熱法煉磷設備的製作方法

2023-07-15 06:16:36

專利名稱：熱法煉磷設備的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於冶金設備領域，尤其是涉及一種熱法煉磷設備。
背景技術：
利用磷礦石煉磷的方法主要有溼法和熱法(如電爐法、窯法等)兩類，溼法是用磷 礦石與無機酸(主要是硫酸)反應，經分離磷石膏及雜質後製成粗磷酸；熱法是先將磷礦石 加熱還原得到氣態單質磷，再經氧化、水合而得到磷酸。 溼法具有低能耗的特點，但卻存在得到的磷酸純度不夠，需要進一步提純的缺陷； 而採用熱法，如電爐法，存在礦石熔融困難、耗電大的問題，並且對磷礦石品位的要求高，對 於貧礦無法處理；對於窯法，則存在反應速度慢、容易結圈的缺點，導致設備利用率低，難以 實現規模化生產。此外，傳統熱法中，氧化後的氣態五氧化二磷混在煙氣中，煙氣的成分復 雜，因此從煙氣中分離出五氧化二磷困難，純度降低、成本高。 中國專利申請CN1160018A公開了一種熱法磷酸及磷酸鹽工藝，該工藝將噴射冶 金技術、熔融還原技術和煤氣、元素磷氧化燃燒製備磷酸技術結合為一體，即煤_氧_礦復 合噴吹，在熔融條件下完成元素磷的還原並在同一個反應器內完成元素磷的氧化燃燒，進 而製取磷酸或磷酸鹽。但是上述技術存在以下問題 由於在同一反應器中同時進行磷礦石的熔融、還原和氧化，導致熔融時產生的煙 氣與還原氧化時產生的煙氣混雜在一起，使得煙氣中的成分多，提取五氧化二磷比較困難， 純度低。 由於磷礦石通過頂吹槍噴入還原氧化爐內，因此對於磷礦石的粒度要求高、成本 增加。 由於頂吹槍浸入熔體渣液面以下，因此頂吹槍因熱腐蝕而自耗嚴重，而且必須增 大頂吹壓力。另外，進入渣液面下方的頂吹槍不適於用水冷卻，否則一旦發生漏水，水混入 到渣內，容易發生爆炸，導致安全事故。 由於在還原氧化爐的底部設有向熔體中噴射煤粉和氧氣的底吹槍，因此在更換底 吹槍時，必須停爐後將熔體排放完之後才能進行換槍操作。 由於在還原氧化爐的頂部設有熔劑入口，在使用過程中需要不斷地打開和密封， 操作複雜，密封困難。

實用新型內容本實用新型旨在至少克服現有技術中的上述技術問題之一。為此，本實用新型的
目的在於提供一種熱法煉磷設備，利用該熱法煉磷設備，含氣態五氧化二磷的煙氣中的雜 質成分少，五氧化二磷的提取容易，降低了成本，提高了純度。 根據本實用新型的熱法煉磷設備包括用於將磷礦石熔融成熔體的熔融爐，所述 熔融爐具有加料口和熔體出口 ；和還原氧化爐，所述還原氧化爐包括爐體和噴槍，所述爐體 具有熔體進口 、出渣口和煙氣出口 ，其中所述熔體進口與所述熔體出口相連，且所述噴槍的
3一端插入到所述爐體內。 根據本實用新型的熱法煉磷設備，分別在獨立分體的熔融爐和還原氧化爐內進行 磷礦石的熔融和還原氧化，因此磷礦石熔融產生的煙氣與還原氧化產生的煙氣不會混在一 起，因此氧化後含氣態五氧化二磷的煙氣的雜質成分少，五氧化二磷的提取容易，降低了成 本，提高了純度。解決了在同一爐內進行熔融、還原和氧化反應、熔融時產生的煙氣與還原 氧化時產生的煙氣混雜在一起，導致五氧化二磷的提取困難、純度低、成本高的問題。 此外，由於磷礦石首先經過熔融爐熔融，然後通過熔體進口加入到還原氧化爐內， 因此不需要使用噴槍噴射磷礦石，因此對磷礦石的粒度要求低，成本降低。
