CN103466576A - 一种用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，包括如下步骤：将磷矿石、钾长石和焦炭进行配料、粉磨、制球、高炉煅烧得到炉渣和高炉气，高炉气先通过水浴冷却回收粗磷和泥磷，水浴冷却后的高炉气再经除尘回收泥磷；所述的粗磷和泥磷经氧化燃烧后水吸收五氧化二磷气体制备磷酸；所述的炉渣经水淬、烘干、粉磨制得碱性肥料。本发明得到的煅烧产物炉渣不需再次提纯，经过简单的水淬、烘干、粉磨即可得到作物可吸收的碱性肥料；步骤简单，得到的碱性肥料养分多样、丰富；通过加入钾长石做助剂和反应物，在生产磷酸的同时还能联产碱性肥料和合成氨，巧妙的对各种原料进行了综合利用，提升了工艺的整体价值。

Description

一种用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法
技术领域
本发明涉及一种用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性钾肥的方法，属于资源综合利用和化工生产技术领域。
背景技术
磷酸的工业化生产工艺主要分为三种：湿法磷酸、热法磷酸和窑法（或高炉法）磷酸。湿法磷酸指使用硫酸分解中高品味磷矿制取磷酸。热法磷酸指以电炉法黄磷为原料，经燃烧氧化、水合制取磷酸，该方法所得磷酸质量好，但能耗大。这两种传统生产工艺都要以高品位磷矿做原料，且有大量固体废渣排放，环境污染严重。窑法（或高炉法）磷酸是指以碳做还原剂，含二氧化硅物料做助剂直接还原磷矿制取磷酸，固体残渣一般用作水泥熟料、矿渣棉、过滤材料及冶金助剂等。随着我国磷矿资源的贫化，高品位磷矿将在十年左右枯竭，窑法磷酸可直接以中低品味磷矿为原料生产磷酸，这预示着窑法磷酸工艺有广阔的发展前景。
自上世纪90年代以来，我国对以中低品味磷矿为原料的窑法（或高炉法）磷酸进行了大量研究，含二氧化硅物料助剂也从单一的硅石逐渐发展为硅石和铝矾土混合物、硅石和石灰石混合物、硅石和高岭土混合物以及钾长石，添加不同助剂可以将提取磷后的固体残渣生产出不同的产品，以提高最终产品的价值，获取最大的经济效益。
中国专利文献CN101585521（申请号200910094694.9）公开了磷矿石和钾长石生产磷酸及可溶性钾盐的方法，该方法将一定比例的磷矿石、钾长石和焦炭制球，煅烧后将煅烧产物在柠檬酸溶液中浸泡，滤液经结晶提纯，得到可溶性钾盐，磷矿中的磷被还原成磷蒸汽并挥发出来，经氧化后水合制取磷酸。因我国可溶性钾资源匮乏，该方法在制取磷酸的同时能将不溶性钾岩石中的钾转变成可溶性钾，具有重要意义。但其窑气经氧化后直接除尘，净化后的气体水合制取磷酸，已有实验测试证明粉尘中也含有大量的磷，因此，除尘后反而降低了磷的转化率；而且，该方法将煅烧产物在柠檬酸溶液中浸泡，滤液经结晶提纯，得到可溶性钾盐，不仅步骤繁琐，得到的可溶性钾养分单一，满足不了农作物对各种养分的需求。中国专利文献CN101767779A（申请号为200910300004.0）公开了一种使用高炉生产磷酸的方法，该方法以磷矿石、石灰石、硅石和焦炭为原料高炉法制备磷酸，高炉气中粉尘通过三级回收方式回收泥磷，泥磷氧化燃烧制备磷酸，该方法中磷的回收率提高到98%。但其煅烧残渣未能转化为有价值的商品，直接排放造成环境污染；而且所用原料种类多，生产工艺及成本不易控制。
为缓解我国钾资源主要靠进口的现状，本发明以钾长石为含二氧化硅助剂，通过高温烧结制取磷酸，同时将不溶性含钾岩石中的钾转化成农作物可吸收利用的有效钾，所得固体残渣无需提纯，经水淬、烘干、粉磨得到含硅钙镁钾磷养分的碱性肥料。经文献检索，目前尚无任何磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料公开报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性钾肥的方法，也为中低品位磷矿的资源综合利用开辟一条新的途径。
术语说明
磷矿石：本发明所述的磷矿石除高品位磷矿外还包括了中低品位磷矿，主要成分为Ca3(PO4)2。
