CN106517120B - 一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，其特征是包括：原料预处理；取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，硅质原料粉或者钙质原料粉，造孔材料粉；将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合，再筛分，筛上物为制得的还原剂芯；将还原剂芯、磷矿石粉，硅质原料粉或钙质原料粉，造孔材料投入造球机中混合，制得有外部反应层的球团生球；干燥，得到球团；将球团送入窑内保温煅烧后，自然冷却，得到轻质骨料；煅烧中产生的窑气制备成磷酸。采用本发明，在窑法制磷酸的同时联产适用于制备混凝土的轻质骨料，并有效解决了现有窑法磷酸中的碳烧损问题，有效地解决了现有中残渣大量堆积、难以处理的问题，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于磷化合物的制备及废弃物的利用方法，涉及一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法。本发明特别适用于采用中低品位磷矿为原料的窑法制备磷酸、同时获得适用于建筑材料领域中制备(轻质)混凝土的轻质骨料。
背景技术
近年来，我国经济迅猛发展、能源的需求增加以及环保意识的提高，节能环保问题已经成为关注的焦点。同时，我国磷矿资源储备位居世界第二，但高品位磷矿资源较少、中低品位资源居多。而磷酸作为一种重要的化工原料，在化工、冶金、石油、电子、医药、食品及农业的领域都有广泛的应用，对我国国民经济发展起着重要作用。
目前，我国工业生产磷酸的工艺都存在大量问题，其中：1.湿法磷酸只能利用中高品位磷矿制取磷酸，而制得的磷酸中几乎含有磷矿中除钙以外的所有杂质，净化工艺复杂且成本高，同时湿法工艺会带来大量难以处理的磷石膏，污染环境；2.热法磷酸可制备获得高品质磷酸，但主要设备为电弧炉，其能耗高，同时该工艺也只能利用中高品位磷矿。
现有技术中，为了解决电能紧张、硫铁矿资源不足及高品位磷矿逐渐减少等问题，美国Occidental Research Corporation(ORC)于20世纪八十年代提出了窑法磷酸工艺。窑法磷酸工艺是将磷矿石、硅石和碳质还原剂外加一定量的膨润土混合造球，经干燥后送入窑内煅烧还原，窑内温度控制在1400℃～1500℃，磷矿中的磷以磷蒸汽的形式从球团中还原挥发出来，同时在窑的中部通入空气将单质磷氧化为五氧化二磷，氧化所放出的热又可以提供给还原反应，含有五氧化二磷的窑气经水化吸收制得磷酸。该工艺能有效地利用中低品位磷矿还原制备高品质磷酸，同时具备能耗小、工艺简单、可合理利用反应热。但是，大量的研究表明该工艺仍存在许多问题，在规模化的工业实践中难以实现，其主要表现在：
①碳烧损：用于窑法磷酸工艺中的球团是由磷矿石、硅石、碳质还原剂等原料均匀混合制得，在窑内温度升高至磷矿还原温度前球团中的碳质还原便会与窑内的氧气、二氧化碳等反应，导致大部分碳质还原剂提前烧损未能起到还原磷矿的作用，降低了磷矿还原率；对于该问题目前大多通过在窑内通入氮气等保护气体、在球团外增加包裹层等方法进行解决，这大大提高了窑法制取磷酸生产成本。
②残渣难以处理：在窑法磷酸工艺残渣处理问题上已进行了许多研究，但都未取得实质上的突破。2007年，湖北三新磷酸有限公司采用隧道窑法工艺，年产磷酸200千吨，空心砖、耐火砖3.8亿块；但该工艺中的料砖在窑内煅烧还原磷矿后往往会出现变形、开裂、粘连等问题，降低了空心砖、耐火砖的质量，未能达到残渣有效利用的问题。而且目前大部分窑法磷酸工艺生产中，由于料球中碳烧损等问题导致磷矿还原率降低，残球中P2O5含量相对较高，这使得目前窑法磷酸工艺中的残渣不宜作为掺合料用于水泥中，影响了残渣回收利用的价值。
因此，为了能合理开发利用我国大量储备的中低品位磷矿资源，同时达到节能减排、无环境污染的目的。针对窑法磷酸工艺存在的问题，开发新技术解决窑法磷酸工艺中的球团碳质还原剂烧损问题、并能合理处理利用残渣以满足窑法磷酸的生产及发展需要是本领域的研究热点。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法。本发明提供一种满足窑法磷酸生产需要的以磷矿、硅质或钙质原料、造孔材料为主要成分的外部反应层包裹碳质还原剂、粘结剂组成的还原剂芯的球团，并且该球团可在窑法制磷酸的同时联产适用于制备轻质混凝土的轻质骨料，并有效解决了现有窑法磷酸工艺中普通球团的碳烧损问题，从而在达到高磷矿还原率、残球可处理利用的前提下，为我国开发利用大量储备的中低品位磷矿资源提供了一种新思路。
本发明的内容是：一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，其特征是包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨(一般可以是40～80min)，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将硅质原料或钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨(一般可以是40～60min)，制成粒度为D50≤60μm的硅质原料粉或钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
所述硅质原料为硅石；
所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，硅质原料粉或者钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述硅质原料粉的用量以硅质原料粉中SiO2的物质的量计量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量，
