CN105752956A - 制备磷酸的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了制备磷酸的方法及其系统。其中，制备磷酸的方法包括：将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合，以便得到混合物料；将所述混合物料进行造球处理，以便得到球状物料；将所述球状物料进行干燥，以便得到干燥球状物料；将所述球状物料在蓄热式转底炉中进行还原反应，以便得到含磷烟气和炉渣；使所述含磷烟气发生氧化反应，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及使所述五氧化二磷蒸汽与水反应，以便得到磷酸。利用该方法能够有效提高制备得到磷酸的效率以及质量。

Description

制备磷酸的方法及其系统

技术领域

本发明涉及化工领域。具体而言，本发明涉及制备磷酸的方法及其系统。

背景技术

工业化生产磷酸主要方法有湿法净化磷酸、热法磷酸和窑法磷酸。采用硫酸分解磷矿粉而得磷酸，称为湿法磷酸；采用电炉将磷矿石用焦炭还原得到黄磷，再将黄磷放到另一套装置中氧化得到五氧化二磷(P₂O₅)，经水化得到磷酸，称为电热法磷酸。近年国内湿法磷酸生产企业不再单一生产磷肥用酸，而是开始走湿法酸净化，进一步向生产工业级、食品级磷酸，向磷酸盐产品的系列化方向发展。

但是目前的制备磷酸的方法及系统多存在以下缺点：

1、焙烧时间长，一般达到1.5-3小时，甚至更长时间，燃料成本高；

2、采用环底窑，由于磷矿在环底窑内同时实现还原氧化反应，必须对球团表明覆盖一层膜，防止磷矿中磷再氧化，不仅一定程度上影响了球团的传热效率和透气性，同时增加了“覆盖膜”的工序成本；

3、采用旋转窑，料球在窑内翻动旋转，必然会产生碰撞和摩擦，从而产生粉料，一方面影响物料的还原，另一方面会造成窑壁粘结，造成回转窑不可避免的“结圈”现象，必需停炉检修，影响生产的正常操作。

4、采用焦炭作为还原剂，在缺少焦炭地区使用受限。

因此目前用于生产磷酸的方法以及设备仍有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有成本低、生产效率高等优点的制备磷酸的方法以及系统。

为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备磷酸的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合，以便得到混合物料；将所述混合物料进行造球处理，以便得到球状物料；将所述球状物料进行干燥，以便得到干燥球状物料；将所述干燥球状物料在蓄热式转底炉中进行还原反应，以便得到含磷烟气和炉渣；使所述含磷烟气发生氧化反应，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及使所述五氧化二磷蒸汽与水反应，以便得到磷酸。

利用上述方法可以有效地制备得到磷酸，并且能够进一步提高制备磷酸的效率。根据本发明的实施例的制备磷酸的方法中采用蓄热式转底炉作为还原炉，由此采用蓄热式转底炉独特的燃烧系统可以较其他还原炉例如隧道窑和回转窑相比能够在转底炉内营造出强还原性气氛对磷矿石进行还原，磷矿石中磷的还原率大于95％。

另外，根据本发明上述实施例的制备磷酸的方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述催化剂为碳酸钠和硫酸钠的混合物，所述碳酸钠与所述硫酸钠的质量比为2：1，任选地，所述催化剂的加入量为所述混合物料的1-2质量％。由此不仅可以降低磷矿石的还原温度，同时碳酸钠分解产生的CO₂有助于和含碳球团中的碳反应生成CO，进而在含碳球团附近形成“气幕”，由此可以促进磷矿石还原的效率。

根据本发明的实施例，所述磷矿石、还原剂以及催化剂的质量比为100:(15-20):(1-2)，由此可以进一步提高资源充分利用。

根据本发明的实施例，上述制备磷酸的方法进一步包括：在使磷矿石、还原剂以及催化剂在还原炉中进行还原反应之前，预先对所述磷矿石、还原剂以及催化剂进行粉碎处理，以便得到混合物；所述混合物中粒度小于38微米的颗粒占全部颗粒的80％-90％。由此可以进一步提高磷矿石与还原剂以及催化剂的接触面积，提高反应速度，以便能够进一步提高制备磷酸的效率。

根据本发明的实施例，所述混合按照下列步骤进行：将所述磷矿石、还原剂以及催化剂进行干混，以便得到干混物料；将所述干混物料进行湿混，以便得到所述混合物料，其中，所述湿混过程中加入粘结剂。由此可以进一步提高制备球团的效率，以便进一步提高制备得到磷酸的效率。