钾长石：本发明所述的钾长石主要成分为K2O·Al2O3·6SiO2。
碱性肥料：本发明所述的碱性肥料是指含硅钙镁钾磷养分的肥料。
磷的溢出率：指磷矿高炉煅烧后溢出的磷蒸汽占原有磷矿中磷的比例。
本发明技术方案如下：
一种用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，包括如下步骤：
将磷矿石、钾长石和焦炭进行配料、粉磨、制球、高炉煅烧得到炉渣和高炉气，高炉气先通过水浴冷却回收粗磷和泥磷，水浴冷却后的高炉气再经除尘回收泥磷；
所述的粗磷和泥磷经氧化燃烧后水吸收五氧化二磷气体制备磷酸；
所述的炉渣经水淬、烘干、粉磨制得碱性肥料。
根据本发明，优选的，配料过程中磷矿和钾长石按质量比为1：0.5～1.2混合，焦炭加入量为完全还原磷所需理论量的2～3倍。
根据本发明，优选的，配料完成后物料粉磨至80～150目。
根据本发明，优选的，煅烧温度在1100～1350℃，煅烧时间30～120分钟。
根据本发明，优选的，高炉气除尘回收泥磷的方式为：先后通过文氏管和纤维除雾器进行除尘回收泥磷。
根据本发明，优选的，水浴冷却是通过接磷池常温水冷却或串联的三级吸收塔常温水浴淋洗冷却。
根据本发明，优选的，所述的粗磷和泥磷经氧化燃烧所需空气量为完全燃烧磷所需空气理论量的2～3倍；吸收五氧化二磷气体采用常规方法循环吸收。
根据本发明，优选的，所述的炉渣水淬1～10秒内温度降至90～100℃；所述的炉渣水淬后烘干至含水量≤2wt%。
本发明得到的煅烧炉渣不需再次提纯，经过简单的水淬、烘干、粉磨即可得到作物可吸收的碱性肥料。
本发明的原理为：磷矿石的主要成分为Ca3(PO4)2，钾长石主要成分为K2O·Al2O3·6SiO2，在高温下，钾长石中的钾被磷矿中少量分解的钙置换，将钾长石中的不溶性钾变为水溶性钾，同时生产二氧化硅，而二氧化硅在碳还原磷矿中磷时能大大降低反应温度，进一步促进磷矿中钙的分解和磷蒸汽的产生。分解出的钙又和钾长石中的钾置换，不断循环，使反应顺利进行。其主要反应如下：
Ca2++K2O·Al2O3·6SiO2→2K++CaAl2Si2O8+4SiO2
Ca3(PO4)2+3SiO2+5C→P2↑+3CaSiO3+5CO↑
本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明解决了以往工艺磷蒸汽氧化时易发生爆炸的问题。
2、本发明得到的煅烧产物炉渣不需再次提纯，经过简单的水淬、烘干、粉磨即可得到作物可吸收的碱性肥料；步骤简单，得到的碱性肥料养分多样、丰富。
3、本发明通过加入钾长石做助剂和反应物，在生产磷酸的同时还能联产碱性肥料和合成氨，巧妙的对各种原料进行了综合利用，提升了工艺的整体价值。
4、本发明所述方法工艺简单，原料利用度高，具有较好的社会效益和经济效益。
附图说明：
图1是本发明的一种磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明所述技术方案做进一步说明，但本发明所保护范围不限于此。
实施例1
原料1：磷矿石，采集地点：贵州瓮安矿业
磷矿石的化学组成见下表：
Figure BDA0000382433250000031
原料2：钾长石，采集地点：贵州气坪
钾长石的化学组成见下表：
Figure BDA0000382433250000032
一种用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，包括如下步骤：
将磷矿石：钾长石：焦炭按1：1：0.32的质量比配料，粉磨后过100目筛，加水制球，1350℃高炉煅烧30分钟得到炉渣和高炉气；
高炉气通过接磷池常温水浴冷却得到粗磷和大部分磷泥，初步处理过的高炉气二次通过文氏管和纤维除雾器除尘进一步回收泥磷，得到粗磷和泥磷氧化燃烧后水合制备磷酸，所述的粗磷和泥磷经氧化燃烧所需空气量为完全燃烧磷所需空气理论量的3倍；吸收五氧化二磷气体采用常规方法循环吸收；
炉渣经水淬、烘干、粉磨得到碱性肥料；所述的炉渣水淬1～10秒内温度降至90～100℃；所述的炉渣水淬后烘干至含水量≤2wt%。
