专利名称：磷矿置换法生产磷酸的方法
技术领域：
本发明涉及一种以二氧化硅在高温熔融状态下置换出磷矿中的P20s及生产 磷酸的化工工艺方法。
背景技术：
目前，公知的以专利号931114470为代表的窑法磷酸生产工艺方法，是将 磷矿粉、碳粉(焦碳粉或煤粉)、硅石粉按一定比例配料、混合、成球(或成型)、 烘干后，用回转窑进行还原，氧化煅烧反应。物料从回转窑高端加入窑内，低 端喷入煤粉和空气加热，并排出固体炉渣，炉气从窑高端排出并导入水合吸收 装置进行水合反应而得磷酸。反应式为Ca3(P04)2+ 5C + 3Si02 — 3CaSi03 + P2 + 5CO， P2+ 2i/2 P205， P2O5+3H20 — 2H3P04，现有窑法磷酸生产工艺主
要存在反应时间长，磷还原率低，流程长，炉气含粉尘量大，反应温度要求严 格(温度低了反应无法进行，温度高了物料熔化粘附窑壁产生结圈，使回转窑 无法运行，物料加不进去)，设备投资大，窑前后仓密封困难，影响窑内反应气 分的不足。至今国内还无任何窑法磷酸生产装置能够长期连续稳定的运行，使 现有窑法磷酸工艺技术的工业应用实施受阻多年至今。
发明内容
为了克服现有窑法磷酸生产工艺方法存在的不足，本发明采用二氧化硅做
置换剂，在旋流窑中高温熔融状态下，直接将磷矿中的P20s置换出来，经水合 吸收获得磷酸，磷矿中的氧化钙与二氧化硅化合成熔融状态的硅酸钙炉渣，熔
融炉渣中添加2%左右的碱金属钠、钾氧化物或盐类，可用常规的喷吹或离心拉
丝，制得矿渣棉保温、轻质材料。本发明方法省去了磷矿P20s的还原反应、磷
蒸气的氧化反应，节省了还原用碳，省去了矿料的成球(成型)、烘干工序和相 关设备，旋流窑的密封性好，无运动部件，使反应气分控制简单，炉气粉尘含
量较回转窑减少90%以上，且能安全、密封、稳定、长期可靠运行(旋流窑专 利申i青号2008200817991)。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是将磷矿粉和硅石粉按磷矿 中CaO量/SiO2量-0.9 1.85 (均按干基重量比计)进行配料、混合而成矿物料 粉。磷矿粉、硅石粉的细度均应大于80目。用预热至300。C以下的一次热空气 将煤粉经定量加料器和旋流窑上的蜗壳式一次风煤喷咀喷入窑内，使煤粉强烈 燃烧并在窑内高速旋转，维持窑内反应温度1400 160(TC后，用预热至300°C 以上的热空气将配好混均的矿料粉经定量加料器和旋流窑上的蜗壳式二次风物 料喷咀喷入窑内，矿料粉在窑内高速旋转并在高温气流和火焰上被迅速熔融、旋流混合，使二氧化硅与磷矿粉充分接触并发生置换反应。不挥发的煤灰、硅 酸钙等物料被熔化成液态，受离心力作用而被抛向窑内壁上，形成旋转状的液 膜，较粗的煤粒在液膜上旋转燃烧，液膜受重力影响，流向熔渣排出口并排出 窑外作后处理利用。燃煤废气和置换反应产生的P205气体在旋流窑中被不断压 向炉气出口处，受炉气出口的限流和阻挡作用，使含粉尘较多的外层气流被阻 挡并返回窑的中部继续燃烧熔融和反应，只有含粉尘量极少的中心内层炉气才 能通过炉气出口而被排出并导入换热器中。经换热器换热降温后的炉气导入水 合吸收装置内，用稀磷酸溶液循环喷淋吸收炉气中的PA气体而获得磷酸，经精 制净化后可得工业级或食品级磷酸产品。水合吸收后的余气导入尾气净化装置， 用尾气处理循环池中的碱性溶液循环喷淋洗涤，经净化后的余气用引风机排入 大气中，燃煤空气数为0.9—1.1 (实际用空气总量/理论用空气总量=0.9— 1.1，均按常温、常压及煤成分计算理论空气用量)，煤粉细度4—10目左右。
喷粉一次空气用量为实际空气总量的20—30%，喷矿料粉二次空气用量为实际空 气总量的70—80%。本发明的化学反应式如下
1、 磷矿粉与硅石粉的高温置换反应式
A、 Ca3(P04)2+3Si02 — 3CaSi03+P2Os t
B、 Ca3(P04)2+2Si02 — Ca3Si207+P2Os t
2、 五氧化二磷水合吸收的反应式 P205+3H20 —
本发明的有益效果是采用二氧化硅高温直接置换出磷矿中的P205，省去 了现有窑法磷酸工艺的还原成磷，磷再氧化的化学反应过程，使操作气分和控 制方法变得易行、简单，节省了还原用碳，使炉气流量减少，带走的热量降低， 炉气中粉尘含量较回转窑可降低90%以上;采用热空气直接输送粉料入旋流窑， 较现有窑法磷酸工艺省去了成球、烘干工序和相关设备，使工艺流程精简，设 备投资可减少60%左右。采用旋流窑进行高温置换反应设备，具有固定安装、 无运动部件，密封性好，单位窑容积的发热强度高，反应速度极快，能安全、 稳定、可靠、连续及运行期长的特点。高温熔融炉渣添加钾、钠碱金属的氧化 物或盐类，可方便地喷吹或离心拉丝制成矿渣棉产品，使炉渣带出热量得到充 分利用，可使废渣实现零排放，本发明无工艺废水产生及排放，排放尾气是C02、