根据本发明的实施例，所述粘结剂为膨润土、糖蜜和聚乙烯醇中的至少一种，任选地，所述粘结剂的加入量为所述干混物料的1-3质量％。由此可以进一步提高制备得到球团合格率，以便进一步提高制备磷酸的效率。

还原剂为非焦炭煤，所述非焦炭煤为无烟煤和/或兰炭。由此可以节省原料还原剂的成本，同时能够实现磷矿石的高效还原。

根据本发明的实施例，在900-1100摄氏度下，进行所述还原反应20-40分钟。由此可以进一步缩短还原反应时间，以便进一步提高制备磷酸的效率。

根据本发明的实施例，进一步包括利用所述炉渣制备水泥。由此可以进一步提高制备磷酸的附加产值，以便进一步提高资源的合理利用。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备磷酸的系统。根据本发明实施例制备磷酸的系统包括：混合设备，所述混合设备适于将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合，以便得到混合物料；造球机，所述造球机与所述混合设备相连，且适于将所述混合物料进行造球处理，以便得到球状物料；烘干机，所述烘干机与所述造球机相连，且适于对所述球状物料进行干燥；蓄热式转底炉，所述蓄热式转底炉与所述烘干机相连，且适于将经过所述干燥的球状物料进行还原反应，以便得到含磷烟气和炉渣；烟气处理设备，所述烟气处理设备与所述蓄热式转底炉相连，且适于使所述含磷烟气发生氧化反应，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及吸收塔，所述吸收塔与所述烟气处理设备相连，且适于使所述五氧化二磷蒸汽与水反应，以便得到磷酸。

由此利用上述制备的磷酸的系统可有效并快速的制备得到磷酸，能够进一步提高制备磷酸的效率。该系统中采用蓄热式转底炉作为还原炉，由此利用蓄热式转底炉独特的燃烧系统可以较其他还原炉例如隧道窑和回转窑相比能够在转底炉内营造出强还原性气氛对磷矿石进行还原，磷矿石中磷的还原率大于95％。

根据本发明的实施例，上述制备磷酸的系统进一步包括：粉碎装置，所述粉碎装置与所述混合设备相连，其适于将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合之前，分别对所述磷矿石、还原剂以及催化剂进行粉碎处理；其中，经过粉碎处理后混合得到的颗粒物中粒度小于38微米的颗粒占所述颗粒物的80-90质量％。由此可以进一步提高磷矿石与还原剂以及催化剂的接触面积，提高反应速度，以便能够进一步提高制备磷酸的效率。

根据本发明的实施例，所述混合设备包括：干式混料机，所述干式混料机与所述粉碎装置相连，将所述磷矿石、还原剂以及催化剂进行干混，以便得到干混物料；湿式混料机，所述湿式混料机具有粘结剂入口，所述湿式混料机与所述干式混料机相连，且适于将所述干混物料进行湿混，以便得到所述混合物料，其中，所述湿混过程中加入粘结剂。由此可以进一步提高制备球团的效率，以便进一步提高制备得到磷酸的效率。

根据本发明的实施例，所述烟气处理设备包括依次相连的沉降室、换热器、除尘器，其中，所述沉降室与所述蓄热式转底炉的含磷烟气出口相连，且适于对所述含磷烟气进行除尘，以便分离出炉渣；所述换热器适于对所述含磷烟气进行冷却；所述除尘器适于对所述含磷烟气进行净化，以便分离出五氧化磷。由此可以连续的对含磷烟气进行处理制备得到磷酸，以便能够进一步提高制备磷酸的效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的制备磷酸的方法的流程图。

图2是根据本发明一个实施例的制备磷酸的系统的结构示意图。

图3是根据本发明另一个实施例的制备磷酸的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的第一个方面，本发明提出了一种制备磷酸的方法，下面参考图1描述本发明的具体实施例的制备磷酸的方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合，以便得到混合物料。

根据本发明的具体实施例，上述原料即磷矿石、还原剂以及催化剂的质量比并不受特别限制，根据本发明的具体示例，其质量比可以为100:(15-20):(1-2)。由此可以使得加入该质量范围的还原剂以及催化剂能够达到对磷矿石的充分还原，并且避免资源浪费。根据本发明的具体实施例，上述质量比是发明人经过多次试验意外获得。