实施结果：
磷的溢出率为72%，钾矿石中有效K2O转化率达97%，同时SiO2、CaO、MgO均变为可被农作物吸收的有效成分，有效转化率在95%以上。得到的碱性肥料经柠檬酸溶样检测：有效磷质量含量为6.2%，有效钾质量含量为4.4%。
实施例2
原料1：磷矿石，采集地点：贵州金德矿业
磷矿石的化学组成见下表：
Figure BDA0000382433250000033
原料2：钾长石，采集地点：贵州金德矿业
钾长石的化学组成见下表：
Figure BDA0000382433250000034
一种用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，包括如下步骤：
将磷矿石：钾长石：焦炭按1：0.65：0.26的质量比配料，粉磨后过120目筛，加水制球，1150℃高炉煅烧120分钟得到炉渣和高炉气；
高炉气通过串联的三级吸收塔常温水浴淋洗冷却得到粗磷和大部分磷泥，初步处理过的高炉气先后通过文氏管和纤维除雾器除尘进一步回收泥磷，得到粗磷和泥磷氧化燃烧后水合制备磷酸；所述的粗磷和泥磷经氧化燃烧所需空气量为完全燃烧磷所需空气理论量的2倍；吸收五氧化二磷气体采用常规方法循环吸收；
炉渣经水淬、烘干、粉磨得到碱性肥料；所述的炉渣水淬1～10秒内温度降至90～100℃；所述的炉渣水淬后烘干至含水量≤2wt%。
实施结果：
磷的溢出率为63%，钾矿石中有效K2O转化率达95%，同时SiO2、CaO、MgO均变为可被农作物吸收的有效成分，有效转化率也在90%以上。得到的碱性肥料经柠檬酸溶样检测：有效磷质量含量为5.2%，有效钾质量含量为4.2%。
实施例3
原料1：磷矿石，采集地点：贵州瓮安矿业
磷矿石的化学组成见下表：
Figure BDA0000382433250000041
原料2：钾长石，采集地点：贵州金德矿业
钾长石的化学组成见下表：
Figure BDA0000382433250000042
一种用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，包括如下步骤：
将磷矿石：钾长石：焦炭按1：0.92：0.30的质量比配料，粉磨后过150目筛，加水制球，1200℃高炉煅烧90分钟得到炉渣和高炉气；
高炉气通过接磷池常温水浴冷却得到粗磷和大部分磷泥，初步处理过的高炉气二次通过文氏管和纤维除雾器除尘进一步回收泥磷，得到粗磷和泥磷氧化燃烧后水合制备磷酸；
所述的粗磷和泥磷经氧化燃烧所需空气量为完全燃烧磷所需空气理论量的3倍；吸收五氧化二磷气体采用常规方法循环吸收；
炉渣经水淬、烘干、粉磨得到碱性肥料；所述的炉渣水淬1～10秒内温度降至90～100℃；所述的炉渣水淬后烘干至含水量≤2wt%。
实施结果：
磷的溢出率为68%，钾矿石中有效K2O转化率达97%，同时SiO2、CaO、MgO均变为可被农作物吸收的有效成分，有效转化率也在90%以上。得到的碱性肥料经柠檬酸溶样检测：有效磷质量含量为6.5%，有效钾质量含量为4.6%。
实施例4
原料1：磷矿石，采集地点：贵州瓮安矿业
磷矿石的化学组成见下表：
Figure BDA0000382433250000051
原料2：钾长石，采集地点：贵州气坪
钾长石的化学组成见下表：
Figure BDA0000382433250000052
一种用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，包括如下步骤：
将磷矿石：钾长石：焦炭按1：1.2：0.38的质量比配料，粉磨后过80目筛，加水制球，1250℃高炉煅烧50分钟得到炉渣和高炉气；
高炉气通过串联的三级吸收塔常温水浴淋洗冷却得到粗磷和大部分磷泥，初步处理过的高炉气二次通过文氏管和纤维除雾器除尘进一步回收泥磷，得到粗磷和泥磷氧化燃烧后水合制备磷酸；
所述的粗磷和泥磷经氧化燃烧所需空气量为完全燃烧磷所需空气理论量的3倍；吸收五氧化二磷气体采用常规方法循环吸收；