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.05％～1.5％；
所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6～7倍；
所述以SiO2计量的硅质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0～9倍，所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0～9倍；
所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉(磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉即：磷矿石粉和硅质原料粉或磷矿石粉和钙质原料粉，后同)总质量的0％～15％；
所述造孔材料为天然植物纤维、植物淀粉、煤粉、焦炭粉、有机纤维、以及任何高温下可燃烧的(颗粒状及纤维状)物质中的任一种或两种以上的混合物；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过3～6目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
所述造球机为现有任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；所述筛分所用筛分机为现有任何类型的筛分机；
还原剂芯中的碳质还原剂粉与氧气反应产生的一氧化碳作为球团外部反应层中所进行的磷矿还原反应的还原剂；此外还原剂芯与反应层界面处，碳质还原剂粉可直接与反应层中的磷矿石粉进行反应；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，硅质原料粉或钙质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
所述造球机为任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；
球团生球的外部反应层既是作为内部还原剂芯的保护层，解决了现有技术中普通球团中存在的碳烧损问题；又是作为窑法制磷酸时还原磷矿的主要反应区域；同时，外部反应层中添加的造孔材料在燃烧后形成孔隙既便于产物从球团内部传递到球团外部，也增加了内部产生的还原剂物质与反应层中磷矿的接触面积；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在100℃～110℃温度下干燥6h～12h，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以5℃/min～20℃/min的升温速度为，升温至1250℃～1400℃，并在1250℃～1400℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)3～5h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
本发明的内容中还可以包括下列步骤：
g、烧结处理：球团在1250℃～1400℃下经保温煅烧3～5h后，还可以对球团进行烧结处理，以提高球团冷却后的强度，具体方法是：球团经保温煅烧后(还原磷矿)，再在1250℃～1500℃的烧结温度下，烧结0min～60min(较好的为10min～60min)。
得到的轻质骨料具有多孔、轻质、表面强度高的特点，且该轻质骨料的容重及强度符合国家标准GB/T17431.1-2010《轻集料及实验方法》；可作为骨料用于建筑材料领域中制备轻质混凝土。
本发明的内容，即该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法还包括下列步骤：
窑气制酸：将球团入窑煅烧(还原磷矿)中产生的窑气经过净化处理后送入水化室及吸收塔中水化吸收制取磷酸；具体方法是；球团入窑煅烧(还原磷矿)得到的窑气主要成分为P2O5、CO2，将窑气经过净化处理去除CO2后得到纯净的磷酸酐(P2O5)气体；纯净的磷酸酐气体在水化室中与喷下的稀磷酸(质量百分比浓度为50％～70％H3PO4水溶液)相遇进行水化反应生成磷酸；水化过程中产生的酸雾进入吸收塔中与塔顶喷下的稀磷酸反应生成磷酸；将水化吸收得到的磷酸送入储酸槽冷却后即得到成品磷酸；该具体方法同现有技术。
为防止还原后的磷反吸，需保证窑内处于正压状态，可对窑内采用强制通风、自然抽风等手段；其中，强制通风是指利用风机等机械设备驱使窑内气体流动；自然抽风是指利用烟囱产生的抽力使窑内气体流动。
本发明的内容中：步骤(b)中所述所述以SiO2计量的硅质原料粉的物质的量较好的是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0.5～9倍，所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量较好的是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0.5～9倍。
本发明的内容中：步骤(a)中所述碳质还原剂可以为焦炭或煤或其它碳质材料(包括生物质材料)。
本发明的内容中：步骤(b)中所述无机粘结剂可以为水泥、黏土、以及污泥等中的任一种或两种以上的混合物，所述有机粘结剂可以为植物淀粉、纤维素、以及腐植酸等中的任一种或两种以上的混合物。
本发明的内容中：步骤(b)中所述造孔材料粉的用量较好的为磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉(磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉即：磷矿石粉和硅质原料粉或磷矿石粉和钙质原料粉，后同)总质量的2％～15％。
