CN103539091A - 一种中低品位磷矿催化还原制备磷酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中低品位磷矿催化还原制备磷酸的方法，属于磷化工处理技术领域。将磷矿、硅石和碳质还原剂磨至85%过150目筛后混匀制取混合物料，再加入催化剂和粘合剂混匀，挤压成型，经窑法磷酸工艺进行还原反应后制得磷酸。本发明具有以下有益效果：（1）催化剂的加入起到了还原、催化和助熔的作用，有效地降低了磷矿还原反应温度100～200℃，减少能耗，降低生产成本；（2）与众所周知的工艺相比，磷矿在达到相同还原率的前提下，缩短磷矿高温还原反应时间15～40%，有利于降低能耗，进一步减少生产成本。

Description

一种中低品位磷矿催化还原制备磷酸的方法

技术领域

本发明涉及一种中低品位磷矿催化还原制备磷酸的方法，属于磷化工处理技术领域。

背景技术

磷酸的工业生产工艺路线主要分为湿法、热法。传统的湿法磷酸工艺采用浓硫酸分解磷矿，该工艺需要高品位磷矿，且消耗大量硫资源，红、白污染严重；热法磷酸工艺是用电炉法生产黄磷，经过燃烧、水化制得磷酸，该工艺对磷品位要求较高且消耗大量电能。

窑法磷酸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。CN101337663A公开一种隧道窑生产工业磷酸的方法，该方法需在1365℃下反应3小时；CN1240611C公开一种磷矿石直接生产水泥和磷酸的方法，该方法在1560℃下反应2小时；公开号CN100584748C的专利提到一种以中低品位磷矿窑法磷酸生产方法及其实施设备，该专利反应温度为1300～1550℃，停留时间1.5～3小时，在1300℃下还原反应需数个小时才能反应完全，高温反应时间过长，大大提高了生产成本；公开号CN101462703A公开了一种中低品位磷矿制取磷酸和冶金助剂的方法，该方法将中低品位磷矿石、高岭土、硅石和煤进行混合配比后，压片成型后于1500～2000℃下进行反应；公开号CN101412507A提到一种磷矿置换法生产磷酸的方法，该方法将二氧化硅和磷矿粉，于旋流窑中在1400～1600℃下进行反应。

在上述磷酸制备过程中，几乎都存在反应温度高、反应时间长、投资大的缺点，使得磷酸的生产成本增高。经研究发现，在有合适催化剂参与的磷矿还原反应过程中，磷矿还原反应温度显著降低，还原反应时间大幅度缩短，从而降低能耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种在有催化剂参与下，以中低品位磷矿为原料，通过热解还原生产磷酸的方法，以达到降低主反应温度，缩短磷矿还原主反应时间，从而达到降低能耗的目的。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：将磷矿、硅石、碳质还原剂磨至85%过150目筛后混匀制取混合物料，再加入催化剂和粘合剂混匀，挤压成型，作为反应物料经窑法磷酸工艺制得磷酸，尾渣可以用作民用建筑用砖。

本发明按如下步骤完成：一种中低品位磷矿催化还原制备磷酸的方法，其特征在于：

将磷矿、硅石和碳质还原剂磨至85%过150目筛后混匀制取混合物料，再加入催化剂和粘合剂混匀，挤压成型，经窑法磷酸工艺进行还原反应后制得磷酸。

按上述方案，还原反应温度为1050～1200℃。

按上述方案，所述催化剂为Al₂O₃、ZnO、Fe₂O₃、超细SiO₂、MgO和MgCO₃中的任意一种，或将上述任意两种化合物按质量比1：1～1：5混匀制成复合型催化剂。

按上述方案，控制加入催化剂后所得混合料中Al2O3含量≤5%，以质量分数计。

按上述方案，所述催化剂中超细SiO2的粒度要求≤37μm。

按上述方案，催化剂用量为混合物料总质量的2～10%。

按上述方案，挤压成型压力为2～30Mpa。

本发明具有以下有益效果：

（1）催化剂的加入起到了还原、催化和助熔的作用，有效地降低了磷矿还原反应温度100～200℃，减少能耗，降低生产成本；

（2）与众所周知的工艺相比，磷矿在达到相同还原率的前提下，缩短磷矿高温还原反应时间15～40%，有利于降低能耗，进一步减少生产成本。

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一种中低品位磷矿催化还原制备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

