專利名稱：直接還原磷礦制取高濃度磷酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磷酸制取技術(shù)領(lǐng)域，特別是采用中低品位磷礦直接還原制取 高濃度磷酸(和副產(chǎn)品水泥、建材制品)的方法。
技術(shù)背景工業(yè)化生產(chǎn)磷酸的主要方法以下幾種(1)以黃磷為原料，經(jīng)氧化燃燒、 水合吸收制取磷酸；該方法制得的產(chǎn)品質(zhì)量好、濃度高但其原料生產(chǎn)需消耗 大量的電能和中高品位的磷礦，能耗高、成本高，常規(guī)稱為熱法磷酸。(2) 用硫酸分解磷礦制取磷酸；該方法生產(chǎn)成本相對(duì)較低，但需要消耗大量的硫 酸和優(yōu)質(zhì)磷礦石，產(chǎn)品質(zhì)量差，酸濃度低， 一般只用于生產(chǎn)肥料，難以滿足 工業(yè)磷酸鹽生產(chǎn)用酸要求。而且以上兩種生產(chǎn)方法均有大量的固體廢渣排放， 給環(huán)境造成很大壓力。(3)新的窯法磷酸生產(chǎn)工藝，目前國內(nèi)報(bào)道已建成兩 套生產(chǎn)裝置，該方法用碳作還原劑、二氧化硅作助劑直接還原磷礦制取磷酸； 但該方法為了解決料坯還原碳早燃和五氧化二磷反吸，在料坯制作過程中， 往往采用一次成型、二到三次包裹的方法，料坯制作工藝復(fù)雜、工作量大、 能耗高，消耗大量高價(jià)值的包裹劑，增加了窯法磷酸生產(chǎn)成本，降低了窯法 磷酸的市場競爭力。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種直接還原中低品位磷礦制取高濃度磷酸和副產(chǎn) 水泥、建材制品的方法。該方法避免了料坯還原碳早燃和五氧化二磷反吸現(xiàn) 象的發(fā)生，礦石磷利用率超過90%,所得磷酸可直接用于部分磷酸鹽生產(chǎn)， 其燒渣直接或添加少量熟石灰、石膏就能作為水泥或建材原料。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的利用熱法和濕法磷酸生產(chǎn)不能利用的中低 品位磷礦為主要原料與硅藻土、焦碳或煤等制取高品質(zhì)、高濃度磷酸和副產(chǎn) 水泥、建材制品。具體方法是用磷礦石、硅藻土、焦碳或煤制作的料坯還原氧化制取磷酸的過程分為 三個(gè)區(qū)域，預(yù)熱區(qū)、還原區(qū)和氧化燃燒區(qū)，并用不同的設(shè)備組件構(gòu)成；用制
作的料坯進(jìn)入復(fù)合窯預(yù)熱區(qū)，預(yù)熱至1150 — 120(TC，然后再進(jìn)入還原區(qū)，在 1250-145(TC使料坯中的焦碳或煤與磷礦發(fā)生還原反應(yīng)，生成的磷蒸氣h和一 氧化碳?xì)怏w再進(jìn)入復(fù)合窯內(nèi)的氧化燃燒區(qū)，在氧化燃燒區(qū)加入空氣使磷蒸氣 P4和一氧化碳?xì)怏w氧化成PA和二氧化碳混合窯氣，把高溫混合窯氣抽出來經(jīng) 除塵后引入水合吸收塔用循環(huán)酸吸收制得磷酸，還原反應(yīng)完畢的料坯從還原 區(qū)排出，經(jīng)冷卻換熱后即為水泥熟料或建材原料，按現(xiàn)有技術(shù)的方法制得水 泥和建材制品(如磚、保溫材料等)。磷蒸氣P4和一氧化碳?xì)怏w在氧化燃燒區(qū)氧化反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱量經(jīng)輻射 間接加熱料坯，補(bǔ)充料坯預(yù)熱和還原反應(yīng)的熱能。本發(fā)明的工作原理如下本發(fā)明是以復(fù)合窯為主要反應(yīng)設(shè)備來完成磷礦粉的還原和單質(zhì)磷的氧化 反應(yīng)，通過對(duì)窯氣水合吸收來制取磷酸。