本发明的内容中：步骤(a)中所述磷矿石可以为高、中、低品位磷矿中任何品位的磷矿石。
与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：
(1)采用本发明，形成外部反应层包裹内部还原剂芯的球团结构，对球团中的碳质还原剂进行了有效的保护；与现有技术中普通球团完全不同；由于外部反应层较厚具有较高的体积稳定性，减少了球团的破损，有效地防止了碳质材料的烧损；
(2)采用本发明，球团的外部反应层不仅仅起到包裹保护还原剂芯防止碳质还原剂烧损的作用，同时该反应层的也是窑法制磷酸时磷矿还原反应的主要反应区域；
(3)本发明制得的球团在窑法制磷酸中联产轻质骨料:球团采用以磷矿为主要成分的外部反应层包裹保护以碳质还原剂为主要成分的还原剂芯，在窑法制酸后该球团形成空心、多孔的结构，并且具有较高强度(满足国标GB/T17431.1-2010《轻集料及其实验方法》)；可作为轻质骨料应用于混凝土领域，从而有效地解决了现有技术窑法磷酸工艺中残渣大量堆积，成为废弃物难以处理利用，并破坏生态环境、造成环境污染的问题；
(4)采用本发明，主要是对现有技术中用于窑法磷酸工艺的磷矿石粉、硅石粉(或者石灰石粉)、碳质还原剂粉、粘结剂等原料均匀混合的普通球团进行结构上的调整；以碳质还原剂粉和粘结剂作为还原剂芯，以磷矿石粉、硅质原料粉(或者钙质原料粉)、造孔材料作为反应层包裹还原剂芯制成用于窑法制备磷酸工艺中的球团；球团外部的反应层既作为还原剂芯的保护层，也是窑法还原制取磷酸的主反应区，该球团在磷被还原成气体逸出后仍具有较好的强度，球团具有空心、多孔的结构，这使得反应烧结后的球团能作为轻质骨料使用；
(5)本发明的反应机理是：
①反应层与还原剂芯界面的反应机理：
Ca10(PO4)6F2+15C+9·z(SiO2)→3P2+15CO+9[CaO·(SiO2)z]+CaF2 (1-1)
其中，z≥0。
②碳质还原剂在缺氧状态下的不充分燃烧：
2C+O2→2CO (1-2)
③反应层中的反应机理：
Ca10(PO4)6F2+15CO+9·z(SiO2)→3P2+15CO2+9[CaO·(SiO2)z]+CaF2 (1-3)
其中，z≥0。
上述3个反应式中，反应式(1-1)是在磷矿快速还原温度下，还原剂芯中的碳质还原剂与反应层中的磷矿石粉发生的氧化还原反应，焦炭作为还原剂还原出单质磷同时生成一氧化碳，该反应主要发生在还原剂芯与外部反应层的界面处；反应式(1-2)是外部反应层中造孔材料燃烧后形成通道后，窑内O2通过形成的通道进入球团内部与还原剂芯中的碳质还原剂发生反应产生一氧化碳；反应式(1-3)是本发明窑法还原磷矿时的主要反应机理，还原剂芯以及界面处反应产生的CO通过外部反应层时，与外部反应层中的磷矿进行的氧化还原反应，一氧化碳作为还原剂与反应层中的磷矿反应产生单质磷；本发明窑法制磷酸联产轻质骨料的方法是窑法磷酸领域中一个全新的反应原理；
(6)本发明产品制备工艺简单，工序简便，容易操作，特别适用于采用中低品位磷矿为原料的窑法制备磷酸、同时获得适用于制备(轻质)混凝土的轻质骨料，将具有明显的经济效益和社会效益，实用性强。
附图说明
图1是本发明方法中球团的结构示意图；
图2是本发明窑法制取磷酸联产轻质骨料的工艺流程图；
图3是CaO/SiO2＝2.0,n(C)/5n(P2O5)＝1.4(碳过剩系数)(n指物质的量，后同)的球团热分析图谱；由图3可知，当球团CaO/SiO2＝2.0，n(C)/5n(P2O5)＝1.4时，磷矿初始还原的温度在1200℃左右，磷矿快速还原的温度在1320℃左右；
图4是CaO/SiO2＝1.0,n(C)/5n(P2O5)＝1.4(碳过剩系数)的球团热分析图谱；由图4可知，当球团CaO/SiO2＝1.0，n(C)/5n(P2O5)＝1.4时，磷矿初始还原的温度在1200℃左右，磷矿快速还原的温度在1300℃左右。
具体实施方式
下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1：
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量，
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.75％；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的7倍；所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的3.5倍；所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和钙质原料粉总质量的5％；
所述造孔材料为玉米淀粉；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过5目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
所述造球机为现有任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；所述筛分所用筛分机为现有任何类型的筛分机；
还原剂芯中的碳质还原剂粉与氧气反应产生的一氧化碳作为球团外部反应层中所进行的磷矿还原反应的还原剂；此外还原剂芯与反应层界面处，碳质还原剂粉可直接与反应层中的磷矿石粉进行反应；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，钙质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
所述造球机为任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；