根据本发明的具体实施例，上述还原剂并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，还原剂可以为非焦炭煤，所述非焦炭煤为无烟煤和/或兰炭。由此可以节省原料还原剂的成本，同时能够实现磷矿石的高效还原。根据本发明的具体实施例，利用非焦炭煤作为还原剂可以使得该方法适用于在缺少焦炭地区同样能够高产率制备磷酸，因此该方法具有较大的市场潜力。

根据本发明的具体实施例，催化剂可以为碳酸钠和硫酸钠的混合物，且较佳的质量比例是碳酸钠：硫酸钠为2：1。加入量仅为混合物料的1-2质量％，较常规窑法磷酸加入50％以上的硅石等催化剂量少的多，不仅减少了加热的燃料成本，同时可以进一步促进还原剂对磷矿石的还原，以便进一步提高磷矿石还原的效率，提高制备磷酸的效率。

根据本发明的一个实施例，上述制备磷酸的方法进一步包括：将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合之前，分别对所述磷矿石、还原剂以及催化剂进行粉碎处理；其中，经过粉碎处理后混合得到的颗粒物中粒度小于38微米的颗粒占所述颗粒物的80-90质量％。由此可以进一步提高磷矿石与还原剂以及催化剂的接触面积，以便进一步提高磷矿石的还原效率。

(2)将所述混合物料进行造球处理，以便得到球状物料；

(3)将所述球状物料进行干燥，以便得到干燥球状物料。

根据本发明的具体实施例，在造球处理之前，预先将粉碎后的颗粒状磷矿石、还原剂以及催化剂按照下列步骤进行混合。

根据本发明的具体实施例，将所述磷矿石、还原剂以及催化剂进行干混，以便得到干混物料；将所述干混物料进行湿混，以便得到所述混合物料，其中，所述湿混过程中加入粘结剂。

根据本发明的具体实施例，将上述混合物依次进行干混和湿混处理的混合设备为强力混合机、回转筒、或碾轮混料机，首先进行干混，之后进行湿混，湿混过程中加入粘结剂，根据本发明的具体实施例，粘结剂的加入量为干混物料的1-3质量％，粘结剂的种类并不受特别限制，根据本发明的具体示例，粘结剂可以是无机粘结剂，如膨润土等，也可以是有机粘结剂，如糖蜜，聚乙烯醇等，经过造块设备造成球团，根据本发明的具体示例，造块设备为圆盘造球机或压球机，球团形状或为圆球状、或为椭圆球状、或为方块状不等。制备好的球团经由皮带送入烘干机烘干，所述的烘干机为链篦烘干机或圆筒烘干机，烘干后的球团经过筛分，筛分设备可以是条筛或圆筒滚筛，小于3mm粒级的物料返回造块系统，筛上合格含碳球团通过皮带机运送至还原设备上部的料仓。

根据本发明的具体实施例，通过上述步骤依次对还原反应前的物料进行处理，预先对磷矿石、还原剂以及催化剂进行粉碎处理，粉碎后的混合物料中粒度小于38微米的颗粒占全部颗粒的80％-90％。并且根据本发明的具体示例，将所得到的混合物依次进行干混和湿混处理，并进一步通过干混和湿混制备得到的球团。通过采用上述一系列的前处理可以进一步提高磷矿石与还原剂以及催化剂的接触面积，以便进一步提高磷矿石的还原效率。