根據本實用新型的熱法煉磷設備還具有如下附加技術特徵 所述噴槍包括頂吹噴槍和側吹噴槍，所述頂吹噴槍的下端從所述爐體的頂部插入 到所述爐體內且始終位於所述爐體內的渣液面上方，所述側吹噴槍的一端從爐體的側面插 入到所述爐體內且位於熔體進口下方。 由於頂吹噴槍從所述爐體的頂部插入所述爐體內且始終位於所述爐體內的渣液 面上方，即頂吹噴槍的下端沒有浸沒到所述爐體內的渣液面內(由此又稱為"非浸沒式頂 吹噴槍)，因此頂吹噴槍不會因熱腐蝕而自耗，同時可以延長頂噴槍使用壽命，降低成本。而 且頂吹噴槍還可以用水冷卻，不會發生浸沒式頂吹噴槍用水冷卻容易發生的爆炸，不但冷 卻效率高，而且安全性提高。 所述出渣口包括上出渣口和位於上出渣口下面的下出渣口，其中下出渣口的位置 低於所述側吹噴槍插入到所述爐體內的一端。 由於在側吹噴槍插入到所述爐體內的一端的下方設有下出渣口，因此在需要更換
側吹噴槍時，能夠通過下出渣口排放渣將所述爐體內的渣液面降到低於側吹噴槍插入到所
述爐體內的一端就可以更換側吹噴槍，無需停爐，因此提高了效率，降低了成本。 所述爐體上方設有限定頂吹噴槍下端插入到所述爐體內的深度的限位部件。 通過所述限位部件能夠限制頂吹噴槍向下插入的深度，從而避免頂吹噴槍插入到
所述爐體內的渣液面內。 所述熔體進口位於所述爐體內的渣液面之下。由此，熔體進口能夠始終通過所述 爐體內的熔體(和/或渣)密封，不但密封可靠，而且成本低。 所述爐體的外側壁上設有突出部，所述突出部的上表面設有凹槽，所述凹槽的一 邊與所述熔體出口連通，另一邊與所述熔體進口連通。由此，能夠方便將在熔融爐熔融的磷 礦石熔體排放到所述爐體內。 所述熔體進口通過傾斜的通道與凹槽連通。由此能夠降低熔體進口的高度而不受
所述凹槽位置的影響，從而更好地密封熔體進口 ，避免渣液面低於熔體進口 。 所述凹槽上方設有保溫燒嘴。通過該保溫燒嘴，能夠保持從熔熔爐排放到凹槽內
的熔體的溫度，減少了還原氧化爐內能量的供給和消耗。 所述熔融爐的熔體出口通過溜槽與所述爐體的熔體進口相連。由此熔融爐與還原 氧化爐的連接簡單。 所述爐體設有位於出渣口下面的磷鐵出口 。通過所述磷鐵出口 ，可以將位於所述 爐體底部的位於渣下面的磷鐵排放，排放的磷鐵可以回收利用。 本實用新型附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述
4中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
本實用新型的上述和/或附加的方面和優點從
以下結合附圖對實施例的描述中 將變得明顯和容易理解，其中 圖1為根據本實用新型實施例的熱法煉磷設備的熔融爐和還原氧化爐的示意圖。
圖2為圖1所示熱法煉磷設備的熔融爐的剖視示意圖。 圖3為圖1所示熱法煉磷設備的還原氧化爐的剖視示意圖。
具體實施方式下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的 限制。 圖1為根據本實用新型實施例的熱法煉磷設備的示意圖；圖2為圖1所示熔融還 原熱法煉磷設備的熔融爐的剖視示意圖；圖3為圖1所示熔融還原熱法煉磷設備的還原氧 化爐的剖視示意圖。 如圖1-3所示，根據本實用新型實施例的熱法煉磷設備包括熔融爐100和還原氧 化爐200。熔融爐100用於將磷礦石熔融成熔體。然後，熔體從熔融爐100內加入到還原氧 化爐200內進行還原氧化反應，由此從還原氧化爐200內產生的煙氣中提取氣態五氧化二 磷。根據本實用新型實施例的熱法煉磷設備，磷礦石的熔融與還原氧化分別在獨立分體的 熔融爐100和還原氧化爐200內進行，由此熔融爐100內產生的煙氣與還原氧化爐200產生 的煙氣不會混合，因此還原氧化爐200內煙氣的雜質成分少，氣態五氧化二磷的提取容易， 純度高，從而降低了成本。 