球团生球的外部反应层既是作为内部还原剂芯的保护层，解决了现有技术中普通球团中存在的碳烧损问题；又是作为窑法制磷酸时还原磷矿的主要反应区域；同时，外部反应层中添加的造孔材料在燃烧后形成孔隙既便于产物从球团内部传递到球团外部，也增加了内部产生的还原剂物质与反应层中磷矿的接触面积；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在105℃温度下干燥6h，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以5℃/min的升温速度为，升温至1350℃，并在1350℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)3.5h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法中，还可以包括下列步骤：
g、烧结处理：球团在1350℃下经保温煅烧3.5h后，还可以对球团进行烧结处理，以提高球团冷却后的强度，具体方法是：球团经保温煅烧后，再在1350℃的烧结温度下，烧结30min；
得到的轻质骨料具有多孔、轻质、表面强度高的特点，且该轻质骨料的容重及强度符合国家标准GB/T17431.1-2010《轻集料及实验方法》；可作为骨料用于建筑材料领域中制备轻质混凝土。
实验结果如下表：
| 磷矿还原率 | 反应后球团容重 | 反应后球团强度 |
| 93.45％ | 645kg/m3 | 3.1MPa |
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法还包括下列步骤：
窑气制酸：将球团入窑煅烧(还原磷矿)中产生的窑气经过净化处理后送入水化室及吸收塔中水化吸收制取磷酸；具体方法是；球团入窑煅烧(还原磷矿)得到的窑气主要成分为P2O5、CO2，将窑气经过净化处理去除CO2后得到纯净的磷酸酐(P2O5)气体；纯净的磷酸酐气体在水化室中与喷下的稀磷酸(质量百分比浓度为50％H3PO4水溶液)相遇进行水化反应生成磷酸；水化过程中产生的酸雾进入吸收塔中与塔顶喷下的稀磷酸反应生成磷酸；将水化吸收得到的磷酸送入储酸槽冷却后即得到成品磷酸；该具体方法同现有技术。
为防止还原后的磷反吸，需保证窑内处于正压状态，可对窑内采用强制通风、自然抽风等手段；其中，强制通风是指利用风机等机械设备驱使窑内气体流动；自然抽风是指利用烟囱产生的抽力使窑内气体流动。
实施例2：
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量，
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.05％；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的7倍；所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的1.75倍；所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和钙质原料粉总质量的7％；
所述造孔材料为焦炭粉；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过4目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
所述造球机为现有任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；所述筛分所用筛分机为现有任何类型的筛分机；
还原剂芯中的碳质还原剂粉与氧气反应产生的一氧化碳作为球团外部反应层中所进行的磷矿还原反应的还原剂；此外还原剂芯与反应层界面处，碳质还原剂粉可直接与反应层中的磷矿石粉进行反应；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，钙质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
所述造球机为任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；
球团生球的外部反应层既是作为内部还原剂芯的保护层，解决了现有技术中普通球团中存在的碳烧损问题；又是作为窑法制磷酸时还原磷矿的主要反应区域；同时，外部反应层中添加的造孔材料在燃烧后形成孔隙既便于产物从球团内部传递到球团外部，也增加了内部产生的还原剂物质与反应层中磷矿的接触面积；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在105℃温度下干燥8h，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以5℃/min的升温速度为，升温至1275℃，并在1275℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)3.5h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法中，还可以包括下列步骤：
g、烧结处理：球团在1275℃下经保温煅烧3.5h后，还可以对球团进行烧结处理，以提高球团冷却后的强度，具体方法是：球团经保温煅烧后，再在1350℃的烧结温度下，烧结60min；
得到的轻质骨料具有多孔、轻质、表面强度高的特点，且该轻质骨料的容重及强度符合国家标准GB/T17431.1-2010《轻集料及实验方法》；可作为骨料用于建筑材料领域中制备轻质混凝土。
实验结果如下表所示：
| 磷矿还原率 | 反应后球团容重 | 反应后球团强度 |
| 91.92％ | 651kg/m3 | 3.3MPa |