(4)将所述球状物料在蓄热式转底炉中进行还原反应，以便得到含磷烟气和炉渣。

根据本发明的具体实施例，采用蓄热式转底炉对磷矿石进行还原。利用蓄热式转底炉独特的燃烧系统可以较其他还原炉例如隧道窑和回转窑相比能够在转底炉内营造出强还原性气氛对磷矿石进行还原，磷矿石中磷的还原率大于95％。根据本发明的具体实施例，还原炉采用蓄热式转底炉，料仓中的含碳球团，经由三个震动布料器均匀地布置到蓄热式转底炉的内环、中环和外环炉床上，炉床上的料层厚度为20-140mm，蓄热式转底炉炉气温度控制在900℃-1100℃，蓄热式转底炉从布料到出料运行时间为20-40分钟，含碳球团一进入蓄热式转底炉即开始高温快速还原。根据本发明的具体实施例，该蓄热式转底炉燃烧系统的特点如下：1、供热方式为多点供热，即烧嘴布置较常规转底炉多1倍；2、供给蓄热式转底炉的煤气或天然气管道在烧嘴的下部，助燃空气在烧嘴的上部，从而在转底炉含碳球团上部形成一道“气幕”，该气幕阻碍了蓄热式转底炉上部的弱氧化性气氛，将正在还原或还原好的球团隔离开来，在蓄热式转底炉含碳球团附近营造了强还原性气氛，防止磷矿石的氧化过程；3、烧嘴的形状选择了鸭嘴扁平形状，从而避免了燃烧气流的扰动作用，保证了含碳球团周边的强还原性气氛。4、由于该转底炉采用了蓄热式燃烧技术，使用劣质或低品质燃料(≥700kcal/Nm³)，降低了燃料成本，可在国内和缺少天然气和优质燃料的地区推广。由此，根据本发明的实施例，利用上述蓄热式转底炉在900-1100℃下，进行还原反应20-40分钟。由此可以进一步缩短还原反应时间，以便进一步提高制备磷酸的效率。

另外，本发明上述实施例的制备磷酸的方法相比传统窑法磷酸工艺有以下优势：(1)原料处理简单，无需包裹或喷膜即可进行快速还原；(2)物料压球后可以均匀布入转底炉，提高了磷矿石中磷的还原率和回收率；(3)还原温度低，仅为900℃～1100℃，还原时间短，仅为20～40分钟，节能降耗；(4)物料与炉底相对静止，相比窑法磷酸的优点是不粘结，不结圈。(5)不同于窑法磷酸的炉内还原和氧化同时完成，采用炉内强还原，炉外(烟道)氧化的独特的含磷烟气处理系统，可以有效回收磷，实现磷酸的大规模清洁生产。

(5)使所述含磷烟气发生氧化反应，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及

(6)使所述五氧化二磷蒸汽与水反应，以便得到磷酸。

根据本发明的具体实施例，上述原料即磷矿石、还原剂以及催化剂在还原炉中进行还原反应后，得到了含磷烟气和炉渣。根据本发明的具体实施例，进一步地对含磷烟气进行处理，包括除去炉渣、冷却、除尘等，使得含磷烟气得到净化同时在处理过程中发生氧化反应，使得生成五氧化二磷蒸汽，除尘过程中分离得到的含磷固渣可以用去做磷肥。

根据本发明的具体示例，利用得到的五氧化二磷与水反应制备得到磷酸。由此利用本发明的上述方法完成了由磷矿石制备得到磷酸过程，根据本发明实施例的制备磷酸的方法可以有效提高制备磷酸的效率以及产率。

另外，根据本发明的具体实施例，可以利用制备磷酸过程中得到的炉渣制备水泥。由此可以进一步提高该方法制备磷酸的附加产值。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备磷酸的系统，下面参考图2-3对本发明实施例的制备磷酸的系统进行详细描述。

根据本发明的具体实施例，该系统包括：混合设备10，造球机20，烘干机30，蓄热式转底炉40，烟气处理设备50，吸收塔60。其中，混合设备10适于将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合，以便得到混合物料；造球机20与混合设备10相连，且适于将混合物料进行造球处理，以便得到球状物料；所述烘干机30与所述造球机20相连，且适于对所述球状物料进行干燥；蓄热式转底炉40与所述烘干机30相连，且适于将经过所述干燥的球状物料进行还原反应，以便得到含磷烟气和炉渣；烟气处理设备50与蓄热式转底炉40相连，且适于使含磷烟气发生氧化反应，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及吸收塔60与烟气处理设备50相连，且适于使五氧化二磷蒸汽与水反应，以便得到磷酸。

为了方便描述本发明的具体实施例的制备磷酸的系统，下面通过该系统的具体实施方法对其进行描述。

根据本发明的具体实施例，首先在混合设备10内将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合，以便得到混合物料。根据本发明的具体实施例，上述原料即磷矿石、还原剂以及催化剂的质量比并不受特别限制，根据本发明的具体示例，其质量比可以为100:(15-20):(1-2)。由此可以使得加入该质量范围的还原剂以及催化剂能够达到对磷矿石的充分还原，并且避免资源浪费。根据本发明的具体实施例，上述质量比是发明人经过多次试验意外获得。

根据本发明的具体实施例，上述还原剂并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，还原剂可以为非焦炭煤，所述非焦炭煤为无烟煤和/或兰炭。由此可以节省原料还原剂的成本，同时能够实现磷矿石的高效还原。根据本发明的具体实施例，利用非焦炭煤作为还原剂可以使得该方法适用于在缺少焦炭地区同样能够高产率制备磷酸，因此该方法具有较大的市场潜力。