炉渣经水淬、烘干、粉磨得到碱性肥料；所述的炉渣水淬1～10秒内温度降至90～100℃；所述的炉渣水淬后烘干至含水量≤2wt%。
实施结果：
磷的溢出率为76%，钾矿石中有效K2O转化率达98%，同时SiO2、CaO、MgO均变为可被农作物吸收的有效成分，有效转化率也在95%以上。得到的碱性肥料经柠檬酸溶样检测：有效磷质量含量为6.8%，有效钾质量含量为4.9%。
实施例5
原料1：磷矿石，采集地点：云南沾益德泽磷矿
磷矿石的主要化学组成见下表：
Figure BDA0000382433250000053
原料2：钾长石，采集地点：贵州气坪
钾长石的主要化学组成见下表：
Figure BDA0000382433250000054
一种用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料、合成氨的方法，包括如下步骤：
将磷矿石：钾长石：焦炭按1：0.55：0.24的质量比配料，粉磨后过90目筛，加水制球，1300℃高炉煅烧50分钟得到炉渣和高炉气；
高炉气通过接磷池常温水浴冷却得到粗磷和大部分磷泥，初步处理过的高炉气二次通过文氏管和纤维除雾器除尘进一步回收泥磷并得到高炉尾气，得到粗磷和泥磷氧化燃烧后水合制备磷酸；
所述的粗磷和泥磷经氧化燃烧所需空气量为完全燃烧磷所需空气理论量的3倍；吸收五氧化二磷气体采用常规方法循环吸收；
炉渣经水淬、烘干、粉磨得到碱性肥料；所述的炉渣水淬1～10秒内温度降至90～100℃；所述的炉渣水淬后烘干至含水量≤2wt%。
实施结果：
磷的溢出率为84%，钾矿石中有效K2O转化率达98%，同时SiO2、CaO、MgO均变为可被农作物吸收的有效成分，有效转化率也在97%以上。得到的碱性肥料经柠檬酸溶样检测：有效磷质量含量为5.7%，有效钾质量含量为2.3%。

Claims (8)

1.一种用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，包括如下步骤：
将磷矿石、钾长石和焦炭进行配料、粉磨、制球、高炉煅烧得到炉渣和高炉气，高炉气先通过水浴冷却回收粗磷和泥磷，水浴冷却后的高炉气再经除尘回收泥磷；
所述的粗磷和泥磷经氧化燃烧后水吸收五氧化二磷气体制备磷酸；
所述的炉渣经水淬、烘干、粉磨制得碱性肥料。
2.根据权利要求1所述的用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，其特征在于，配料过程中磷矿和钾长石按质量比为1：0.5～1.2混合，焦炭加入量为完全还原磷所需理论量的2～3倍。
3.根据权利要求1所述的用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，其特征在于，配料完成后物料粉磨至80～150目。
4.根据权利要求1所述的用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，其特征在于，煅烧温度在1100～1350℃，煅烧时间30～120分钟。
5.根据权利要求1所述的用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，其特征在于，高炉气除尘回收泥磷的方式为：先后通过文氏管和纤维除雾器进行除尘回收泥磷。
6.根据权利要求1所述的用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，其特征在于，水浴冷却是通过接磷池常温水冷却或串联的三级吸收塔常温水浴淋洗冷却。
7.根据权利要求1所述的用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，其特征在于，所述的粗磷和泥磷经氧化燃烧所需空气量为完全燃烧磷所需空气理论量的2～3倍。
8.根据权利要求1所述的用磷矿、钾长石生产磷酸联产碱性肥料的方法，其特征在于，所述的炉渣水淬1～10秒内温度降至90～100℃；所述的炉渣水淬后烘干至含水量≤2wt%。
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