窑气制酸：将球团入窑煅烧(还原磷矿)中产生的窑气经过净化处理后送入水化室及吸收塔中水化吸收制取磷酸；具体方法是；球团入窑煅烧(还原磷矿)得到的窑气主要成分为P2O5、CO2，将窑气经过净化处理去除CO2后得到纯净的磷酸酐(P2O5)气体；纯净的磷酸酐气体在水化室中与喷下的稀磷酸(质量百分比浓度为60％H3PO4水溶液)相遇进行水化反应生成磷酸；水化过程中产生的酸雾进入吸收塔中与塔顶喷下的稀磷酸反应生成磷酸；将水化吸收得到的磷酸送入储酸槽冷却后即得到成品磷酸；该具体方法同现有技术。
为防止还原后的磷反吸，需保证窑内处于正压状态，可对窑内采用强制通风、自然抽风等手段；其中，强制通风是指利用风机等机械设备驱使窑内气体流动；自然抽风是指利用烟囱产生的抽力使窑内气体流动。
实施例3：
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量，
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.05％；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6倍；所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0倍；所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉总质量的12％；
所述造孔材料为玉米淀粉；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过4目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
所述造球机为现有任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；所述筛分所用筛分机为现有任何类型的筛分机；
还原剂芯中的碳质还原剂粉与氧气反应产生的一氧化碳作为球团外部反应层中所进行的磷矿还原反应的还原剂；此外还原剂芯与反应层界面处，碳质还原剂粉可直接与反应层中的磷矿石粉进行反应；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
所述造球机为任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；
球团生球的外部反应层既是作为内部还原剂芯的保护层，解决了现有技术中普通球团中存在的碳烧损问题；又是作为窑法制磷酸时还原磷矿的主要反应区域；同时，外部反应层中添加的造孔材料在燃烧后形成孔隙既便于产物从球团内部传递到球团外部，也增加了内部产生的还原剂物质与反应层中磷矿的接触面积；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在105℃温度下干燥8h，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以5℃/min的升温速度为，升温至1325℃，并在1325℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)3h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法中，还可以包括下列步骤：
g、烧结处理：球团在1325℃下经保温煅烧3h后，还可以对球团进行烧结处理，以提高球团冷却后的强度，具体方法是：球团经保温煅烧后，再在1350℃的烧结温度下，烧结10min；
得到的轻质骨料具有多孔、轻质、表面强度高的特点，且该轻质骨料的容重及强度符合国家标准GB/T17431.1-2010《轻集料及实验方法》；可作为骨料用于建筑材料领域中制备轻质混凝土。
实验结果如下表所示：
| 磷矿还原率 | 反应后球团容重 | 反应后球团强度 |
| 93.09％ | 638kg/m3 | 2.8MPa |
窑气制酸：将球团入窑煅烧(还原磷矿)中产生的窑气经过净化处理后送入水化室及吸收塔中水化吸收制取磷酸；具体方法是；球团入窑煅烧(还原磷矿)得到的窑气主要成分为P2O5、CO2，将窑气经过净化处理去除CO2后得到纯净的磷酸酐(P2O5)气体；纯净的磷酸酐气体在水化室中与喷下的稀磷酸(质量百分比浓度为70％H3PO4水溶液)相遇进行水化反应生成磷酸；水化过程中产生的酸雾进入吸收塔中与塔顶喷下的稀磷酸反应生成磷酸；将水化吸收得到的磷酸送入储酸槽冷却后即得到成品磷酸；该具体方法同现有技术。
为防止还原后的磷反吸，需保证窑内处于正压状态，可对窑内采用强制通风、自然抽风等手段；其中，强制通风是指利用风机等机械设备驱使窑内气体流动；自然抽风是指利用烟囱产生的抽力使窑内气体流动。
实施例4：
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将硅质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的硅质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
所述硅质原料为硅石；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，硅质原料粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述硅质原料粉的用量以硅质原料粉中SiO2的物质的量计量；
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.75％；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6.5倍；所述以SiO2计量的硅质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的4.5倍；所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和硅质原料粉总质量的7.5％；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过5目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
