本發(fā)明屬于磷化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用磷礦球團(tuán)分層制備磷酸的方法。

背景技術(shù)：

目前磷酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法主要有以下幾種：(1)濕法磷酸：用硫酸分解磷礦石制取磷酸，該方法需要大量?jī)?yōu)質(zhì)磷礦石和硫酸，同時(shí)產(chǎn)生大量磷石膏廢渣。(2)熱法磷酸：用電爐法生產(chǎn)黃磷，然后燃燒吸收制取磷酸，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(shù)攻關(guān)的關(guān)鍵是既要將磷的還原和氧化反應(yīng)這兩個(gè)氣氛要求不同的區(qū)域有效的隔離又不妨礙相互之間的傳熱和傳質(zhì)。并且目前大多數(shù)火法制磷酸原料采用礦山開(kāi)采的天然塊礦為主，同時(shí)在磷礦開(kāi)采過(guò)程中所產(chǎn)生的粉礦量約占開(kāi)采量的50%，由于粉礦品位較低（P₂O₅含量低），細(xì)度小于3mm的細(xì)粉都不能入爐生產(chǎn)，因此造成了磷礦石粉礦的大量浪費(fèi)。隨著磷礦資源的日益枯竭、貧化，仍舊使用天然塊礦來(lái)生產(chǎn)不僅成本越來(lái)越高，工藝過(guò)程中的耗能越來(lái)越大。因此，如何開(kāi)發(fā)出一種能夠拓寬原料利用條件、降低耗能、提高產(chǎn)能的制備磷酸的方法成為本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種利用磷礦球團(tuán)分層制備磷酸的方法。該方法采用分層布料，具有原料適應(yīng)性廣、耗能低、產(chǎn)能高的特點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提出了一種利用磷礦球團(tuán)分層制備磷酸的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括以下步驟：（1）原料處理及制球：將磷礦粉、還原煤及硅石經(jīng)烘干、破碎、篩分后按比例配料，配入粘結(jié)劑后混勻并壓制成球，所制球團(tuán)分為低配煤量球團(tuán)和高配煤量球團(tuán)；（2）還原和氧化處理：將所述球團(tuán)干燥處理后，通過(guò)布料裝置將所述高配煤量球團(tuán)和低配煤量球團(tuán)分層地均勻布于轉(zhuǎn)底爐料床上形成料層，隨著所述轉(zhuǎn)底爐爐底的運(yùn)轉(zhuǎn)，所述球團(tuán)在所述爐內(nèi)物料還原區(qū)還原得到磷蒸氣，上升至爐頂氧化區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到含P₂O₅煙氣；（3）除塵和水化處理：將產(chǎn)生的含P₂O₅煙氣經(jīng)除塵和水化處理后，得到高濃度磷酸產(chǎn)品，冷卻后的爐渣可用作水泥生產(chǎn)原料。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的該方法，實(shí)現(xiàn)了磷礦還原、氧化反應(yīng)在同一爐內(nèi)進(jìn)行，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量可輻射補(bǔ)給還原過(guò)程中的所需熱量，有效減少外界供給能耗，降低生產(chǎn)能耗；且采用分層布料，保障物料區(qū)還原性氣氛，提高爐內(nèi)布料厚度，可有效提高設(shè)備利用率，在保證產(chǎn)品指標(biāo)合格的前提下產(chǎn)能大大提高，比傳統(tǒng)方法產(chǎn)能提高2-4倍；此外，本發(fā)明轉(zhuǎn)底爐可采用蓄熱式燃燒技術(shù)，可使用劣質(zhì)或低品質(zhì)燃料，降低了燃料成本，可在國(guó)內(nèi)和缺少天然氣和優(yōu)質(zhì)燃料的地區(qū)推廣。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，步驟（1）中，所述低配煤量球團(tuán)原料重量配比為：磷礦粉100重量份，還原煤15-30重量份，硅石20-40重量份；高配煤量球團(tuán)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(tuán)高5-10重量份，硅石20-40重量份。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述球團(tuán)粒徑均為8-16mm。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土、高嶺土、粘土的一種或多種，粘結(jié)劑的配入量為混合料總重量的1-5%。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，步驟（2）中，所述爐內(nèi)布料采用分層布料方式，頂層為高配煤量球團(tuán)，底層為低配煤量球團(tuán)，且所述轉(zhuǎn)底爐供料系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)料倉(cāng)，高配煤量球團(tuán)料倉(cāng)通過(guò)分料裝置供給爐內(nèi)頂層布料球團(tuán)，低配煤量球團(tuán)料倉(cāng)通過(guò)分料裝置供給爐內(nèi)底層布料球團(tuán)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述轉(zhuǎn)底爐內(nèi)還原區(qū)還原溫度為1200-1350℃，時(shí)間為20-50min。