如圖l和圖2所示，熔融爐IOO具有加料口 ll和熔體出口 14，加料口 ll用於向熔 融爐100內添加磷礦石，為了降低磷礦石的熔融溫度，還可以向熔融爐100內添加矽石，例 如磷礦石和矽石一同通過加料口 11添加到熔融爐100內。熔體出口 14用於將熔融爐100 內的熔體排出。 根據本實用新型的一個示例，如圖l和2所示，熔融爐IOO設有氧氣天然氣噴嘴 12，圖1中示出了兩個氧氣天然氣噴嘴12，但本實用新型並不限於此。氧氣天然氣噴嘴12 用於向熔融爐100噴入氧氣和天然氣，以便熔融磷礦石。另外，如圖2所示，可以在熔融爐 100的加料口 11處設置旋風加熱器15，以便對加入到熔融爐100的磷礦石和矽石進行預 熱。 熔融爐100內產生的煙氣可以通過加料口 ll排出，當然，也可以在熔融爐100上 設置單獨的煙氣排出口用於排放煙氣。 如圖1和3所示，在本實用新型的一個示例中，還原氧化爐200包括爐體50和噴 槍，爐體50在其內部限定一空腔(爐腔)並且具有熔體進口 27、出渣口和煙氣出口 22，其 中熔體進口27與熔融爐100的熔體出口 14相連，且噴槍的一端插入到爐體50內。熔體進 口 27用於將從熔融爐100排出的熔體加入到爐體50內。[0039] 需要說明的是，熔體進口 27與熔體出口 14相連，這裡術語"相連"應作廣義理解， 例如熔體進口 27與熔融爐100的熔體出口 14可以通過下面描述的溜槽40相連，也可以通 過管道相連，或者熔體進口 27位於熔融爐100的熔體出口 14下方，從熔融爐100的熔體出 口 14排出的熔體可以直接流到熔體進口 27處。 出渣口用於排出爐體50內的渣。還原出的單質磷經過氧化形成為五氧化二磷，隨 爐體50內的其他煙氣一起通過煙氣出口22排出，然後可以從煙氣中分離出五氧化二磷，用 於制酸。 如圖1和3所示，根據本實用新型進一步的示例，還原氧化爐200的噴槍包括頂吹 噴槍21和側吹噴槍26。頂吹噴槍21的下端從爐體50的頂部插入到爐體50內且始終位於 爐體50內的渣液面28上方。頂吹噴槍21用於向爐體50噴入空氣，用於氧化從熔體內還 原出的磷，從而生成五氧化二磷。如圖3所示，頂吹噴槍21的上部設有空氣供給管21a。此 外，頂吹噴槍21還可以同時向爐體50內噴入天然氣，天然氣燃燒用於保溫。如圖3所示， 頂吹噴槍21的上部設有天然氣供給管21b。由於頂吹噴槍21的下端沒有伸入到渣(和/ 或熔體)內，換言之，頂吹噴槍21為非浸沒式頂吹噴槍，因此頂吹噴槍21不會自耗，使用壽 命長，噴口不易堵塞，降低了成本和能耗。另外，頂吹槍適於用水冷卻，即使發生漏水，也不 容易發生爆炸，提高了安全性。 為了防止頂吹噴槍21意外浸入爐體50內的渣內，在爐體50的上方還設有限位部 件33，限位部件33能夠限制頂吹噴槍21伸入爐體50內的最大深度，從而避免頂吹噴槍21 浸入爐體50內的熔體內。限位部件33可以是任何合適的結構形式，例如可以是安裝在頂 吹噴槍21上的限位板和固定在爐體50頂部的限位塊。 側吹噴槍26的一端從爐體50的側面插入到爐體50內且位於熔體進口 27下面。 側吹噴槍26向爐體50內噴入氧氣和粉煤或重油，粉煤或重油燃燒為還原反應提供所需熱 量，同時粉煤或重油提供還原反應所需要的還原劑碳。 