专利名称：一种磷矿粉消化碳化成球的方法
技术领域：
本发明涉及一种磷矿粉消化碳化成球的方法，属于电炉法生产黄磷领域。
背景技术：
用于电炉法生产的磷矿石，破碎过筛后碎磷矿粉占总矿的3% 5%左右，这些碎磷矿粒径以小于4 mm居多。就目前来讲，对粉矿的处理方法主要有①磨细作磷矿粉肥或供普钙生产，但它受条件限制，处理量不大；②原矿入炉，但在技术上经济上都不合理
粉矿烧结，该法生产的烧结矿虽然性能良好，但返粉量达20% 40% 团矿法，多年来很多单位都曾进行过试验研究，但由于种种原因，迄今未见投入电炉法黄磷生产。目前碎磷矿主要用于普钙生产。但因受地域或生产能力限制(一般小黄磷企业无普钙生产装置与湿法磷酸装置等)，导致大量的碎磷矿被堆积、废弃，这样一方面使黄磷生产成本上升，另一方面大量堆存的碎磷矿得不到合理利用，既占用大量流动资金又造成资源浪费，污染环境。由于碎磷矿中的粘土质大多积于碎矿中，致使其品位下降，但碎磷矿中磷的含量仍然可观。如果将这些碎矿弃之不用，不但对环境造成影响，也是对资源的极大浪费。所以将碎磷矿粉成型后返炉对黄磷生产意义重大，磷矿粉成型后返炉不仅能解决碎磷矿堆积的问题，而且能获得二次资源，降低生产成本。粘结成型法是利用粘结剂将碎磷矿粉粘结成型后进行烧结的方法。利用普通粘结剂“粘结成型-烧结”的流程来自碎磷矿堆的原料加入按配比要求计量的焦粉，并均匀地加入按配比计量的粘接剂及水。几种物料充分混合，并使其形成一定粒径的球形物料，控制固体物料的加入量及水。当碎磷矿经成型达到粒度要求后送至烧结沟烧结。控制烧结沟的烧结温度，最终得到成型烧结矿。在工业化生产中，可采用“对辊压型机成型-立窑烧结”工艺流程。但选择能适用于电炉法黄磷生产的粘接剂并不容易，且粘接剂价格高，增加了生产成本。也有利用磷酸粘接成型的研究。此方法是将碎磷矿与磷酸充分搅拌混合后进行陈化。再用改良后的对滚煤球机作为成球机将陈化后的碎磷矿成型。成型原理反应产物溶于水后分布于碎矿表面，与碎矿中的Ca3 (PO4)2等分子形成范德华力和氢键，使刚成型的碎矿球具有一定的抗压强度。此研究操作简单低温烧结，降低能耗，得到的型球具有一定的热稳定性与抗压强度，但磷酸价格高，对于工业生产来讲并不能真正地降低生产成本。也有成型方法是加入某种粘接剂之后，再利用机械外力，加压使磷矿粉、焦粉等物料形成一定粒径的球形。但大都需高温烧结，操作不便，且返粉率高。
发明内容
本发明旨在提供一种磷矿粉消化碳化成球的方法，该方法采用生石灰对磷矿粉进行消化，并利用机械加压使混合物料成型，磷矿粉型球经过碳化后具有较高的冷热态强度及良好的抗压强度，为一种新型磷矿粉成型的方法。本发明方法按如下步骤进行①原料准备及配比
磷矿粉制备将碎磷矿粉粉碎过筛，得到粒度为10 80目的磷矿粉；
本发明中磷矿粉为电炉法生产黄磷过程中产生的碎磷矿粉以及其它黄磷生产过程中产生的磷矿粉。焦炭粉选用符合电炉法生产黄磷要求的焦炭粉，粉碎至10 80目；
生石灰一般选用工业级生石灰粉，生石灰含量为95%，目数为600 1000目。②磷矿粉生石灰的消化
磷矿粉通过皮带输送机进入消化装置，同时在皮带上加入按配比要求计量的生石灰粉，磷矿粉与生石灰按质量比为8 12 :1的比例在消化装置中混合均匀后，加入按配比计量的水使其进行消化，生成含消石灰(氢氧化钙)的磷矿粉，生石灰水的质量比为O. 5 O. 8 1 ；
在消化后的磷矿粉中加入按配比计量的焦炭粉并混合均匀，消化后的磷矿粉焦炭粉按质量比8 12:1的比例混合。③机械加压成型
消化后的含碳磷矿粉用矿粉压球机在12 15 MPa压力下加压形成粒度为15 25mm 的磷矿粉生球。④磷矿粉生球碳化