本發(fā)明至少具有以下有益效果：

1）本發(fā)明實(shí)現(xiàn)磷礦還原、氧化反應(yīng)在同一爐內(nèi)進(jìn)行，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量可輻射補(bǔ)給還原過(guò)程中的所需熱量，有效減少外界供給能耗，降低生產(chǎn)能耗。

2）本發(fā)明采用分層布料，保障物料區(qū)還原性氣氛，提高爐內(nèi)布料厚度，可有效提高設(shè)備利用率，在保證產(chǎn)品指標(biāo)合格的前提下產(chǎn)能大大提高，比傳統(tǒng)方法產(chǎn)能提高2-4倍。

3）本發(fā)明轉(zhuǎn)底爐可采用蓄熱式燃燒技術(shù)，可使用劣質(zhì)或低品質(zhì)燃料，降低了燃料成本，可在國(guó)內(nèi)和缺少天然氣和優(yōu)質(zhì)燃料的地區(qū)推廣。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的制備磷酸的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。下面描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提出了一種利用磷礦球團(tuán)分層制備磷酸的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖1為本發(fā)明的制備磷酸的方法流程圖，參照?qǐng)D1所示，該方法包括以下步驟：

（1）原料處理及制球：將磷礦粉、還原煤及硅石經(jīng)烘干、破碎、篩分后按比例配料，配入粘結(jié)劑后混勻并壓制成球，所制球團(tuán)分為低配煤量球團(tuán)和高配煤量球團(tuán)。原料中控制配入合適的硅石量使得氟磷酸鈣與碳反應(yīng)還原生成的CaO立即與加入的SiO₂反應(yīng)生成硅酸鈣，從而有效降低氟磷酸鈣的還原溫度，使得還原反應(yīng)在較低的溫度下也能進(jìn)行，此外，配入SiO₂可使球團(tuán)熔點(diǎn)高于球團(tuán)中磷礦石的碳熱還原溫度，從而降低了能耗，確保生產(chǎn)順行。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述低配煤量球團(tuán)原料重量配比為：磷礦粉100重量份，還原煤15-30重量份，硅石20-40重量份；高配煤量球團(tuán)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(tuán)高5-10重量份，硅石20-40重量份。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述球團(tuán)粒徑的具體大小不受限制，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，本發(fā)明所述球團(tuán)粒徑均優(yōu)選為8-16mm。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述粘結(jié)劑的具體種類(lèi)不受限制，可以為膨潤(rùn)土、高嶺土或粘土，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，本發(fā)明所述粘結(jié)劑優(yōu)選為膨潤(rùn)土、高嶺土、粘土的一種或多種，其中，粘結(jié)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(tuán)干燥處理后，所述爐內(nèi)布料采用分層布料方式，頂層為高配煤量球團(tuán)，底層為低配煤量球團(tuán)，且所述轉(zhuǎn)底爐供料系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)料倉(cāng)，高配煤量球團(tuán)料倉(cāng)通過(guò)分料裝置供給爐內(nèi)頂層布料球團(tuán)，低配煤量球團(tuán)料倉(cāng)通過(guò)分料裝置供給爐內(nèi)底層布料球團(tuán)，厚料層操作是提高轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)效率及產(chǎn)能的重要途徑；所述轉(zhuǎn)底爐內(nèi)還原區(qū)還原溫度為1200-1350℃，時(shí)間為20-50min；通過(guò)布料裝置將所述高配煤量球團(tuán)和低配煤量球團(tuán)分層地均勻布于轉(zhuǎn)底爐料床上形成料層，隨著所述轉(zhuǎn)底爐爐底的運(yùn)轉(zhuǎn)，所述球團(tuán)在所述爐內(nèi)物料還原區(qū)還原得到磷蒸氣，上升至爐頂氧化區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到含P₂O₅煙氣。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，采用分層布料，在還原反應(yīng)初期由于上層球團(tuán)碳含量高，部分碳氧化可消除物料區(qū)多余氧，由于碳過(guò)剩氧化成還原性氣體CO，快速實(shí)現(xiàn)物料區(qū)還原性氣氛，減少磷礦球團(tuán)內(nèi)配碳燒損，提高磷礦還原率；此外，分層布料可提高爐內(nèi)布料厚度，可有效提高設(shè)備利用率，在保證產(chǎn)品指標(biāo)合格的前提下產(chǎn)能大大提高，比傳統(tǒng)方法產(chǎn)能提高2-4倍。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，磷礦球團(tuán)在物料還原區(qū)發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生磷蒸氣，通過(guò)控制空燃比使?fàn)t子頂部呈弱氧化氣氛，又不破壞物料區(qū)的還原性氣氛，還原區(qū)所得磷蒸氣在爐頂氧化區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)磷礦還原、氧化反應(yīng)在同一爐內(nèi)進(jìn)行，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量可輻射補(bǔ)給還原過(guò)程中的所需熱量，降低因調(diào)整空燃比而帶來(lái)的爐溫波動(dòng)，有效減少外界供給能耗，降低生產(chǎn)能耗。