根据本发明的具体实施例，催化剂可以为碳酸钠和硫酸钠的混合物，且较佳的质量比例是碳酸钠：硫酸钠为2：1。加入量仅为混合物料的1-2质量％，较常规窑法磷酸加入50％以上的硅石等催化剂量少的多，不仅减少了加热的燃料成本，同时可以进一步促进还原剂对磷矿石的还原，以便进一步提高磷矿石还原的效率，提高制备磷酸的效率。

根据本发明的具体实施例，如图3所示，上述制备磷酸的系统还可以进一步包括：粉碎装置70，粉碎装置70与混合设备10相连，其适于将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合之前，分别对磷矿石、还原剂以及催化剂进行粉碎处理；其中，经过粉碎处理后混合得到的颗粒物中粒度小于38微米的颗粒占颗粒物的80-90质量％。由此可以进一步提高磷矿石与还原剂以及催化剂的接触面积，以便进一步提高磷矿石的还原效率。

根据本发明的具体实施例，如图3所示，混合设备10包括：干式混料机11和湿式混料机12，干式混料机11与粉碎装置70相连，将磷矿石、还原剂以及催化剂进行干混，以便得到干混物料；湿式混料机12具有粘结剂入口121，湿式混料机12与干式混料机11相连，且适于将干混物料进行湿混，以便得到混合物料，其中，湿混过程中加入粘结剂。

根据本发明的具体实施例，将上述混合物依次进行干混和湿混处理的混合设备为强力混合机、回转筒、或碾轮混料机，首先进行干混，之后进行湿混，湿混过程中加入粘结剂，根据本发明的具体实施例，粘结剂的加入量为干混物料的1-3质量％，粘结剂的种类并不受特别限制，根据本发明的具体示例，粘结剂可以是无机粘结剂，如膨润土等，也可以是有机粘结剂，如糖蜜，聚乙烯醇等。

根据本发明的具体实施例，进一步地，通过造球机20将上述混合得到的混合物料进行造球。根据本发明的具体示例，造球机20可以为圆盘造球机，也可以使用压球机替代，进而制备成球团形状或为圆球状、或为椭圆球状、或为方块状不等。

根据本发明的具体示例，制备好的球团经由皮带送入烘干机30烘干，所述的烘干机30为链篦烘干机或圆筒烘干机，烘干后的球团经过筛分，筛分设备可以是条筛或圆筒滚筛，小于3mm粒级的物料返回造块系统，筛上合格含碳球团通过皮带机运送至还原设备上部的料仓。

根据本发明的具体实施例，进一步地，蓄热式转底炉40与所述烘干机30相连，且适于将经过所述干燥的球状物料进行还原反应，以便得到含磷烟气和炉渣。

根据本发明的具体实施例，采用蓄热式转底炉40对磷矿石进行还原。利用蓄热式转底炉独特的燃烧系统可以较其他还原炉例如隧道窑和回转窑相比能够在转底炉内营造出强还原性气氛对磷矿石进行还原，磷矿石中磷的还原率大于95％。根据本发明的具体实施例，还原炉采用蓄热式转底炉，料仓中的含碳球团，经由三个震动布料器均匀地布置到蓄热式转底炉的内环、中环和外环炉床上，炉床上的料层厚度为20-140mm，蓄热式转底炉炉气温度控制在900℃-1100℃，蓄热式转底炉从布料到出料运行时间为20-40分钟，含碳球团一进入蓄热式转底炉即开始高温快速还原。根据本发明的具体实施例，该蓄热式转底炉燃烧系统的特点如下：1、供热方式为多点供热，即烧嘴布置较常规转底炉多1倍；2、供给蓄热式转底炉的煤气或天然气管道在烧嘴的下部，助燃空气在烧嘴的上部，从而在转底炉含碳球团上部形成一道“气幕”，该气幕阻碍了蓄热式转底炉上部的弱氧化性气氛，将正在还原或还原好的球团隔离开来，在蓄热式转底炉含碳球团附近营造了强还原性气氛，防止磷矿石的氧化过程；3、烧嘴的形状选择了鸭嘴扁平形状，从而避免了燃烧气流的扰动作用，保证了含碳球团周边的强还原性气氛。4、由于该转底炉采用了蓄热式燃烧技术，使用劣质或低品质燃料(≥700kcal/Nm³)，降低了燃料成本，可在国内和缺少天然气和优质燃料的地区推广。由此，根据本发明的实施例，利用上述蓄热式转底炉在900-1100℃下，进行还原反应20-40分钟。由此可以进一步缩短还原反应时间，以便进一步提高制备磷酸的效率。