爐體50的出渣口分為上出渣口 23和位於上出渣口下面的下出渣口 24，其中下出 渣口 24的位置低於所述側吹噴槍26插入到爐體50內的一端，由此，爐體50內的渣液面能 夠降低到低於側吹噴槍26，因此可以方便地更換側吹噴槍26，因此無需將爐體50內的渣和 /或熔體完全排空，無需停爐，提高了效率。 如圖3所示，熔體進口 27設置在爐體50的側壁上並且位於爐體50內的渣液面28 之下，由此，爐體50內的渣和/或熔體能夠液封熔體進口 27，無需額外單獨密封熔體進口 27，並且防止了爐體50內的煙氣經熔體進口 27外洩。 如圖1所示，根據本實用新型的一個示例，爐體50的外側壁上設置有突出部29，突 出部29的上表面設有凹槽30，凹槽30分別與熔體出口 14和熔體進口 27相連。 例如，凹槽30通過溜槽40與熔體出口 14連通，從熔融爐100內通過熔體出口 14 排出的熔體通過溜槽40排放到凹槽30內，然後通過熔體進口 27流入爐體50內。為了保 持凹槽30內的熔體的溫度，在凹槽30上方設置有保溫燒嘴31，保溫燒嘴31例如可以噴出 氧氣和天然氣，天然氣燃燒以維持凹槽30內的熔體的溫度。 如圖3所示，熔體進口 27通過傾斜的通道32與凹槽30相連。突出部29可以與 爐體50的爐壁一體形成，例如由耐火磚製成。需要理解的是，雖然通道32和熔體進口 27 在這裡描述為兩個部件，通道32也可以看作是熔體進口 27的一部分，即整個通道32作為
6形成在爐體50爐壁內的熔體進口 27。當然，如果將熔體進口 27和通道32看作是分別獨立 的部件，那麼熔體進口 27可以看作通道32的下端開口。 通過將通道32設置為傾斜的通道，使得流體進口 27的高度能夠降低，並且熔體能 夠依靠自重流入到爐體50內。 為了排出爐體50內的少量磷鐵，爐體50還設有位於出渣口下面的磷鐵出口 25，用 於排出沉積在爐體50內下面的少量磷鐵用於回收。 下面簡單描述根據本實用新型實施例的熱法煉磷設備煉磷的操作過程。 首先，將磷礦石從熔融爐100上部的加料口 11加入到熔融爐100內，同時，為了降 低磷礦石的熔點，向熔融爐100還加入矽石熔劑，磷礦石與矽石可以一起加入，也可以分別 加入。此外，利用加料口 11處設置的旋風加熱器15對磷礦石和矽石進行預熱。旋風加熱 器15可以使用任何現有的旋風加熱器，這裡不再詳細描述其結構。 然後，通過氧氣天然氣燒嘴12向熔融爐100內噴入氧氣和天然氣，天然氣燃燒以 提供熔融磷礦石所需的熱量。 當加熱溫度達到145(TC時磷礦石開始熔融，在加熱溫度達到1550-160(TC以上 時，熔融的速度加快，熔融過程中產生的煙氣主要包括HF、 SiF4、 H20、 C02、 CO (少量)、P2 (少 量)、粉塵，煙氣通過加料口 ll排出。當然也可以通過另外設置在熔融爐100頂部的專用出 煙口排出煙氣。 在熔融爐100內熔融的磷礦石熔體通過熔體出口 14經由溜槽40排放到凹槽30 內，保溫噴嘴31對凹槽30內的熔體保溫，凹槽30內的熔體通過傾斜的通道32經熔體進口 27流入到爐體50內。 通過側吹噴槍26向爐體50內噴入氧氣和煤粉(或重油)，煤粉燃燒提供還原反應
所需的熱量，同時一部分煤粉用作從磷礦石內還原磷的還原劑，爐體50內的還原反應式如
下