所述造球机为现有任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；所述筛分所用筛分机为现有任何类型的筛分机；
还原剂芯中的碳质还原剂粉与氧气反应产生的一氧化碳作为球团外部反应层中所进行的磷矿还原反应的还原剂；此外还原剂芯与反应层界面处，碳质还原剂粉可直接与反应层中的磷矿石粉进行反应；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，硅质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
所述造球机为任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；
球团生球的外部反应层既是作为内部还原剂芯的保护层，解决了现有技术中普通球团中存在的碳烧损问题；又是作为窑法制磷酸时还原磷矿的主要反应区域；同时，外部反应层中添加的造孔材料在燃烧后形成孔隙既便于产物从球团内部传递到球团外部，也增加了内部产生的还原剂物质与反应层中磷矿的接触面积；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在105℃温度下干燥9h，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以12℃/min的升温速度为，升温至1330℃，并在1330℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)4h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法中，还可以包括下列步骤：
g、烧结处理：球团在1330℃下经保温煅烧4h后，还可以对球团进行烧结处理，以提高球团冷却后的强度，具体方法是：球团经保温煅烧后，再在1380℃的烧结温度下，烧结30min；
得到的轻质骨料具有多孔、轻质、表面强度高的特点，且该轻质骨料的容重及强度符合国家标准GB/T17431.1-2010《轻集料及实验方法》；可作为骨料用于建筑材料领域中制备轻质混凝土。
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法还包括下列步骤：
窑气制酸：将球团入窑煅烧(还原磷矿)中产生的窑气经过净化处理后送入水化室及吸收塔中水化吸收制取磷酸；具体方法是；球团入窑煅烧(还原磷矿)得到的窑气主要成分为P2O5、CO2，将窑气经过净化处理去除CO2后得到纯净的磷酸酐(P2O5)气体；纯净的磷酸酐气体在水化室中与喷下的稀磷酸(质量百分比浓度为60％H3PO4水溶液)相遇进行水化反应生成磷酸；水化过程中产生的酸雾进入吸收塔中与塔顶喷下的稀磷酸反应生成磷酸；将水化吸收得到的磷酸送入储酸槽冷却后即得到成品磷酸；该具体方法同现有技术。
为防止还原后的磷反吸，需保证窑内处于正压状态，可对窑内采用强制通风、自然抽风等手段；其中，强制通风是指利用风机等机械设备驱使窑内气体流动；自然抽风是指利用烟囱产生的抽力使窑内气体流动。
实施例5：
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量；
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.75％；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6.5倍；所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的4.5倍；所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和钙质原料粉总质量的7.5％；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过5目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
所述造球机为现有任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；所述筛分所用筛分机为现有任何类型的筛分机；
还原剂芯中的碳质还原剂粉与氧气反应产生的一氧化碳作为球团外部反应层中所进行的磷矿还原反应的还原剂；此外还原剂芯与反应层界面处，碳质还原剂粉可直接与反应层中的磷矿石粉进行反应；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，钙质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
所述造球机为任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；
球团生球的外部反应层既是作为内部还原剂芯的保护层，解决了现有技术中普通球团中存在的碳烧损问题；又是作为窑法制磷酸时还原磷矿的主要反应区域；同时，外部反应层中添加的造孔材料在燃烧后形成孔隙既便于产物从球团内部传递到球团外部，也增加了内部产生的还原剂物质与反应层中磷矿的接触面积；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在105℃温度下干燥9h，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以12℃/min的升温速度为，升温至1330℃，并在1330℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)4h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法中，还可以包括下列步骤：
