一種利用磷礦球團分層製備磷酸的方法與流程
2023-07-21 17:23:56 1
本發明屬於磷化工技術領域，具體涉及一種利用磷礦球團分層製備磷酸的方法。
背景技術：
目前磷酸的工業化生產方法主要有以下幾種：(1)溼法磷酸：用硫酸分解磷礦石製取磷酸，該方法需要大量優質磷礦石和硫酸，同時產生大量磷石膏廢渣。(2)熱法磷酸：用電爐法生產黃磷，然後燃燒吸收製取磷酸，該方法需要大量電能和中高品位磷礦塊礦。(3)新的窯法磷酸工藝：該工藝技術攻關的關鍵是既要將磷的還原和氧化反應這兩個氣氛要求不同的區域有效的隔離又不妨礙相互之間的傳熱和傳質。並且目前大多數火法制磷酸原料採用礦山開採的天然塊礦為主，同時在磷礦開採過程中所產生的粉礦量約佔開採量的50%，由於粉礦品位較低（P2O5含量低），細度小於3mm的細粉都不能入爐生產，因此造成了磷礦石粉礦的大量浪費。隨著磷礦資源的日益枯竭、貧化，仍舊使用天然塊礦來生產不僅成本越來越高，工藝過程中的耗能越來越大。因此，如何開發出一種能夠拓寬原料利用條件、降低耗能、提高產能的製備磷酸的方法成為本領域亟需解決的技術問題。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，提出了一種利用磷礦球團分層製備磷酸的方法。該方法採用分層布料，具有原料適應性廣、耗能低、產能高的特點。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：
本發明提出了一種利用磷礦球團分層製備磷酸的方法。根據本發明的實施例，該方法包括以下步驟：（1）原料處理及制球：將磷礦粉、還原煤及矽石經烘乾、破碎、篩分後按比例配料，配入粘結劑後混勻並壓製成球，所制球團分為低配煤量球團和高配煤量球團；（2）還原和氧化處理：將所述球團乾燥處理後，通過布料裝置將所述高配煤量球團和低配煤量球團分層地均勻布於轉底爐料床上形成料層，隨著所述轉底爐爐底的運轉，所述球團在所述爐內物料還原區還原得到磷蒸氣，上升至爐頂氧化區發生氧化反應，反應結束後得到含P2O5煙氣；（3）除塵和水化處理：將產生的含P2O5煙氣經除塵和水化處理後，得到高濃度磷酸產品，冷卻後的爐渣可用作水泥生產原料。
發明人發現，根據本發明實施例的該方法，實現了磷礦還原、氧化反應在同一爐內進行，氧化反應產生的熱量可輻射補給還原過程中的所需熱量，有效減少外界供給能耗，降低生產能耗；且採用分層布料，保障物料區還原性氣氛，提高爐內布料厚度，可有效提高設備利用率，在保證產品指標合格的前提下產能大大提高，比傳統方法產能提高2-4倍；此外，本發明轉底爐可採用蓄熱式燃燒技術，可使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，可在國內和缺少天然氣和優質燃料的地區推廣。
根據本發明的實施例，步驟（1）中，所述低配煤量球團原料重量配比為：磷礦粉100重量份，還原煤15-30重量份，矽石20-40重量份；高配煤量球團原料重量配比為：磷礦粉100重量份，還原煤配入量比低配煤量球團高5-10重量份，矽石20-40重量份。
根據本發明的實施例，所述球團粒徑均為8-16mm。
根據本發明的實施例，所述粘結劑為膨潤土、高嶺土、粘土的一種或多種，粘結劑的配入量為混合料總重量的1-5%。
根據本發明的實施例，步驟（2）中，所述爐內布料採用分層布料方式，頂層為高配煤量球團，底層為低配煤量球團，且所述轉底爐供料系統設置兩個料倉，高配煤量球團料倉通過分料裝置供給爐內頂層布料球團，低配煤量球團料倉通過分料裝置供給爐內底層布料球團。
根據本發明的實施例，所述轉底爐內還原區還原溫度為1200-1350℃，時間為20-50min。
本發明至少具有以下有益效果：
1）本發明實現磷礦還原、氧化反應在同一爐內進行，氧化反應產生的熱量可輻射補給還原過程中的所需熱量，有效減少外界供給能耗，降低生產能耗。
2）本發明採用分層布料，保障物料區還原性氣氛，提高爐內布料厚度，可有效提高設備利用率，在保證產品指標合格的前提下產能大大提高，比傳統方法產能提高2-4倍。
3）本發明轉底爐可採用蓄熱式燃燒技術，可使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，可在國內和缺少天然氣和優質燃料的地區推廣。
附圖說明
圖1為本發明的製備磷酸的方法流程圖。
具體實施方式
為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。下面描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
本發明提出了一種利用磷礦球團分層製備磷酸的方法。根據本發明的實施例，圖1為本發明的製備磷酸的方法流程圖，參照圖1所示，該方法包括以下步驟：
（1）原料處理及制球：將磷礦粉、還原煤及矽石經烘乾、破碎、篩分後按比例配料，配入粘結劑後混勻並壓製成球，所制球團分為低配煤量球團和高配煤量球團。原料中控制配入合適的矽石量使得氟磷酸鈣與碳反應還原生成的CaO立即與加入的SiO2反應生成矽酸鈣，從而有效降低氟磷酸鈣的還原溫度，使得還原反應在較低的溫度下也能進行，此外，配入SiO2可使球團熔點高於球團中磷礦石的碳熱還原溫度，從而降低了能耗，確保生產順行。
