一种利用磷矿球团分层制备磷酸的方法与流程

本发明属于磷化工技术领域，具体涉及一种利用磷矿球团分层制备磷酸的方法。

背景技术：

目前磷酸的工业化生产方法主要有以下几种：(1)湿法磷酸：用硫酸分解磷矿石制取磷酸，该方法需要大量优质磷矿石和硫酸，同时产生大量磷石膏废渣。(2)热法磷酸：用电炉法生产黄磷，然后燃烧吸收制取磷酸，该方法需要大量电能和中高品位磷矿块矿。(3)新的窑法磷酸工艺：该工艺技术攻关的关键是既要将磷的还原和氧化反应这两个气氛要求不同的区域有效的隔离又不妨碍相互之间的传热和传质。并且目前大多数火法制磷酸原料采用矿山开采的天然块矿为主，同时在磷矿开采过程中所产生的粉矿量约占开采量的50%，由于粉矿品位较低（P₂O₅含量低），细度小于3mm的细粉都不能入炉生产，因此造成了磷矿石粉矿的大量浪费。随着磷矿资源的日益枯竭、贫化，仍旧使用天然块矿来生产不仅成本越来越高，工艺过程中的耗能越来越大。因此，如何开发出一种能够拓宽原料利用条件、降低耗能、提高产能的制备磷酸的方法成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种利用磷矿球团分层制备磷酸的方法。该方法采用分层布料，具有原料适应性广、耗能低、产能高的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提出了一种利用磷矿球团分层制备磷酸的方法。根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤：（1）原料处理及制球：将磷矿粉、还原煤及硅石经烘干、破碎、筛分后按比例配料，配入粘结剂后混匀并压制成球，所制球团分为低配煤量球团和高配煤量球团；（2）还原和氧化处理：将所述球团干燥处理后，通过布料装置将所述高配煤量球团和低配煤量球团分层地均匀布于转底炉料床上形成料层，随着所述转底炉炉底的运转，所述球团在所述炉内物料还原区还原得到磷蒸气，上升至炉顶氧化区发生氧化反应，反应结束后得到含P₂O₅烟气；（3）除尘和水化处理：将产生的含P₂O₅烟气经除尘和水化处理后，得到高浓度磷酸产品，冷却后的炉渣可用作水泥生产原料。

发明人发现，根据本发明实施例的该方法，实现了磷矿还原、氧化反应在同一炉内进行，氧化反应产生的热量可辐射补给还原过程中的所需热量，有效减少外界供给能耗，降低生产能耗；且采用分层布料，保障物料区还原性气氛，提高炉内布料厚度，可有效提高设备利用率，在保证产品指标合格的前提下产能大大提高，比传统方法产能提高2-4倍；此外，本发明转底炉可采用蓄热式燃烧技术，可使用劣质或低品质燃料，降低了燃料成本，可在国内和缺少天然气和优质燃料的地区推广。

根据本发明的实施例，步骤（1）中，所述低配煤量球团原料重量配比为：磷矿粉100重量份，还原煤15-30重量份，硅石20-40重量份；高配煤量球团原料重量配比为：磷矿粉100重量份，还原煤配入量比低配煤量球团高5-10重量份，硅石20-40重量份。

根据本发明的实施例，所述球团粒径均为8-16mm。

根据本发明的实施例，所述粘结剂为膨润土、高岭土、粘土的一种或多种，粘结剂的配入量为混合料总重量的1-5%。

根据本发明的实施例，步骤（2）中，所述炉内布料采用分层布料方式，顶层为高配煤量球团，底层为低配煤量球团，且所述转底炉供料系统设置两个料仓，高配煤量球团料仓通过分料装置供给炉内顶层布料球团，低配煤量球团料仓通过分料装置供给炉内底层布料球团。

根据本发明的实施例，所述转底炉内还原区还原温度为1200-1350℃，时间为20-50min。

本发明至少具有以下有益效果：

1）本发明实现磷矿还原、氧化反应在同一炉内进行，氧化反应产生的热量可辐射补给还原过程中的所需热量，有效减少外界供给能耗，降低生产能耗。

2）本发明采用分层布料，保障物料区还原性气氛，提高炉内布料厚度，可有效提高设备利用率，在保证产品指标合格的前提下产能大大提高，比传统方法产能提高2-4倍。

3）本发明转底炉可采用蓄热式燃烧技术，可使用劣质或低品质燃料，降低了燃料成本，可在国内和缺少天然气和优质燃料的地区推广。

附图说明

图1为本发明的制备磷酸的方法流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出了一种利用磷矿球团分层制备磷酸的方法。根据本发明的实施例，图1为本发明的制备磷酸的方法流程图，参照图1所示，该方法包括以下步骤：

（1）原料处理及制球：将磷矿粉、还原煤及硅石经烘干、破碎、筛分后按比例配料，配入粘结剂后混匀并压制成球，所制球团分为低配煤量球团和高配煤量球团。原料中控制配入合适的硅石量使得氟磷酸钙与碳反应还原生成的CaO立即与加入的SiO₂反应生成硅酸钙，从而有效降低氟磷酸钙的还原温度，使得还原反应在较低的温度下也能进行，此外，配入SiO₂可使球团熔点高于球团中磷矿石的碳热还原温度，从而降低了能耗，确保生产顺行。