formula see original document page 7 同時，通過頂吹噴槍21向爐體50內渣液面28的上方噴入天然氣和空氣，天然氣 燃燒用於保持爐體50內渣液面28上方的溫度，空氣中的氧氣與從熔體和渣內逸出的氣態 磷反應生產五氧化二磷。同時，熔體和渣內逸出的還原反應中產生的少量CO氣體被進一步 氧化為C02。 爐體50內的煙氣主要包括P205、 C02、 CO、 N02，經爐體50頂部的煙氣出口 22排出。 從所述煙氣中分離出五氧化二磷，可以用於制磷酸。 從上述描述可知，熔融爐100內產生的煙氣與還原氧化爐200 (或者說爐體50)內 產生的煙氣不相混合，因此含五氧化二磷的煙氣的成分減少，從而五氧化二磷的提取變得 容易，純度高，成本低。 爐體50生成的渣通過上出渣口 23排出。當需要更換側吹噴槍26時，通過下出渣 口 24將爐體50內的渣液面28降低到低於側吹噴槍26，從而容易地更換側吹噴槍26。 當爐體50底部的磷鐵達到一定量時，可以通過磷鐵出口 25排出，用於回收利用。 儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對於本領域的普通技術人員而言， 可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的範圍由所附權利要求及其等同物限定'
權利要求一種熱法煉磷設備，其特徵在於，包括用於將磷礦石熔融成熔體的熔融爐，所述熔融爐具有加料口和熔體出口；和還原氧化爐，所述還原氧化爐包括爐體和噴槍，所述爐體具有熔體進口、出渣口和煙氣出口，其中所述熔體進口與所述熔體出口相連，且所述噴槍的一端插入到所述爐體內。
2. 如權利要求1所述的熱法煉磷設備，其特徵在於，所述噴槍包括頂吹噴槍和側吹噴 槍，所述頂吹噴槍的下端從爐體的頂部插入到爐體內且始終位於爐體內的渣液面上方，所 述側吹噴槍的一端從所述爐體的側面插入到所述爐體內且位於熔體進口下方。
3. 如權利要求2所述的熱法煉磷設備，其特徵在於，所述出渣口包括上出渣口和位於 上出渣口下面的下出渣口 ，其中下出渣口的位置低於所述側吹噴槍插入到所述爐體內的一丄山順。
4. 如權利要求2所述的熱法煉磷設備，其特徵在於，在爐體上方設有限制頂吹噴槍下 端插入到爐體內的深度的限位部件。
5. 如權利要求1所述的熱法煉磷設備，其特徵在於，所述熔體進口位於爐體內的渣液 面之下。
6. 如權利要求5所述的熱法煉磷設備，其特徵在於，所述爐體的外側壁上設有突出部， 所述突出部的上表面設有凹槽，所述凹槽分別與所述熔體出口和所述熔體進口相連。
7. 如權利要求6所述的熱法煉磷設備，其特徵在於，所述熔體進口通過傾斜的通道與 凹槽連通。
8. 如權利要求5所述的熱法煉磷設備，其特徵在於，所述凹槽上方設有保溫燒嘴。
9. 如權利要求1所述的熱法煉磷設備，其特徵在於，所述熔融爐的熔體出口通過溜槽 與所述爐體的熔體進口相連。
10. 如權利要求1所述的熱法煉磷設備，其特徵在於，所述爐體設有位於出渣口下面的 磷鐵出口。
專利摘要本實用新型公開了一種熱法煉磷設備，包括用於將磷礦石熔融成熔體的熔融爐，所述熔融爐具有加料口和熔體出口；和還原氧化爐，所述還原氧化爐包括爐體和噴槍，所述爐體具有熔體進口、出渣口和煙氣出口，其中所述熔體進口與所述熔體出口相連，且所述噴槍的一端插入到所述爐體內。根據本實用新型的熱法煉磷設備，含五氧化二磷的煙氣中的雜質成分少，五氧化二磷提取容易，純度高，成本低。
文檔編號F27B19/04GK201440036SQ20092010961
公開日2010年4月21日 申請日期2009年6月25日 優先權日2009年6月25日
發明者候雋, 馮曉梅, 張振民, 李光明, 李棟, 李進, 王佳才, 鄒建, 馬永強 申請人:中國恩菲工程技術有限公司;四川川恆化工股份有限公司