另外，本发明上述实施例的制备磷酸的系统相比传统窑法磷酸系统有以下优势：(1)原料处理简单，无需包裹或喷膜即可进行快速还原；(2)物料压球后可以均匀布入转底炉，提高了磷矿石中磷的还原率和回收率；(3)还原温度低，仅为900℃～1100℃，还原时间短，仅为20～40分钟，节能降耗；(4)物料与炉底相对静止，相比窑法磷酸的优点是不粘结，不结圈。(5)不同于窑法磷酸的炉内还原和氧化同时完成，采用炉内强还原，炉外(烟道)氧化的独特的含磷烟气处理系统，可以有效回收磷，实现磷酸的大规模清洁生产。

根据本发明的具体实施例，烟气处理设备50与蓄热式转底炉40相连，且适于使含磷烟气发生氧化反应，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及吸收塔60与烟气处理设备50相连，且适于使五氧化二磷蒸汽与水反应，以便得到磷酸。

根据本发明的具体实施例，如图3所示，烟气处理设备50包括依次相连的沉降室51、换热器52、除尘器53，其中，沉降室21与蓄热式转底炉40的含磷烟气出口相连，且适于对含磷烟气进行除尘，以便分离出炉渣；换热器52适于对含磷烟气进行冷却；除尘器适53于对含磷烟气进行净化，以便分离出五氧化磷。

根据本发明的具体实施例，利用上述烟气处理设备50和吸收塔60可以对蓄热式转底炉40内产出的含磷烟气进行处理。根据本发明的具体实施例，含磷烟气依次通过沉降室51、换热器52、除尘器53对含磷烟气进行处理。具体地，在沉降室51内对含磷烟气进行除尘，以便分离出炉渣；在换热器52适于对含磷烟气进行冷却；在除尘器适53于对含磷烟气进行净化，以便分离出五氧化磷。由此通过上述除去炉渣、冷却、除尘的处理过程中，含磷烟气中的磷发生氧化反应，使得生成五氧化二磷蒸汽，除尘过程中分离得到的含磷固渣可以用去做磷肥。

根据本发明的具体示例，进一步地在吸收塔60内对净化和氧化得到的五氧化二磷与水反应制备得到磷酸。由此利用本发明的上述系统完成了由磷矿石制备得到磷酸过程，根据本发明实施例的制备磷酸的系统可以有效提高制备磷酸的效率以及产率。

采用本发明上述具体实施例的制备磷酸的系统，首先，原料的处理包括利用粉碎装置70分别对原料进行粉碎，并在干式混料机11和湿式混料机12中进行混合，进入造球机20内进行造球后进入烘干机30内干燥。其次，将干燥后的物料布入蓄热式转底炉40内进行还原反应，磷矿石中的磷被还原出来，以含磷烟气的形式进入烟气处理装置50，含磷烟气依次通过沉降室51、换热器52、除尘器53对含磷烟气进行处理。最后在吸收塔60内与水反应生成磷酸。根据本发明的具体实施例，从蓄热式转底炉40内排出的含磷烟气气温度在900℃以上，其中含有部分粉尘，首先经过沉降室51沉降出磷渣，接着含磷烟气保持一定流速经过换热器52，换热后的含磷烟气温度在600℃～650℃，进一步将含磷烟气通入除尘器53，由于含磷烟气在传送过程中部分被氧化成五氧化磷，因此可以通过除尘器53将含磷烟气中的五氧化磷脱除。根据本发明的具体实施例，可以利用脱除后的五氧化磷制备磷肥，由此可以进一步提高该制备磷酸系统的附加产值。根据本发明的具体实施例，上述经过除尘器53的含磷烟气温度仍在600℃以上，将其通入吸收塔60与水化合制备磷酸。吸收塔60排出的气体可以经过尾气洗涤装置后排入大气。由此从还原炉200出来的烟气经过沉降室51、换热器52、除尘器53，使得进入吸收塔60的含磷烟气中的P₂O₅纯度较高，可获得高品质的磷酸。由于P₂O₅熔点是562℃，升华温度为605℃，因此该制备磷酸的系统配置了高温除尘器53可以有效地对高温的含磷烟气进行除尘。由此可以进一步提高制备得到磷酸的质量。

