CN100484868C - 直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐和铝酸盐制品的方法 - Google Patents
直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐和铝酸盐制品的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐和铝酸盐制品的方法，可以对中低品位磷矿、选矿后P2O5≥6%的尾矿进行综合利用。本发明通过在磷矿粉中加入硅石粉，焦碳粉，或煤粉、煤矸石粉，根据固体产品不同添加高岭土或其它添加剂，混匀后加水制成球或制成各种形状的制品，经烘干后装入耐火材料容器中进入隧道窑，经预热、升温后得到磷蒸气和一氧化碳，再经过水合塔吸收得到浓磷酸，容器中的制品经冷却得到各种副产品。本发明扩大了申请号为200610018780.8专利申请的制品范围，丰富了品种，简化了生产过程控制，提高了磷的还原率，使大规模工业化生产成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备磷酸和多种硅酸盐和铝酸盐制品的方法，特别是一种采用含P2O5≥6％的中低品位磷矿和磷矿选矿后的尾矿直接制取高浓度磷酸和硅酸盐和铝酸盐制品的方法。
背景技术
磷酸的工业化生产方法主要有以下几种：(1)湿法磷酸：用硫酸分解磷矿石制取磷酸，该方法需要大量优质磷矿石和硫酸，同时产生大量磷石膏废渣。(2)热法磷酸：用电炉法生产黄磷，然后燃烧吸收制取磷酸，该方法需要大量电能和中高品位磷矿块矿。(3)新的窑法磷酸工艺：这种工艺生产中未见成功应用，但专利方法中有报道，如：中国长沙矿冶院的专利号为93111447.0“一种直接还原磷矿石生产磷酸的方法”的发明专利，该方法需要中品位磷矿石，磷的利用率只有80％左右；中国化工部化肥研究所的专利申请号为89100292.8“一种制取高浓度磷酸的方法”的专利，也需要中品位磷矿石。我公司申报的“利用磷矿选矿后的含磷尾矿制取高浓度磷酸并副产建筑用砖的方法”的专利，申请号为200610018780.8，磷的还原率可以达到90％。
本申请人于2006年4月14日申请了名称为“利用磷矿选矿后的含磷尾矿制取磷酸并副产建筑用砖的方法”的发明专利，其主要工艺过程是将含磷尾矿和碳质还原剂，硅石粉混合后加入得到混合料，再加入粘和剂混合经陈腐均化，真空挤出机挤出或压砖机压成坯体，经烘干后再浸釉1-3次，码入隧道窑车在隧道窑内经预热，升温到1200℃-1450℃，使料块中的焦碳与磷矿反应生成磷蒸气P4和一氧化碳，往窑内通入空气使P4和CO氧化成P2O5和CO2，把含有P2O5的高温气体抽出来经换热器降温后入水化塔并用循环酸吸收得磷酸，反应完毕后的砖块经冷却换热后即为建筑砖产品。在此专利申请有1-3次浸釉工序，其生产过程控制较为复杂，浸釉工序也增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的是在申请号为200610018780.8专利的基础上，利用磷矿采选过程中的P2O5≥6％含磷贫矿和尾矿为原料，制取高浓度磷酸，其磷的利用率达到95％，并得到水泥熟料和各种硅酸盐、铝酸盐压制成型制品的直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐和铝酸盐制品的方法。
本发明的目的是这样实现的：一种直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐和铝酸盐制品的方法，将磷矿和碳质还原剂、硅石粉、添加剂混合均匀后成型，将成型后的物料盛放于物料容器中，经过烘干后，放于隧道窑车中在隧道窑内经预热，升温到1200℃-1450℃，使容器中的物料反应，生成磷蒸汽和一氧化碳从容器中逸出，在烟道中进一步氧化成P2O5和CO2，把含有P2O5的高温气体抽出来经换热器降温后，进入水和塔并用循环酸吸收得到磷酸，容器中的物料经冷却换热后即为硅酸盐和铝酸盐制品。
选用的磷矿中P2O5≥6％，按照质量比为：磷矿粉：硅石粉＝1：0.1-2；碳质还原剂为焦碳、煤或煤矸石，以固定碳含量计：P2O5:C＝1：0.3-1。
将磷矿和碳质还原剂、硅石粉、添加剂混合均匀后成型是指通过加水，在成球盘中制成Φ5-50mm料球或者是直接将粉料挤压成各种形状的制品。
添加剂为物料总重量1-10％的高岭土或铝土。
向物料中加入物料总重量1-2％的水玻璃、聚乙烯醇或甲基纤维素，制成预先设计的异型建筑材料。
物料容器为耐火制品。
本发明提供的直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐和铝酸盐制品的方法，工作原理与申请号为200610018780.8专利基本相同，但本专利申请采用了耐火材料容器对成型物料进行物理保护，省略了上釉工序，还进一步提高了磷的还原率。
具体实施方式
本发明的工作原理如下：
本发明是以隧道窑为主要反应设备来完成磷矿的还原和磷的氧化反应，通过烟气吸收塔吸收制得磷酸。磷矿的还原用焦碳或煤或煤矸石等含碳原料作为还原剂，加入硅石粉、高岭土参与还原反应，生成硅酸钙(CaO·SiO2)，铝酸三钙(3CaO·Al2O3)。反应如下：
4Ca5(PO4)3F+30C+16SiO2+Al2O3·2SiO2→
17(CaO·SiO2)+3CaO·Al2O3+SiF4↑+30CO↑+3P4↑
反应产生的磷蒸气及CO气体在窑内供给过量的O2使之发生氧化反应：
