渐下降。
图2 w(CaO) / w( Fe2O3 ) 对脱磷率的影响3.2 3.2 3.2 3.2 助熔剂含量对预熔脱磷剂脱磷效果的影响助熔剂含量对预熔脱磷剂脱磷效果的影响助熔剂含量对预熔脱磷剂脱磷效果的影响助熔剂含量对预熔脱磷剂脱磷效果的影响固定w( CaO)/w( Fe2O3 )=1. 0不变, 改变助熔剂CaF2 的含量在6% ~ 15% 之间变化进行脱磷实验。
处理10 min 的结果如图3 所示, 可以看到在CaF2 含量为6% 时, 脱磷率相对较低, 进一步增加CaF2 的含量, 当w ( CaF2 ) 为10% 时, 脱磷率最大,为96. 24% , 使铁水中的磷由0.21% 降低为0.0079%, 这主要因为CaF2 与CaO 能形成低熔点化合物, 经预熔处理后脱磷剂熔点和粘度得到了降低,使脱磷反应的动力学条件得到了明显改善; 当w ( CaF2 ) 进一步增加为15%时, 脱磷率有一定程度的降低, 为91.43% 。
由于在脱磷剂加入量一定的情况下, 当助熔剂量多时, 氧化剂和固定剂的相对加入量就会减少, 因此, 脱磷效果反而不好; 且预熔脱磷剂中CaF2 大于15% 时将对炉衬产生明显的侵蚀。