根据本发明的实施例，所述低配煤量球团原料重量配比为：磷矿粉100重量份，还原煤15-30重量份，硅石20-40重量份；高配煤量球团原料重量配比为：磷矿粉100重量份，还原煤配入量比低配煤量球团高5-10重量份，硅石20-40重量份。

根据本发明的实施例，所述球团粒径的具体大小不受限制，根据本发明的一些实施例，本发明所述球团粒径均优选为8-16mm。

根据本发明的实施例，所述粘结剂的具体种类不受限制，可以为膨润土、高岭土或粘土，根据本发明的一些实施例，本发明所述粘结剂优选为膨润土、高岭土、粘土的一种或多种，其中，粘结剂的配入量为混合料总重量的1-5%。

（2）还原和氧化处理：将所述球团干燥处理后，所述炉内布料采用分层布料方式，顶层为高配煤量球团，底层为低配煤量球团，且所述转底炉供料系统设置两个料仓，高配煤量球团料仓通过分料装置供给炉内顶层布料球团，低配煤量球团料仓通过分料装置供给炉内底层布料球团，厚料层操作是提高转底炉生产效率及产能的重要途径；所述转底炉内还原区还原温度为1200-1350℃，时间为20-50min；通过布料装置将所述高配煤量球团和低配煤量球团分层地均匀布于转底炉料床上形成料层，随着所述转底炉炉底的运转，所述球团在所述炉内物料还原区还原得到磷蒸气，上升至炉顶氧化区发生氧化反应，反应结束后得到含P₂O₅烟气。

根据本发明的实施例，采用分层布料，在还原反应初期由于上层球团碳含量高，部分碳氧化可消除物料区多余氧，由于碳过剩氧化成还原性气体CO，快速实现物料区还原性气氛，减少磷矿球团内配碳烧损，提高磷矿还原率；此外，分层布料可提高炉内布料厚度，可有效提高设备利用率，在保证产品指标合格的前提下产能大大提高，比传统方法产能提高2-4倍。

根据本发明的实施例，磷矿球团在物料还原区发生还原反应产生磷蒸气，通过控制空燃比使炉子顶部呈弱氧化气氛，又不破坏物料区的还原性气氛，还原区所得磷蒸气在炉顶氧化区发生氧化反应，实现磷矿还原、氧化反应在同一炉内进行，氧化反应产生的热量可辐射补给还原过程中的所需热量，降低因调整空燃比而带来的炉温波动，有效减少外界供给能耗，降低生产能耗。

（3）除尘和水化处理：将产生的含P₂O₅烟气经除尘和水化处理后，得到高浓度磷酸产品，冷却后的炉渣可用作水泥生产原料。

实施例1：

将磷矿粉：还原煤：硅石：膨润土按照配比为：100： 15（低配煤）/25（高配煤）：20：2.8进行混匀压制成低配煤量球团和高配煤量球团，所制球团烘干后采用顶层为高配煤量球团，底层为低配煤量球团分层布料方式布入蓄热式转底炉内，还原温度1200℃，时间50分钟，炉内磷矿发生还原、氧化反应后所产生的含P₂O₅烟气经烟道排出后，经净化、水化后最终得到酸浓度83%的磷酸产品，从排料口排出的高温炉渣经过空气换热装置预热空气后可作为助燃空气使用，冷却后的炉渣可用作水泥生产原料。

实施例2：

将磷矿粉：还原煤：硅石：高岭土按照配比为：100： 25（低配煤）/32（高配煤）：30：5.6进行混匀压制成低配煤量球团和高配煤量球团，所制球团烘干后采用顶层为高配煤量球团，底层为低配煤量球团分层布料方式布入蓄热式转底炉内，还原温度1300℃，时间40分钟，炉内磷矿发生还原、氧化反应后所产生的含P₂O₅烟气经烟道排出后，经净化、水化后最终得到酸浓度85%的磷酸产品，从排料口排出的高温炉渣经过空气换热装置预热空气后可作为助燃空气使用，冷却后的炉渣可用作水泥生产原料。

实施例3：

将磷矿粉：还原煤：硅石：粘土按照配比为：100： 30（低配煤）/35（高配煤）：40：8.5进行混匀压制成低配煤量球团和高配煤量球团，所制球团烘干后采用顶层为高配煤量球团，底层为低配煤量球团分层布料方式布入蓄热式转底炉内，还原温度1350℃，时间20分钟，炉内磷矿发生还原、氧化反应后所产生的含P₂O₅烟气经烟道排出后，经净化、水化后最终得到酸浓度84%的磷酸产品，从排料口排出的高温炉渣经过空气换热装置预热空气后可作为助燃空气使用，冷却后的炉渣可用作水泥生产原料。

发明人发现，根据本发明实施例的该方法，实现了磷矿还原、氧化反应在同一炉内进行，氧化反应产生的热量可辐射补给还原过程中的所需热量，有效减少外界供给能耗，降低生产能耗；且采用分层布料，保障物料区还原性气氛，提高炉内布料厚度，可有效提高设备利用率，在保证产品指标合格的前提下产能大大提高，比传统方法产能提高2-4倍；此外，本发明转底炉可采用蓄热式燃烧技术，可使用劣质或低品质燃料，降低了燃料成本，可在国内和缺少天然气和优质燃料的地区推广。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。