CN103288064B - 利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法，包括有以下步骤：将磷矿选矿尾矿和碳质还原剂混合制取混合物料，磨至85%以上过100目筛，加入粘合剂采用粘结造粒成球或压制成块状，进入回转窑或隧道窑经窑法磷酸工艺制得磷酸或进入流化床反应器经流态化法磷酸工艺生产磷酸。本发明具有以下有益效果：利用磷矿采选过程中的高硅含磷废渣和尾矿为原料生产磷酸，可以替代传统方法中所添加的硅石，可达到节约单位产品能耗15%-40%的效果；可以对磷矿采选过程中高硅含磷废渣和尾矿中的磷资源进行利用，达到将这部分固体废弃物变为有效资源的目的；可以节约窑法磷酸和流态化法磷酸生产方法中部分物料粉碎所需成本。

Description

利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法
技术领域
本发明涉及一种利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法，特别是利用一种磷矿选矿高硅尾矿或低品位磷矿快速还原生产磷酸的方法。
背景技术
磷酸的工业生产工艺路线主要分为湿法、热法。湿法磷酸工艺采用强酸分解磷矿，该工艺需要中高品位磷矿，且产生大量的磷石膏废弃物；热法磷酸工艺是用电炉法生产黄磷，再经燃烧、水化制得磷酸，该工艺需要大量电能和中高品位磷矿。
窑法磷酸和流态化法磷酸是可以直接利用中低品位磷矿制取高浓度磷酸的方法，具有实现工业化的前景。CN100390091C公开一种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，该方法需加入大量硅石粉，且在1400℃下反应3小时；CN100484868C公开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，混合物料配制过程中也需加入硅石粉，在温度1200-1450℃下反应数小时；公开号CN101033061A的专利提到一种直接还原磷矿制备磷酸并副产硅酸盐水泥熟料的方法，该方法所需磷矿为CaO:SiO2=1-6:0.8-1，反应物料升温到1200℃-1600℃反应较长时间；公开号CN102126712A的专利提到一种以中品位磷矿石生产磷酸的方法，内层球团需加硅石配料，球团在1300-1350℃下至少停留40min以完成反应；公开号CN102616759A的专利提到一种利用流化床反应器制备磷酸的工艺及其装置，该方法将磷矿、硅石和炭质还原剂造粒后采用流态化法，通过外部控温器控制温度至1100℃-1350℃，还原0.5-3h制取磷酸。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法，利用磷矿采选过程中的高硅含磷废渣和尾矿为原料生产磷酸的方法，以达到缩短磷矿还原主反应时间，降低能耗的目的。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法，其特征在于包括有以下步骤：将磷矿选矿尾矿和碳质还原剂混合制取混合物料，磨至85%以上过100目筛，加入粘合剂采用粘结造粒成球或压制成块状，进入回转窑或隧道窑经窑法磷酸工艺制得磷酸或进入流化床反应器经流态化法磷酸工艺生产磷酸。
按上述方案，所述的磷矿选矿尾矿为高硅尾矿，其SiO2/CaO≥2:1，摩尔比计。
按上述方案，所述的混合物料中还添加有磷矿。
按上述方案，所述的混合物料中按摩尔比SiO2/CaO=2-8:1。
按上述方案，所述的碳质还原剂为焦炭、煤、木炭、石油焦中的一种或几种的混合。
按上述方案，所述的混合物料中碳质还原剂用量为混合物料中P2O5还原所需固定碳理论用量的1-3倍。
按上述方案，所述的粘合剂为膨润土、腐植酸钠和粘土中的一种或几种的混合。
本发明将磷矿选矿尾矿和碳质还原剂混合制取混合物料，磨至85%以上过100目筛，加入粘合剂采用粘结造粒成球或压制成块状，作为反应物料进入回转窑或隧道窑经窑法磷酸工艺制得磷酸或进入流化床反应器经流态化法磷酸工艺生产磷酸。