P4+5O2→2P2O5+ΔH
2CO+O2→2CO2+ΔH
氧化反应放出的热量用于维持反应温度，可以减少燃料用量，以节约能源，降低成本。
本发明的工艺流程如下：磷矿、硅石粉、焦碳粉、高岭土、添加剂按一定比例混合均匀后再加水，在成球盘中制成Φ5-50mm料球、或者是直接粉料、或挤压成各种形状的制品(如建筑砖，耐火砖，多孔砖，各种装饰砖等)，再盛放于耐火物料容器中，经过烘干后，放于隧道窑车中在隧道窑内经预热，升温到1200℃-1450℃，使容器中的物料反应，生成磷蒸汽和一氧化碳从容器中逸出，在烟道中进一步氧化成P2O5和CO2，把含有P2O5的高温气体抽出来经换热器降温后，进入水化塔并用循环酸吸收得到磷酸，容器中的物料经冷却换热后即为水泥熟料或制成品。
例1：
用湖北神农架矿业公司磷矿选矿尾矿，硅石粉，焦碳粉分别按以下述质量比：(1)尾矿：硅石粉＝1：0.1，P2O5％：C＝1：0.3；(2)尾矿：硅石粉＝1：0.5，P2O5％：C＝１：0.5；(3)尾矿:硅石粉＝1：1，P2O5％：C＝1：0.8；(4)尾矿:硅石粉＝1：1.8，P2O5％：C＝1：1混合好，混合料要求细度≥120目；拌匀后在成球盘中均匀加入8％左右水把料做成Φ5-50mm小球状，再装入610×610×450mm方形炭化硅物料容器中，装满后码入1.5×1.5M窑车，经烘干后进入36.98×1.9×1.5M隧道窑经过预热，升温到1200-1450℃，物料容器在窑内总运行时间8小时，其运行过程采用PLC编程自动控制。其高温气体抽出入Φ1.4×8.2M水合塔用循环酸吸收得磷酸，经检测，得到的磷酸浓度为85％；物料容器经冷却换热后出窑就是硅酸盐水泥熟料。其质量符合硅酸盐水泥熟料质量标准。熟料含P2O5≤0.5％。物料容器可重复使用。
例2：
用例1中的混合料外加2％高岭土泥浆，均匀外加6％左右水分拌匀后用160吨摩擦压力机压制成230×112×65mm砖块或240×60×8mm片砖，经烘干后装入610×610×450mm方形磷酸盐耐火物料容器中，码入1.5×1.5M窑车，进入36.98×1.9×1.5M隧道窑经过预热，升温到1200-1400℃，物料容器在窑内总运行时间16小时，其运行过程采用PLC编程自动控制。其高温气体抽出入Φ1.4×8.2M水合塔用循环酸吸收得磷酸，经检测，得到磷酸浓度为85％，物料容器的砖块经冷却换热后得230×112×65mm耐火保温砖或240×60×8mm装饰砖产品，制品中P2O5≤0.7％，产品符合保温砖或装饰砖质量要求。
例3：
用例1中的混合料，再加入物料总重量1-2％水玻璃或聚乙烯醇或甲基纤维素，均匀外加6-8％水分拌匀后用摩擦压力机压制成符合国家标准规定的外墙砖或其他预先设计的异型建筑材料，经烘干后装入610×610×450mm方形磷酸盐耐火物料容器中，码入1.5*1.5M窑车，进入36.98×1.9×1.5M隧道窑经过预热，升温到1200-1400℃，物料容器在窑内总运行时间12小时，其运行过程采用PLC编程自动控制。其高温气体抽出入Φ1.4×8.2M水合塔用循环酸吸收得磷酸，磷酸浓度为85％，物料容器产品经冷却换热后得外墙砖或所设计的异型建筑材料，制品中P2O5≤0.7％。
Claims (6)
1、一种直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐和铝酸盐制品的方法，其特征在于：将磷矿和碳质还原剂、硅石粉、添加剂混合均匀后成型，将成型后的物料盛放于物料容器中，经过烘干后，放于隧道窑车中在隧道窑内经预热，升温到1200℃-1450℃，使容器中的物料反应，生成磷蒸汽和一氧化碳从容器中逸出，在烟道中进一步氧化成P2O5和CO2，把含有P2O5的高温气体抽出来经换热器降温后，进入水和塔并用循环酸吸收得到磷酸，容器中的物料经冷却换热后即为硅酸盐和铝酸盐制品。
2、根据权利要求1所述的直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐和铝酸盐制品的方法，其特征在于：选用的磷矿中P2O5≥6％，按照质量比为：磷矿粉：硅石粉＝1：0.1-2；碳质还原剂为焦碳、煤或煤矸石，以固定碳含量计：P2O5:C＝1:0.3-1。
3、根据权利要求1或2所述的直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐和铝酸盐制品的方法，其特征在于：将磷矿和碳质还原剂、硅石粉、添加剂混合均匀后成型是指通过加水，在成球盘中制成Φ5-50mm料球或者是直接将粉料挤压成各种形状的制品。
4、根据权利要求1所述的直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐和铝酸盐制品的方法，其特征在于：添加剂为物料总重量1-10％的高岭土或铝土。
5、根据权利要求1所述的直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐和铝酸盐制品的方法，其特征在于：向物料中加入物料总重量1-2％的水玻璃、聚乙烯醇或甲基纤维素，制成预先设计的异型建筑材料。
6、根据权利要求1或2所述的直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐和铝酸盐制品的方法，其特征在于：物料容器为耐火制品。
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