g、烧结处理：球团在1330℃下经保温煅烧4h后，还可以对球团进行烧结处理，以提高球团冷却后的强度，具体方法是：球团经保温煅烧后，再在1380℃的烧结温度下，烧结30min；
得到的轻质骨料具有多孔、轻质、表面强度高的特点，且该轻质骨料的容重及强度符合国家标准GB/T17431.1-2010《轻集料及实验方法》；可作为骨料用于建筑材料领域中制备轻质混凝土。
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法还包括窑气制酸，同实施例4，省略。
实施例6：
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量；
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.75％；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6.5倍；所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉质量的7.5％；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过5目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
所述造球机为现有任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；所述筛分所用筛分机为现有任何类型的筛分机；
还原剂芯中的碳质还原剂粉与氧气反应产生的一氧化碳作为球团外部反应层中所进行的磷矿还原反应的还原剂；此外还原剂芯与反应层界面处，碳质还原剂粉可直接与反应层中的磷矿石粉进行反应；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
所述造球机为任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；
球团生球的外部反应层既是作为内部还原剂芯的保护层，解决了现有技术中普通球团中存在的碳烧损问题；又是作为窑法制磷酸时还原磷矿的主要反应区域；同时，外部反应层中添加的造孔材料在燃烧后形成孔隙既便于产物从球团内部传递到球团外部，也增加了内部产生的还原剂物质与反应层中磷矿的接触面积；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在105℃温度下干燥9h，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以12℃/min的升温速度为，升温至1330℃，并在1330℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)4h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法中，还可以包括下列步骤：
g、烧结处理：球团在1330℃下经保温煅烧4h后，还可以对球团进行烧结处理，以提高球团冷却后的强度，具体方法是：球团经保温煅烧后，再在1380℃的烧结温度下，烧结30min；
得到的轻质骨料具有多孔、轻质、表面强度高的特点，且该轻质骨料的容重及强度符合国家标准GB/T17431.1-2010《轻集料及实验方法》；可作为骨料用于建筑材料领域中制备轻质混凝土。
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法还包括窑气制酸，同实施例4，省略。
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法还包括下列步骤：
实施例7：
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量；
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.75％；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6.5倍；所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉质量的7.5％；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过5目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
所述造球机为现有任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；所述筛分所用筛分机为现有任何类型的筛分机；
还原剂芯中的碳质还原剂粉与氧气反应产生的一氧化碳作为球团外部反应层中所进行的磷矿还原反应的还原剂；此外还原剂芯与反应层界面处，碳质还原剂粉可直接与反应层中的磷矿石粉进行反应；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
所述造球机为任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；
球团生球的外部反应层既是作为内部还原剂芯的保护层，解决了现有技术中普通球团中存在的碳烧损问题；又是作为窑法制磷酸时还原磷矿的主要反应区域；同时，外部反应层中添加的造孔材料在燃烧后形成孔隙既便于产物从球团内部传递到球团外部，也增加了内部产生的还原剂物质与反应层中磷矿的接触面积；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在105℃温度下干燥9h，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以12℃/min的升温速度为，升温至1330℃，并在1330℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)4h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法中，还可以包括下列步骤：