根据本发明实施例的制备磷酸的方法及系统还具有下列优点：

1、采用蓄热式转底炉，可以将排出的炉渣直接或者通过配料用于生产水泥产品；采用烟气处理装置可以连续地对还原挥发出的含磷烟气进行氧化、水合回收，生产高浓度磷酸，从而实现磷矿的高效综合回收利用。

2、该方法和系统采用非焦煤作为还原剂，代替了焦炭，节省原料还原剂的成本，适用于缺少焦炭地区，市场推广潜力巨大。

3、使用蓄热式转底炉设备，配合高温空气燃烧技术，可使用低热值燃料(大于700Kcal/Nm³)作为加热的热源，燃烧热效率高。

4、相比隧道窑十几个甚至几十个小时的焙烧还原时间、回转窑几个小时的还原时间和容易结圈的问题，所有这些都限制了隧道窑和回转窑的规模化生产和正常运行，蓄热式转底炉还原磷矿石的时间短，控制在20-40分钟，大大节省了还原时间，还原温度900℃-1100℃，较隧道窑和回转窑的焙烧温度低，从而节省了燃料和运行成本，因而单机年处理量可以大于80万吨原料规模，作业率也较隧道窑和回转窑高，是隧道窑和回转窑无法比拟的。

5、磷矿石造块后，无需在表面覆盖膜层或浸渍包裹，直接在转底炉内实现高温快速还原，减少工序能耗，节省原料成本。

6、烟气处理装置进一步设置有沉降装置、换热装置、除尘装置、吸收装置、尾气洗涤装置，使得进入吸收装置的含磷烟气中的P₂O₅纯度较高，可获得高品质的磷酸。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

云南某磷矿石原矿成分为P₂O₅占24.78％，CaO占38.98％，SiO₂占13.56％，Al₂O₃占1.68％，F占2.23％，无烟煤含固定碳78.92％，原料配料条件为磷矿石：无烟煤：催化剂＝100:18:1.5(质量分数)，上述物料在混料机混合过程中加入混合料重量的3％的糖蜜，加入适量水分，调整混合料水分为7％，经过高压对辊压球机压球，压制出的球团为长30mm，宽20mm，厚15mm左右的椭球体，之后送入链篦烘干机在240℃进行烘干，烘干后的球团含水小于2％，经由皮带中转筛分后送至蓄热式转底炉进行还原，转底炉内控制空燃比为9.5，预热段温度为950℃，预热时间5分钟，还原段温度1050℃，还原时间30分钟，转底炉从布料到出料的时间为38分钟。试验测得磷矿的还原率为95.38％，转底炉排出的渣中含P₂O₅低于0.65％，作为配料可以生产水泥。转底炉尾烟气经过沉降室、换热器、除尘器进入吸收塔水合获得磷酸浓度大于87％的浓磷酸。吸收塔排出的尾气经过洗涤净化后排入大气，符合环保指标，粉尘含量小于20mg/m³。

实施例2

宁夏某磷矿P₂O₅占35％，无烟煤固定碳含量为77.86％，原料配料条件为磷矿石：无烟煤：催化剂＝100:20:2(质量分数)，上述物料混合均匀后加入直径6米的造球盘进行圆盘造球，造球所用粘结剂为膨润土占混合料的1％，所造球团水分控制在8％-10％，所造球的直径为8-12mm，造好的含碳球团布入链篦烘干机进行烘干，烘干温度240℃左右，烘干后的球团含水小于2％，之后送入蓄热式转底炉进行还原，转底炉内控制空燃比为9，预热段温度为900℃，预热时间5分钟，还原段温度1080℃，还原时间32分钟，转底炉从布料到出料的时间为37分钟。试验测得磷矿的还原率为95.67％，转底炉排出的渣中含P₂O₅低于0.53％。转底炉烟气经过沉降室、换热器、除尘器进入吸收塔水合获得磷酸浓度大于88％的浓磷酸。