鉴于磷矿采选过程中高硅含磷废渣和尾矿中SiO2部分为共生细晶粒，与混合物料中P2O5反应的效率高于传统方法中的含硅物质（如硅石等），使磷矿还原主反应时间缩短，以降低生产能耗。
本发明具有以下有益效果：
（1）利用磷矿采选过程中的高硅含磷废渣和尾矿为原料生产磷酸，可以替代传统方法中所添加的硅石。同时，与现有技术所添加硅石中均为低反应活性的游离相SiO2不同，磷矿采选过程中高硅含磷废渣和尾矿中SiO2有相当部分为与磷矿反应活性较高的共生细晶粒，仅部分为游离相SiO2，采用含高硅的尾矿配成的反应物料在相同条件下达到同样还原效果时SiO2/CaO(摩尔比）较采用硅石配料低20-30%，且单位时间内添加含高硅的尾矿所还原的磷矿量较单纯添加硅石高20%-50%，可达到节约单位产品能耗15%-40%的效果；
（2）利用磷矿采选过程中的高硅含磷废渣和尾矿为原料生产磷酸，可以对磷矿采选过程中高硅含磷废渣和尾矿中的磷资源进行利用，达到将这部分固体废弃物变为有效资源的目的；
（3）利用磷矿采选过程中的高硅含磷尾矿为原料生产磷酸，由于选矿尾矿不需要单独破碎，可以节约窑法磷酸和流态化法磷酸生产方法中部分物料粉碎所需成本。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面通过实施例对本发明所述利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法作进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例所描述的形式。所属领域的技术人员在不付出创造性地劳动，可根据本发明的内容涉及出其它的具体实施方式，但这样的具体实施方式应仍属于本发明的保护范围。
实施例1
用云南某磷矿选矿尾矿和焦炭混合，所述的磷矿选矿尾矿为高硅尾矿，其SiO2/CaO≥2:1，摩尔比计，混合物料中SiO2/CaO=8:1(摩尔比），焦炭用量为混合物料中P2O5还原所需固定碳理论用量的3倍，磨至85%以上过100目筛，加入占混合物料总质量8%的膨润土和8%的水，压制成块状，装入炭化硅物料容器中，码入窑车，经烘干后进入隧道窑，预热并升温至1350℃，停留30min，含P2O5的高温气体抽出经换热器降温至800℃后，进入吸收塔用循环酸吸收得到磷酸，物料容器经冷却后出窑，物料残留P2O5≤0.5%，磷矿还原率为94%。
实施例2
用云南某磷矿、某磷矿选矿尾矿和煤粉混合，所述的磷矿选矿尾矿为高硅尾矿，其SiO2/CaO≥2:1，混合物料中SiO2/CaO=2.5:1(摩尔比），焦炭用量为混合物料中P2O5还原所需固定碳理论用量的3倍，磨至85%过100目筛，加入占混合物料总质量5%的膨润土和10%的水，粘合造粒成粒径10mm的球状，外层包裹以粒度80%过200目筛的按硅石中SiO2与焦炭中固定炭为5:1（摩尔比）计量的硅石粉和焦炭粉的混合原料，180℃下干燥4h。
将料球从回转窑尾部连续送入窑中，料球在主反应段被升温至1300℃-1350℃，料球在主反应段停留时间至少为20min，反应生成的P2O5的高温气体与进入回转窑的料球进行热交换，温度降至1000℃从回转窑底部引出，经除尘后，进入吸收塔用循环酸吸收得到磷酸，残球团出窑冷却，磷矿还原率为93%。
实施例3
用磷矿选矿尾矿（12%P2O5）100份和焦炭8份混合，所述的磷矿选矿尾矿为高硅尾矿，其SiO2/CaO≥2:1，摩尔比计，混合物料中SiO2/CaO=2:1(摩尔比），磨至85%过100目筛，再加入10份水，2份腐植酸钠粘合造粒，180℃下干燥至物料水分含量≤0.5wt.%，磨至90%过100目筛，投加入流化床反应器，保持流化床反应器内还原区反应温度1300℃，反应20min，还原区生成的磷蒸汽和CO进入氧化区氧化成P2O5和CO2气体，经除尘后，进入吸收塔用循环酸吸收得到磷酸，尾渣从排渣口排出后检测，物料残留P2O5≤0.5%，磷矿还原率为98%。