磷礦粉的還原用焦碳或煤作為還原 劑，加入粘土硅藻土或硅石作為助劑參與還原反應(yīng)，生成硅酸鈣(CaO*Si02)， 鋁酸三鈣(3CaO'AI203),在還原區(qū)反應(yīng)如下4Ca5F(PO4)3+30C+18Si02+AI203—17 CaOSi02+3CaO'AI203+3P4 t +30CO t +SiF4 t 反應(yīng)產(chǎn)生的磷蒸氣和一氧化碳?xì)怏w進(jìn)入復(fù)合窯內(nèi)的氧化燃燒區(qū)，再與在氧化 燃燒區(qū)加入的空氣發(fā)生氧化反應(yīng)P4+502—2P205 t + AH 2CO+02—2C02 t +AH 磷蒸氣和一氧化碳?xì)怏w和空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)放出大量的熱，經(jīng)輻射 間接加熱料坯，使料坯預(yù)熱和進(jìn)行還原反應(yīng)，根據(jù)需要補(bǔ)加的外部熱源進(jìn)入還原區(qū)直接加熱還原料坯，并進(jìn)一步帶動(dòng)還原反應(yīng)生成的磷蒸氣P4和一氧化 碳?xì)怏w進(jìn)入復(fù)合窯內(nèi)的氧化燃燒區(qū)。還原反應(yīng)完畢的料坯從還原區(qū)排出，經(jīng) 冷卻換熱后即為水泥熟料或建材制品。本發(fā)明料坯在隔絕氧氣的條件下升溫，不會(huì)產(chǎn)生還原碳的早燃現(xiàn)象和導(dǎo) 致碳損失。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是把料坯的預(yù)熱、還原、還原氣氧化過程分開， 其反應(yīng)互不干擾。在高溫還原氣氛條件下所得的磷蒸氣和一氧化碳?xì)怏w在專 門的氧化燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒氧化，得到五氧化二磷和二氧化碳混合窯氣，該混 合窯氣由氧化燃燒區(qū)底部窯氣出口引出，不與料坯接觸，不會(huì)發(fā)生五氧化二
磷的反吸現(xiàn)象，反應(yīng)過程控制簡單，而且磷礦的還原率高，總磷得率高。生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)成本低。


圖1是本發(fā)明的復(fù)合窯的一個(gè)實(shí)例結(jié)構(gòu)示意圖。圖中l(wèi)一氧化燃燒室，2—還原室，3—預(yù)熱室，4—預(yù)熱室進(jìn)料口， 5 —氧化燃燒室空氣進(jìn)口， 6—換熱列管，7—窯氣出口， 8—還原室高溫?zé)釟膺M(jìn) 氣分布管組，9一還原室排渣口， 10—錐形旋轉(zhuǎn)刮板式排渣機(jī)，ll一錐形旋轉(zhuǎn) 刮板式排渣機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，12 —立柱，13 —水夾套，14一氧化燃燒室與還原室 相連的小孔。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本發(fā)明的工藝流程如下用磷礦石、硅藻土、焦碳或煤制作的料坯還原 氧化制取磷酸的過程分為三個(gè)區(qū)域，預(yù)熱區(qū)、還原區(qū)和氧化燃燒區(qū)，并用不 同的設(shè)備組件構(gòu)成，如圖1所示。工藝方法是將中低品位磷礦石(P205:17-22%， Si02:21-27%)、硅藻土 (Si02>68%)、焦碳或煤(固定碳含量》75%) 三種原料按l : 0.01—0.96 : 0.1—0.3的比例混合后，研磨成80%以上通過200 目的粉，再噴加5_8%的水和0—1%的木質(zhì)磺酸鹽壓制成所需形狀的料坯(。 