^,02,对大气环境基本无影响。本发明较现有窑法磷酸工艺(单位时间、单位 窑容积相比较)，发热量提高40多倍，生产效率提高50余倍，实施本发明，如 将旋流窑多台串联或并联，可使磷酸年产能力在1000吨或80万吨范围任意组 合其规模。
附图名称磷矿置换法生产磷酸工艺流程简图
图中，(1)旋流窑，(2)旋流窑炉气排出口， (3)熔渣排出口， (4)煤粉 定量加料器，(5)矿料粉定量加料器，(6)热空气调节阀，(7)高压风机，(8) 换热器，(9)水合吸收装置，(10)尾气净化装置，(11)排空管，(12)引风机， (13)尾气处理循环池，(14)尾气处理循环泵，(15)磷酸循环池，(16)磷酸 循环泵，(17)粉尘排出口。
具体实施例方式
煤粉经加料器(4)用预热至30(TC以下的空气喷入旋流窑(1)内进行旋转 燃烧，控制空气系数1.05，喷煤粉空气量占总空气用量的20%，煤粉细度为6 目通过率60%。当窑(1)内温度达到1450'C时，将矿物粉经定量加料器(5) 用预热空气喷入旋流窑(1)内，进行高温熔融置换反应，保持旋流窑内的温度 为1450—160(TC。按磷矿中CaO量/Si0^1.35(以干基重量比计)，进行磷矿粉 和硅石粉的配料即硅石粉量《a0/1.35-磷矿中Si02量+硅石中Si02的含量。控 制喷矿料粉的二次空气量为总空气量的80%，燃煤废气和置换反应产生的P205 气体经旋流窑炉气排出口 (2)排入换热器(8)内，经换热器(8)降温后的炉 气导入水合吸收装置(9)内，用磷酸循环池(15)内的稀磷酸经循环泵(16) 泵入装置(9)内循环吸收炉气中的&05而获得磷酸溶液并流入循环池(15)内。 水合吸收后的余气导入尾气净化装置(10)内，用尾气处理循环池(13)内的 碱性溶液(如10%的NaOH水溶液)经循环泵(14)泵入尾气净化装置(10)内 对余气进行循环喷淋洗涤，洗涤液返回循环池(13)内循环使用。净化后的余 气由引风机(12)经放空管(11)排入大气中。高温置换反应后的熔渣经熔渣 排出口 (3)排出窑外，添加2%左右的碱金属钠、钾氧化物或盐类，可喷吹或 离心拉丝制成矿渣棉产品。常温空气由高压风机(7)压入换热器(8)内进行 换热预热，供喷煤粉和喷矿料粉使用，热空气量由热空气调节阀(6)进行调节 喷煤和喷矿料粉的空气用量。换热器(8)内产生的粉尘经粉尘排出口 (7)排 出返回配料使用。当磷酸循环池(15)内的磷酸含量达到86%左右时，可泵出 部分进行精制净化处理而得工业级或食品级磷酸产品。泵出循环池(15)内的 部分磷酸后，应补加相应的清水于循环池(15)内，使余下的磷酸被稀释后供 水合吸收使用。
权利要求
1. 一种磷矿置换法生产磷酸的方法，是用二氧化硅做置换剂，在高温熔融状态下，直接将磷矿中的P2O5置换成气体并水合吸收获得磷酸，磷矿中的氧化钙与二氧化硅化合成硅酸钙熔融炉渣，其反应式为Ca3(PO4)2+3SiO2→3CaSiO3+P2O5↑，Ca3(PO4)2+2SiO2→Ca3Si2O7+P2O5↑，P2O5+3H2O→2H3PO4，其特征是按磷矿CaO量/SiO2量＝0.90—1.85(均按重量比计)进行配料，磷矿粉、硅石粉细度≧80目，燃煤空气系数为0.9—1.1，煤粉细度4—10目，保持高温熔融置换反应的温度为1400—1600℃。
全文摘要
一种磷矿置换法生产磷酸的方法，是将二氧化硅和磷矿粉，于旋流窑中进行高温熔融置换反应，置换出的P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>气体，经水合吸收精制净化后，获得工业级或食品级磷酸产品，熔融炉渣添加钾、钠碱金属氧化物或盐类，喷吹拉丝可制得矿渣棉产品，本发明较现有窑法磷酸工艺相比，省去了磷矿的还原、磷的氧化反应，省去了矿料的成球(成型)、烘干工序及设备，节省了还原用碳，节约设备投资60％左右，炉气粉尘减少90％，单位窑容积、单位时间的生产能力提高50余倍，反应速度提高20倍以上，具有流程精简、操作控制简单、易行、可靠、稳定的特点，工艺过程无废渣、废水产生及排放，放空尾气对大气基本无影响，适宜年产工业级磷酸1000吨至80万吨磷酸生产企业的实施使用。
文档编号C01B25/18GK101412507SQ20081023352
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月3日 优先权日2008年11月3日
发明者李兴德 申请人:李兴德