（3）除塵和水化處理：將產(chǎn)生的含P₂O₅煙氣經(jīng)除塵和水化處理后，得到高濃度磷酸產(chǎn)品，冷卻后的爐渣可用作水泥生產(chǎn)原料。

實(shí)施例1：

將磷礦粉：還原煤：硅石：膨潤(rùn)土按照配比為：100： 15（低配煤）/25（高配煤）：20：2.8進(jìn)行混勻壓制成低配煤量球團(tuán)和高配煤量球團(tuán)，所制球團(tuán)烘干后采用頂層為高配煤量球團(tuán)，底層為低配煤量球團(tuán)分層布料方式布入蓄熱式轉(zhuǎn)底爐內(nèi)，還原溫度1200℃，時(shí)間50分鐘，爐內(nèi)磷礦發(fā)生還原、氧化反應(yīng)后所產(chǎn)生的含P₂O₅煙氣經(jīng)煙道排出后，經(jīng)凈化、水化后最終得到酸濃度83%的磷酸產(chǎn)品，從排料口排出的高溫爐渣經(jīng)過(guò)空氣換熱裝置預(yù)熱空氣后可作為助燃空氣使用，冷卻后的爐渣可用作水泥生產(chǎn)原料。

實(shí)施例2：

將磷礦粉：還原煤：硅石：高嶺土按照配比為：100： 25（低配煤）/32（高配煤）：30：5.6進(jìn)行混勻壓制成低配煤量球團(tuán)和高配煤量球團(tuán)，所制球團(tuán)烘干后采用頂層為高配煤量球團(tuán)，底層為低配煤量球團(tuán)分層布料方式布入蓄熱式轉(zhuǎn)底爐內(nèi)，還原溫度1300℃，時(shí)間40分鐘，爐內(nèi)磷礦發(fā)生還原、氧化反應(yīng)后所產(chǎn)生的含P₂O₅煙氣經(jīng)煙道排出后，經(jīng)凈化、水化后最終得到酸濃度85%的磷酸產(chǎn)品，從排料口排出的高溫爐渣經(jīng)過(guò)空氣換熱裝置預(yù)熱空氣后可作為助燃空氣使用，冷卻后的爐渣可用作水泥生產(chǎn)原料。

實(shí)施例3：

將磷礦粉：還原煤：硅石：粘土按照配比為：100： 30（低配煤）/35（高配煤）：40：8.5進(jìn)行混勻壓制成低配煤量球團(tuán)和高配煤量球團(tuán)，所制球團(tuán)烘干后采用頂層為高配煤量球團(tuán)，底層為低配煤量球團(tuán)分層布料方式布入蓄熱式轉(zhuǎn)底爐內(nèi)，還原溫度1350℃，時(shí)間20分鐘，爐內(nèi)磷礦發(fā)生還原、氧化反應(yīng)后所產(chǎn)生的含P₂O₅煙氣經(jīng)煙道排出后，經(jīng)凈化、水化后最終得到酸濃度84%的磷酸產(chǎn)品，從排料口排出的高溫爐渣經(jīng)過(guò)空氣換熱裝置預(yù)熱空氣后可作為助燃空氣使用，冷卻后的爐渣可用作水泥生產(chǎn)原料。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的該方法，實(shí)現(xiàn)了磷礦還原、氧化反應(yīng)在同一爐內(nèi)進(jìn)行，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量可輻射補(bǔ)給還原過(guò)程中的所需熱量，有效減少外界供給能耗，降低生產(chǎn)能耗；且采用分層布料，保障物料區(qū)還原性氣氛，提高爐內(nèi)布料厚度，可有效提高設(shè)備利用率，在保證產(chǎn)品指標(biāo)合格的前提下產(chǎn)能大大提高，比傳統(tǒng)方法產(chǎn)能提高2-4倍；此外，本發(fā)明轉(zhuǎn)底爐可采用蓄熱式燃燒技術(shù)，可使用劣質(zhì)或低品質(zhì)燃料，降低了燃料成本，可在國(guó)內(nèi)和缺少天然氣和優(yōu)質(zhì)燃料的地區(qū)推廣。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型，同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本申請(qǐng)的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。