实施例3

某磷矿P₂O₅含量为29.78％，兰炭含固定碳大于75％，上述物料烘干后，通过干式球磨机系统磨细，控制干式球磨机的风力分级的风机压力，通过收尘系统获得38微米占85％左右的原料。按照质量分数配比为磷矿石：兰炭：催化剂＝100:18:1.8进行配料，配好的物料送入强力混合机混合，混合过程中加入膨润土2％，混合料经过压球、烘干、筛分后均匀低布入转底炉进行还原，转底炉预热段温度控制在920℃左右，还原段温度1090℃，总的还原时间为40分钟。磷矿的还原率达到95.98％，转底炉排除炉渣含P₂O₅为0.45％左右，排出的炉渣温度约为700℃，经过空气换热装置预热空气后送至烘干系统使用或作为助燃空气使用，冷却后的炉渣加入石灰石磨细至-325目占90％左右直接制作水泥产品。转底炉烟气经过沉降室、换热器、除尘器进入吸收塔水合获得磷酸浓度大于88％的浓磷酸。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种制备磷酸的方法，其特征在于，包括：

将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合，以便得到混合物料；

将所述混合物料进行造球处理，以便得到球状物料；

将所述球状物料进行干燥，以便得到干燥球状物料；

将所述球状物料在蓄热式转底炉中进行还原反应，以便得到含磷烟气和炉渣；

使所述含磷烟气发生氧化反应，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及

使所述五氧化二磷蒸汽与水反应，以便得到磷酸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为碳酸钠和硫酸钠的混合物，所述碳酸钠与所述硫酸钠的质量比为2：1，

任选地，所述催化剂的加入量为所述混合物料的1-2质量％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述磷矿石、还原剂以及催化剂的质量比为100:(15-20):(1-2)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合之前，分别对所述磷矿石、还原剂以及催化剂进行粉碎处理；

其中，经过粉碎处理后混合得到的颗粒物中粒度小于38微米的颗粒占所述颗粒物的80-90质量％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述混合按照下列步骤进行：

将所述磷矿石、还原剂以及催化剂进行干混，以便得到干混物料；

将所述干混物料进行湿混，以便得到所述混合物料，

其中，所述湿混过程中加入粘结剂。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粘结剂为膨润土、糖蜜和聚乙烯醇中的至少一种，

任选地，所述粘结剂的加入量为所述干混物料的1-3质量％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原剂为非焦炭煤，所述非焦炭煤为无烟煤和/或兰炭。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在900-1100摄氏度下，进行所述还原反应20-40分钟。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括利用所述炉渣制备水泥。

10.一种制备磷酸的系统，其特征在于，所述制备磷酸的系统适于实施权利要求1-9任一项所述的制备磷酸的方法，所述制备磷酸的系统包括：

混合设备，所述混合设备适于将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合，以便得到混合物料；

造球机，所述造球机与所述混合设备相连，且适于将所述混合物料进行造球处理，以便得到球状物料；

烘干机，所述烘干机与所述造球机相连，且适于对所述球状物料进行干燥；

蓄热式转底炉，所述蓄热式转底炉与所述烘干机相连，且适于将经过所述干燥的球状物料进行还原反应，以便得到含磷烟气和炉渣；

烟气处理设备，所述烟气处理设备与所述蓄热式转底炉相连，且适于使所述含磷烟气发生氧化反应，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及

吸收塔，所述吸收塔与所述烟气处理设备相连，且适于使所述五氧化二磷蒸汽与水反应，以便得到磷酸。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，进一步包括：

粉碎装置，所述粉碎装置与所述混合设备相连，其适于将磷矿石、还原剂以及催化剂进行混合之前，分别对所述磷矿石、还原剂以及催化剂进行粉碎处理；

其中，经过粉碎处理后混合得到的颗粒物中粒度小于38微米的颗粒占所述颗粒物的80-90质量％。

12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述混合设备包括：

干式混料机，所述干式混料机与所述粉碎装置相连，将所述磷矿石、还原剂以及催化剂进行干混，以便得到干混物料；

湿式混料机，所述湿式混料机具有粘结剂入口，所述湿式混料机与所述干式混料机相连，且适于将所述干混物料进行湿混，以便得到所述混合物料，其中，所述湿混过程中加入粘结剂。

13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述烟气处理设备包括依次相连的沉降室、换热器、除尘器，

其中，所述沉降室与所述蓄热式转底炉的含磷烟气出口相连，且适于对所述含磷烟气进行除尘，以便分离出炉渣；所述换热器适于对所述含磷烟气进行冷却；所述除尘器适于对所述含磷烟气进行净化，以便分离出五氧化磷。