将云南某磷矿、硅石、焦炭磨至85%过150目筛后混匀制取混合物料，混合物料中SiO₂/CaO=3:1(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1.5倍，加入混合物料总质量2%的MgCO₃、8%的膨润土，控制加入催化剂后所得混合料中Al₂O₃含量≤5%，以质量分数计，在30Mpa压力下保压5min压制成型，放入碳化硅容器中经干燥至水分含量≤0.3wt.%，送入隧道窑，预热并升温至1150℃，停留120min，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。碳化硅容器经冷却后出窑，物料残留P₂O₅≤0.3%，磷矿还原率为79.8%。

实施例2

将云南某磷矿、SiO₂、碳粉磨至85%过150目筛后混匀制取混合物料，混合物料中SiO₂/CaO=2:1(摩尔比），焦炭用量为混合物料中P₂O₅还原所需固定碳为理论用量的2倍，加入混合物料总质量10%的质量比Fe₂O₃：MgO=5:1的催化剂、5%的膨润土，控制加入催化剂后所得混合料中Al₂O₃含量≤5%，以质量分数计，在2Mpa压力下挤压成球状后，于140℃下干燥至物料水分含量≤0.3wt.%。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1050℃，料球在主反应段停留时间为60min，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850℃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75.3%。

实施例3

将宜昌某磷矿、焦炭、硅石磨至85%过150目筛后混匀制取混合物料，加入混合物料总质量3%的质量比Al₂O₃：Fe₂O₃=1:1的催化剂、2%的腐植酸，控制加入催化剂后所得混合料中Al₂O₃含量≤5%，以质量分数计，混匀，在8Mpa下压制成块状，120℃下干燥至物料水分含量≤0.3wt.%，放入隧道窑反应器，保持窑内还原区反应温度1200℃，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87.8%。

实施例4

将宜昌某磷矿、焦炭、硅石磨至85%过150目筛后混匀制取混合物料，加入混合物料总质量5%的质量比Fe₂O₃：ZnO（2:1）的催化剂、2%的腐植酸，控制加入催化剂后所得混合料中Al₂O₃含量≤5%，以质量分数计，混匀，于16Mpa下压制成块状，130℃下干燥至物料水分含量≤0.3wt.%，投加入隧道窑反应器，保持隧道窑反应器内还原区反应温度1200℃，反应40min，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≤0.4%，磷矿还原率为96%。

实施例5

将宜昌某磷矿、焦炭、硅石磨至85%过150目筛后混匀制取混合物料，加入混合物料总质量5%的质量比超细SiO₂：ZnO=2:1的催化剂、2%的腐植酸，控制加入催化剂后所得混合料中Al₂O₃含量≤5%，以质量分数计，混匀，于20Mpa下挤压成棒状，120℃下干燥至物料水分含量≤0.3wt.%，投加入隧道窑反应器，保持隧道窑反应器内还原区反应温度1200℃，反应40min，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≤0.4%，磷矿还原率为97%。

Claims (7)

1.一种中低品位磷矿催化还原制备磷酸的方法，其特征在于：

将磷矿、硅石和碳质还原剂磨至85%过150目筛后混匀制取混合物料，再加入催化剂和粘合剂混匀，挤压成型，经窑法磷酸工艺进行还原反应后制得磷酸。

2.根据权利要求1所述一种中低品位磷矿催化还原制备磷酸的方法，其特征在于：还原反应温度为1050～1200℃。

3.根据权利要求1所述一种中低品位磷矿催化还原制备磷酸的方法，其特征在于：所述催化剂为Al₂O₃、ZnO、Fe₂O₃、超细SiO₂、MgO和MgCO₃中的任意一种，或将上述任意两种化合物按质量比1：1～1：5混匀制成复合型催化剂。

4.根据权利要求3所述一种中低品位磷矿催化还原制备磷酸的方法，其特征在于：控制加入催化剂后所得混合料中Al₂O₃含量≤5%，以质量分数计。

5.根据权利要求3所述一种中低品位磷矿催化还原制备磷酸的方法，其特征在于：所述催化剂中超细SiO₂的粒度要求≤37μm。

6.根据权利要求1所述一种中低品位磷矿催化还原制备磷酸的方法，其特征在于：催化剂用量为混合物料总质量的2～10%。

7.根据权利要求1所述一种中低品位磷矿催化还原制备磷酸的方法，其特征在于：挤压成型压力为2～30Mpa。