将磷矿粉生球置于二氧化碳气氛环境中，碳化5 12小时，使其充分碳化，二氧化碳气氛一般采用黄磷生产尾气燃烧过程中产生的二氧化碳，或者其他类似尾气燃烧产生的二氧化碳。⑤型球烧结
碳化后的磷矿粉型球送入立窑中在600°C 700°C下烧结，得到磷矿粉烧结矿型球。磷矿粉生石灰的消化原理如下
CaO (固)+ H2O = Ca (OH)2 + 151 kcal/kg
磷矿粉生球碳化原理在有水存在的条件下，磷矿粉生球中的氢氧化钙与二氧化碳反应，生成碳酸钙和水，磷矿粉依靠碳酸钙晶体间的网状股价而固结成型，具有较高的冷热态强度及良好的抗压强度，其反应如下
Ca (OH)2 + CO2 +nH20 = CaCO3 +(n+1) H2O + 270kcal/kg 本发明与现有技术相比具有如下的优点
①本发明利用生石灰使磷矿粉消化碳化成型，生石灰较其他粘接剂便宜易，减少了生产成本；
②本发明操作简单，实施方便；
③本发明中，磷矿粉型球烧结温度为700°C左右，与大多数烧结温度1100°C相比， 温度较低，使能耗大大减少，降低了生产成本；
④磷矿粉依靠碳酸钙晶体间的网状股价而固结成型，具有较高的冷热态强度及良好的抗压强度，保证了运输和烧结过程中的完好率；通过本发明方法制备的磷矿粉烧结矿型球可以作为电炉法制磷的原料；
⑤碳化过程中所需二氧化碳来自于黄磷尾气所产生，对黄磷尾气也是一种净化，减少了大气污染，具有一定的环境效益，同时具有一定的经济效益。
图I是本发明工艺流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。实施例I :本磷矿粉消化碳化成球的方法，具体操作如下
(1)磷矿粉粉碎过筛至粒度为50目；
(2)磷矿粉通过皮带输送机送入消化装置，同时在皮带上加入粒度为800目的生石灰粉，磷矿粉与生石灰粉按质量比为8:1的比例在消化装置中混合均匀后，按质量比生石灰粉水=0. 7:1的比例在混合物中加入水进行消化反应，生成含消石灰(氢氧化钙)的磷矿粉，然后按质量比磷矿粉焦炭粉=8:1的比例在消化后的磷矿粉中添加粒度为10目的焦炭粉并混合均匀；
(3)消化后的含碳磷矿粉置于矿粉压球机中，在13MPa压力下加压形成粒度为20mm的磷矿粉生球；
(4)将磷矿粉生球置于二氧化碳气氛环境中，碳化10h，使其充分碳化，二氧化碳由黄磷生产中尾气燃烧过程产生，碳化后的磷矿粉型球送入立窑在700°C下烧结，制得磷矿粉烧结矿型球。(见图I)
经测定，烧结矿经2m高跌落试验，3次均不产生破裂和粉碎；对50个成型烧结矿样测定，其平均抗压强度为15. 58 MPa ;将成型烧结矿放人马弗炉中，从室温升至1100°C (升温速率为10°C / min)，从650°C起每隔50°C观察一次，至1100°C，再保持2h，未发现样品变形、开裂、粉碎等现象，由以上分析检测可知，烧结矿的强度及热稳定性良好，能适应电炉制磷对原料的要求。
实施例2 :本磷矿粉消化碳化成球的方法，具体操作如下
(1)磷矿粉粉碎过筛至粒度为80目；
(2)磷矿粉通过皮带输送机送入消化装置，同时在皮带上加入粒度为1000目的生石灰粉，磷矿粉与生石灰粉按质量比为11:1的比例在消化装置中混合均匀后，按质量比生石灰粉水=0. 5:1的比例在混合物中加入水进行消化反应，生成含消石灰(氢氧化钙)的磷矿粉，然后按质量比磷矿粉焦炭粉=12:1的比例在消化后的磷矿粉中添加粒度为50目的焦炭粉并混合均匀；
(3)消化后的含碳磷矿粉置于矿粉压球机中，在12MPa压力下加压形成粒度为15mm的磷矿粉生球；