根據本發明的實施例，所述低配煤量球團原料重量配比為：磷礦粉100重量份，還原煤15-30重量份，矽石20-40重量份；高配煤量球團原料重量配比為：磷礦粉100重量份，還原煤配入量比低配煤量球團高5-10重量份，矽石20-40重量份。
根據本發明的實施例，所述球團粒徑的具體大小不受限制，根據本發明的一些實施例，本發明所述球團粒徑均優選為8-16mm。
根據本發明的實施例，所述粘結劑的具體種類不受限制，可以為膨潤土、高嶺土或粘土，根據本發明的一些實施例，本發明所述粘結劑優選為膨潤土、高嶺土、粘土的一種或多種，其中，粘結劑的配入量為混合料總重量的1-5%。
（2）還原和氧化處理：將所述球團乾燥處理後，所述爐內布料採用分層布料方式，頂層為高配煤量球團，底層為低配煤量球團，且所述轉底爐供料系統設置兩個料倉，高配煤量球團料倉通過分料裝置供給爐內頂層布料球團，低配煤量球團料倉通過分料裝置供給爐內底層布料球團，厚料層操作是提高轉底爐生產效率及產能的重要途徑；所述轉底爐內還原區還原溫度為1200-1350℃，時間為20-50min；通過布料裝置將所述高配煤量球團和低配煤量球團分層地均勻布於轉底爐料床上形成料層，隨著所述轉底爐爐底的運轉，所述球團在所述爐內物料還原區還原得到磷蒸氣，上升至爐頂氧化區發生氧化反應，反應結束後得到含P2O5煙氣。
根據本發明的實施例，採用分層布料，在還原反應初期由於上層球團碳含量高，部分碳氧化可消除物料區多餘氧，由於碳過剩氧化成還原性氣體CO，快速實現物料區還原性氣氛，減少磷礦球團內配碳燒損，提高磷礦還原率；此外，分層布料可提高爐內布料厚度，可有效提高設備利用率，在保證產品指標合格的前提下產能大大提高，比傳統方法產能提高2-4倍。
根據本發明的實施例，磷礦球團在物料還原區發生還原反應產生磷蒸氣，通過控制空燃比使爐子頂部呈弱氧化氣氛，又不破壞物料區的還原性氣氛，還原區所得磷蒸氣在爐頂氧化區發生氧化反應，實現磷礦還原、氧化反應在同一爐內進行，氧化反應產生的熱量可輻射補給還原過程中的所需熱量，降低因調整空燃比而帶來的爐溫波動，有效減少外界供給能耗，降低生產能耗。
（3）除塵和水化處理：將產生的含P2O5煙氣經除塵和水化處理後，得到高濃度磷酸產品，冷卻後的爐渣可用作水泥生產原料。
實施例1：
將磷礦粉：還原煤：矽石：膨潤土按照配比為：100： 15（低配煤）/25（高配煤）：20：2.8進行混勻壓製成低配煤量球團和高配煤量球團，所制球團烘乾後採用頂層為高配煤量球團，底層為低配煤量球團分層布料方式布入蓄熱式轉底爐內，還原溫度1200℃，時間50分鐘，爐內磷礦發生還原、氧化反應後所產生的含P2O5煙氣經煙道排出後，經淨化、水化後最終得到酸濃度83%的磷酸產品，從排料口排出的高溫爐渣經過空氣換熱裝置預熱空氣後可作為助燃空氣使用，冷卻後的爐渣可用作水泥生產原料。
實施例2：
將磷礦粉：還原煤：矽石：高嶺土按照配比為：100： 25（低配煤）/32（高配煤）：30：5.6進行混勻壓製成低配煤量球團和高配煤量球團，所制球團烘乾後採用頂層為高配煤量球團，底層為低配煤量球團分層布料方式布入蓄熱式轉底爐內，還原溫度1300℃，時間40分鐘，爐內磷礦發生還原、氧化反應後所產生的含P2O5煙氣經煙道排出後，經淨化、水化後最終得到酸濃度85%的磷酸產品，從排料口排出的高溫爐渣經過空氣換熱裝置預熱空氣後可作為助燃空氣使用，冷卻後的爐渣可用作水泥生產原料。
實施例3：
將磷礦粉：還原煤：矽石：粘土按照配比為：100： 30（低配煤）/35（高配煤）：40：8.5進行混勻壓製成低配煤量球團和高配煤量球團，所制球團烘乾後採用頂層為高配煤量球團，底層為低配煤量球團分層布料方式布入蓄熱式轉底爐內，還原溫度1350℃，時間20分鐘，爐內磷礦發生還原、氧化反應後所產生的含P2O5煙氣經煙道排出後，經淨化、水化後最終得到酸濃度84%的磷酸產品，從排料口排出的高溫爐渣經過空氣換熱裝置預熱空氣後可作為助燃空氣使用，冷卻後的爐渣可用作水泥生產原料。
發明人發現，根據本發明實施例的該方法，實現了磷礦還原、氧化反應在同一爐內進行，氧化反應產生的熱量可輻射補給還原過程中的所需熱量，有效減少外界供給能耗，降低生產能耗；且採用分層布料，保障物料區還原性氣氛，提高爐內布料厚度，可有效提高設備利用率，在保證產品指標合格的前提下產能大大提高，比傳統方法產能提高2-4倍；此外，本發明轉底爐可採用蓄熱式燃燒技術，可使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，可在國內和缺少天然氣和優質燃料的地區推廣。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示意性實施例」、「示例」、「具體示例」或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型，同時，對於本領域的一般技術人員，依據本申請的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處。