实施例4
用磷矿选矿尾矿（8%P2O5）100份和焦炭8份混合，所述的磷矿选矿尾矿为高硅尾矿，其SiO2/CaO≥2:1，摩尔比计，混合物料中SiO2/CaO=3.8:1(摩尔比），磨至85%过100目筛，再加入膨润土9份和水10份粘合造粒，180℃下干燥至物料水分含量≤0.5wt.%，磨至90%过100目筛，投加入流化床反应器，保持流化床反应器内还原区反应温度1300℃，反应20min，还原区生成的磷蒸汽和CO进入氧化区氧化成P2O5和CO2气体，经除尘后，进入吸收塔用循环酸吸收得到磷酸，尾渣从排渣口排出后检测，物料残留P2O5≤0.5%，磷矿还原率为96%。
实施例5
用磷矿（20%P2O5）30份、磷矿选矿尾矿（8%P2O5）70份和焦炭10份混合，所述的磷矿选矿尾矿为高硅尾矿，其SiO2/CaO≥2:1，摩尔比计，混合物料中SiO2/CaO=2.5:1(摩尔比），磨至85%过100目筛，再加入膨润土10份、水12份粘合造粒，180℃下干燥至物料水分含量≤0.5wt.%，磨至90%过100目筛，投加入流化床反应器，保持流化床反应器内还原区反应温度1300℃，反应30min，还原区生成的磷蒸汽和CO进入氧化区氧化成P2O5和CO2气体，经除尘后，进入吸收塔用循环酸吸收得到磷酸，尾渣从排渣口排出后检测，物料残留P2O5≤0.5%，磷矿还原率为99%。流化床反应器和流化床设备操作工艺可参考公开号CN102616759A的专利公开的技术方案。
实施例6
用磷矿（20%P2O5）30份、磷矿选矿尾矿（8%P2O5）70份和石油焦12份混合，所述的磷矿选矿尾矿为高硅尾矿，其SiO2/CaO≥2:1，摩尔比计，混合物料中SiO2/CaO=2.5:1(摩尔比），磨至85%过100目筛，再加入膨润土10份、水12份粘合造粒，180℃下干燥至物料水分含量≤0.5wt.%，磨至90%过100目筛，投加入流化床反应器，保持流化床反应器内还原区反应温度1150-1350℃，反应50min，还原区生成的磷蒸汽和CO进入氧化区氧化成P2O5和CO2气体，经除尘后，进入吸收塔用循环酸吸收得到磷酸。尾渣从排渣口排出后检测，物料残留P2O5≤0.5%，磷矿还原率为94%。

Claims (6)

1.利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法，其特征在于包括有以下步骤：
    将磷矿选矿尾矿和碳质还原剂混合制取混合物料，磨至85%以上过100目筛，加入粘合剂采用粘结造粒成球或压制成块状，经窑法磷酸工艺或流态化法磷酸工艺制得磷酸，所述的磷矿选矿尾矿为高硅尾矿，其SiO2/CaO≥2:1，摩尔比计。
2.根据权利要求1所述的利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法，其特征在于所述的混合物料中还添加有磷矿。
3.根据权利要求1或2所述的利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法，其特征在于所述的混合物料中按摩尔比SiO2/CaO=2-8:1。
4.根据权利要求1所述利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法，其特征在于所述的碳质还原剂为焦炭、煤、木炭、石油焦中的一种或几种的混合。
5.根据权利要求3所述利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法，其特征在于所述的混合物料中碳质还原剂用量为混合物料中P2O5还原所需固定碳理论用量的1-3倍。
6.根据权利要求1所述利用磷矿选矿尾矿生产磷酸的方法，其特征在于所述的粘合剂为膨润土、腐植酸钠和粘土中的一种或几种的混合。
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