10-25mm的小球)，經(jīng)38(TC-50(TC烘干后加入復(fù)合窯內(nèi)預(yù)熱區(qū)經(jīng)預(yù)熱到 115(TC — 120(TC，然后再進(jìn)入還原區(qū)，在1250-145(TC使料坯中的焦碳或煤與 磷礦發(fā)生還原反應(yīng)，生成的磷蒸氣P4和一氧化碳?xì)怏w再進(jìn)入復(fù)合窯內(nèi)的氧化 燃燒區(qū)，在氧化燃燒區(qū)加入空氣使磷蒸氣P4和一氧化碳?xì)怏w氧化成PA和二 氧化碳混合窯氣，把高溫混合窯氣抽出來經(jīng)除塵后引入水合吸收塔用循環(huán)磷 酸吸收制得磷酸，磷蒸氣P4和一氧化碳?xì)怏w在氧化燃燒區(qū)氧化反應(yīng)產(chǎn)生的大 量熱量經(jīng)輻射間接加熱料坯，還原反應(yīng)完畢的料坯從還原罐底經(jīng)排渣機(jī)排出， 冷卻換熱后添加一定量的熟石灰和熟石膏調(diào)整強(qiáng)度磨細(xì)制成水泥。本發(fā)明所用的坯料也可是除上除實(shí)施例以外的其它材料制備的坯料。
權(quán)利要求
1、一種直接還原磷礦制取高濃度磷酸的方法，其特征在于用磷礦石、硅藻土、焦碳或煤制作的料坯還原氧化制取磷酸的過程分為三個(gè)區(qū)域，預(yù)熱區(qū)、還原區(qū)和氧化燃燒區(qū)，并用不同的設(shè)備組件構(gòu)成；用制作的料坯進(jìn)入復(fù)合窯預(yù)熱區(qū)，預(yù)熱至1150-1200℃，然后再進(jìn)入還原區(qū)，在1250-1450℃使料坯中的焦碳或煤與磷礦發(fā)生還原反應(yīng)，生成的磷蒸氣P4和一氧化碳?xì)怏w再進(jìn)入復(fù)合窯內(nèi)的氧化燃燒區(qū)，在氧化燃燒區(qū)加入空氣使磷蒸氣P4和一氧化碳?xì)怏w氧化成P2O5和二氧化碳混合窯氣，把高溫混合窯氣抽出來經(jīng)除塵后引入水合吸收塔用循環(huán)酸吸收制得磷酸，還原反應(yīng)完畢的料坯從還原區(qū)排出，經(jīng)冷卻換熱后即為水泥熟料或建材原料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接還原磷礦制取高濃度磷酸的方法，其特征 在于磷蒸氣P4和一氧化碳?xì)怏w在氧化燃燒區(qū)氧化反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱量經(jīng)輻 射間接加熱料坯，補(bǔ)充料坯預(yù)熱和還原反應(yīng)的熱能。
全文摘要
本發(fā)明是一種直接還原磷礦制取高濃度磷酸的方法。用磷礦石、硅藻土、焦碳或煤制作的料坯還原氧化制取磷酸的過程分為三個(gè)區(qū)域，預(yù)熱區(qū)、還原區(qū)和氧化燃燒區(qū)，并用不同的設(shè)備組件構(gòu)成；預(yù)熱區(qū)1150-1200℃，還原區(qū)在1250-1450℃使料坯中的焦碳或煤與磷礦發(fā)生還原反應(yīng)，生成的磷蒸氣P₄和一氧化碳?xì)怏w再進(jìn)入氧化燃燒區(qū)，在氧化燃燒區(qū)加入空氣使磷蒸氣P₄和一氧化碳?xì)怏w氧化成P₂O₅和二氧化碳混合窯氣，抽出高溫混合窯氣經(jīng)除塵后引入水合吸收塔用循環(huán)酸吸收制得磷酸。還原反應(yīng)完畢的料坯從還原區(qū)排出，經(jīng)冷卻換熱后即為水泥熟料或建材原料。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是把料坯的預(yù)熱、還原、還原氣氧化過程分開，其反應(yīng)互不干擾。反應(yīng)過程控制簡單，而且磷礦的還原率高，總磷得率高。
文檔編號(hào)C01B25/00GK101157448SQ20071006624
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者倪天銀 申請(qǐng)人:云南常青樹化工有限公司