磷铁(ferrophosphorus)

磷和铁组成的铁合金，还含有硅、锰、碳、硫等杂质，主要用作钢和铁的磷添加剂。磷铁按含磷量分为：FeP24(P23.0％～25.0％)，FeP21(P20.0％～23.0％)，FeP18(P17.0％～20.0％)和FePl6(P15.0％～17.0％)4种。

1669年布兰德(G．Brand)发现磷。1826年贝尔蒂尔(P．Berthier)制出磷铁。1868年布赖森(C．Brison)提出了用高炉生产磷和磷酸的专利。1929年美国在维克托生产热磷酸的高炉投产。19世纪70年代已出现电炉冶炼磷和磷铁专利。1925年在比特菲尔德建成第一座3000kW三相电炉生产磷。以后电炉成为生产磷的主要设备。磷铁是生产黄磷的副产品。中国辽阳铁合金厂于1953年用电炉生产磷铁，而黄磷作为副产品。

性质与用途       磷的原子序数15、原子量30.97、外层电子结构为3S²3P³、密度1.83g／cm³(白磷)和2.2g／cm³(红磷)、熔点44℃、沸点257℃、磷和铁二元系的平衡相图见图1。由图可知存在Fe₃P、Fe₂P、FeP、FeP₂等磷化物。含磷18％～25％磷铁的熔化温度范围为1100～1250℃，密度为5.8～6.5g／cm³。

磷对于大多数钢而言是有害杂质。但在一些情况下有它的特殊作用。如某些钢种添加磷，可以提高钢的强度，耐蚀性和可加工性，但是增加了钢的脆性。铸铁中加磷可使铁水流动性改善，从而改善铸件性能和表面质量；灰口铸铁中含0.5％的磷，可提高其抗拉强度。耐磨铸铁中含有0.15％左右的磷，可显著地提高其耐磨性能。火车闸瓦含磷0.7％～1.0％，在铸件内形成均匀的二元磷共晶组织，且呈网状分布。磷共晶硬度高，不但提高其耐磨程度，而且改善导热和耐热性能。使磨损面均匀，摩擦时不易产生火花。含磷20一)‘的磷铁磨成超细粉末，可代替超细锌粉作涂料。磷铁又是放射性辐射的防护物质。

电碳热法冶炼磷铁          生产磷铁是在高温下用碳还原磷灰石。添加硅石生成硅酸钙。加入钢屑与还原出来的磷生成Fe₂P。反应过程为

Ca₃(PO₄)2+5C+2SiO₂=P₂+Ca₃Si₂O₇

P₂+4Fe=2Fe₂P

部分磷挥发进入炉气。生产黄磷是不加钢屑，但磷矿含有少量铁，也产生少量磷铁。磷灰石的主成分为ca₃(PO₄)₂，在高温下与SiO₂生成的熔渣，其熔化温度见图2。冶炼磷铁的原料有磷灰石(P₂O₅>25％，SiO₂>7％，CaO<50％；块度<5mm不超过20％)；焦炭(固定碳>78％，挥发分<4％，灰分<14％；块度3～15mm)；硅石(SiO₂>96％；块度5～40mm)和钢屑(Fe>93％；卷长<100mm)。生产磷铁的设备见图3，由电炉与磷回收系统组成。电炉为封闭埋弧还原电炉。炉盖用高铝砖或用耐热混凝土预制砌筑，炉内衬用碳砖，使用石墨电极，炉盖上电极孔与电极间的间隙用水或砂密封，保证电极能自由升降而炉气不外逸。磷回收系统由3个洗涤塔、收集槽，集磷槽等组成。混合均匀的炉料从炉顶料仓经料管连续进入炉内，随炉料的熔化而下降。铁水和渣定期放出，流入炉旁的渣铁分离池中，铁在分离池下部，渣流入水淬流槽，用压力为0.3MPa的水水淬；铁水在捅开下部小孔后，流入刷有白灰的铸铁模内。冷却至暗红色后，将整块磷铁从模内吊至附近地方，继续冷至室温。经破碎、精整得到磷铁。约300℃的炉气从导管进入冷却洗涤塔。初步净化后，其成分为：CO80％～90％，CO₂2％～4％，N₂6％～8％，P0.3～7g／m³，F约0.4g／m³，S0.6～2g／m³。水淬炉渣含CaO42％～46％，SiO₂40％～44％，P₂O₅2％～3.5％，Al₂O₃3.5％～4.5％，MgO1.5％～2.5％，Fe₂O₃<1％，可作水泥原料。生产1t磷铁(P17％)消耗磷灰石(含P₂O₅28％)1700～2000kg，焦炭270～310kg，硅石450～500kg，铁屑880～1000kg，石墨电极3～5kg，电能3000～3400kWh。每吨磷铁可回收黄磷(含P99.9％)30～40kg。水淬渣约1800kg。

黄磷副产磷铁       用埋弧还原电炉生产黄磷时，因磷矿的Fe₂O₃。含量为2％～5％，故产生出一定数量的磷铁。生产1t黄磷产70～100kg磷铁。它的化学成分为：P18％～26％，Si<5.2％，Mn<1.1％，C<1.72％，S<0.078％。