(4)将磷矿粉生球置于二氧化碳环境中，碳化12h，使其充分碳化，二氧化碳由黄磷生产中尾气燃烧过程产生，碳化后的磷矿粉型球送入立窑在600°C下烧结，制得磷矿粉烧结矿型球。经测定，烧结矿经2m高跌落试验，3次均不产生破裂和粉碎；对50个成型烧结矿样测定，其平均抗压强度为16.21 MPa;将成型烧结矿放人马弗炉中，从室温升至IlOO0C (升温速率为10°C / min)，从650°C起每隔50°C观察一次，至1100°C，再保持2h，未发现样品变形、开裂、粉碎等现象；由以上分析检测可知，烧结矿的强度及热稳定性良好，能适应电炉制磷对原料的要求。实施例3 :本磷矿粉消化碳化成球的方法，具体操作如下
(1)磷矿粉粉碎过筛至粒度为10目；
(2)磷矿粉通过皮带输送机送入消化装置，同时在皮带上加入粒度为600目的生石灰粉，磷矿粉与生石灰粉按质量比为12:1的比例在消化装置中混合均匀后，按质量比生石灰粉水=0. 8:1的比例在混合物中加入水进行消化反应，生成含消石灰(氢氧化钙)的磷矿粉，然后按质量比磷矿粉焦炭粉=11:1的比例在消化后的磷矿粉中添加粒度为80目的焦炭粉并混合均匀；
(3)消化后的含碳磷矿粉置于矿粉压球机中，在15MPa压力下加压形成粒度为25mm的磷矿粉生球；
(4)将磷矿粉生球置于二氧化碳环境中，碳化5h，使其充分碳化，二氧化碳由黄磷生产中尾气燃烧过程产生，碳化后的磷矿粉型球送入立窑在650°C下烧结，制得磷矿粉烧结矿型球。经测定，烧结矿经2m高跌落试验，3次均不产生破裂和粉碎；对50个成型烧结矿样测定，其平均抗压强度为16. 73 MPa。将成型烧结矿放人马弗炉中，从室温升至 IlOO0C (升温速率为10°C / min)，从650°C起每隔50°C观察一次，至1100°C，再保持2h，未发现样品变形、开裂、粉碎等现象。由以上分析检测可知，烧结矿的强度及热稳定性良好，能适应电炉制磷对原料的要求。
权利要求
1.一种磷矿粉消化碳化成球的方法，其特征在于按如下步骤进行(1)磷矿粉粉碎过筛至粒度为10 80目；(2)将磷矿粉和生石灰粉按质量比8 12:1的比例混合均匀后，按质量比生石灰粉 水=0. 5 O. 8:1的比例在混合物中加入水进行消化反应,然后按质量比磷矿粉焦炭粉 =8 12 :1的比例在消化后的磷矿粉中添加焦炭粉，并混合均匀；(3)消化后的含碳磷矿粉加压成型，制成15 25mm的磷矿粉生球；(4)将磷矿粉生球置于二氧化碳气氛环境中，碳化5 12小时，碳化后的磷矿粉型球在 600 700°C下烧结，制得磷矿粉烧结矿型球。
2.根据权利要求I所述的磷矿粉消化碳化成球的方法，其特征在于生石灰粉粒度为 600 1000 目。
3.根据权利要求I所述的磷矿粉消化碳化成球的方法，其特征在于焦炭粉粒度为 10 80目。
4.根据权利要求I所述的磷矿粉消化碳化成球的方法，其特征在于消化后的含碳磷矿粉在12 15 MPa压力下加压成型。
全文摘要
本发明公开了一种磷矿粉消化碳化成球的方法，该方法采用生石灰和焦炭粉对磷矿粉进行消化，并利用机械加压使混合物料成型，磷矿粉型球经过碳化后烧结制得磷矿粉烧结矿，本发明方法操作简单，实施方便，成本低，通过该方法获得的烧结矿具有较高的冷热态强度及良好的抗压强度，可以作为电炉法制磷的原料，且具有良好的经济和环境效益。
文档编号C01B25/027GK102602900SQ20121007405
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者冯辉, 宁平, 瞿广飞, 郭辉 申请人:昆明理工大学