g、烧结处理：球团在1330℃下经保温煅烧4h后，还可以对球团进行烧结处理，以提高球团冷却后的强度，具体方法是：球团经保温煅烧后，再在1380℃的烧结温度下，烧结30min；
得到的轻质骨料具有多孔、轻质、表面强度高的特点，且该轻质骨料的容重及强度符合国家标准GB/T17431.1-2010《轻集料及实验方法》；可作为骨料用于建筑材料领域中制备轻质混凝土。
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法还包括窑气制酸，同实施例4，省略。
实施例8：
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将碳质还原剂投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的碳质还原剂粉；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量；所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.05％；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6倍；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过3目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
所述造球机为现有任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；所述筛分所用筛分机为现有任何类型的筛分机；
还原剂芯中的碳质还原剂粉与氧气反应产生的一氧化碳作为球团外部反应层中所进行的磷矿还原反应的还原剂；此外还原剂芯与反应层界面处，碳质还原剂粉可直接与反应层中的磷矿石粉进行反应；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
所述造球机为任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；
球团生球的外部反应层既是作为内部还原剂芯的保护层，解决了现有技术中普通球团中存在的碳烧损问题；又是作为窑法制磷酸时还原磷矿的主要反应区域；同时，外部反应层中添加的造孔材料在燃烧后形成孔隙既便于产物从球团内部传递到球团外部，也增加了内部产生的还原剂物质与反应层中磷矿的接触面积；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在100℃℃温度下干燥6hh，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以5℃/min的升温速度为，升温至1250℃，并在1250℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)5h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
其它同实施例7，省略。
实施例9：
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将硅质原料或钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的硅质原料粉或钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
所述硅质原料为硅石；
所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，硅质原料粉或者钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述硅质原料粉的用量以硅质原料粉中SiO2的物质的量计量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量，
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.05％；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6倍；所述以SiO2计量的硅质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0.5倍，所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0.5倍；所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉(磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉即：磷矿石粉和硅质原料粉或磷矿石粉和钙质原料粉)总质量的2％；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过3目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
所述造球机为现有任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；所述筛分所用筛分机为现有任何类型的筛分机；
还原剂芯中的碳质还原剂粉与氧气反应产生的一氧化碳作为球团外部反应层中所进行的磷矿还原反应的还原剂；此外还原剂芯与反应层界面处，碳质还原剂粉可直接与反应层中的磷矿石粉进行反应；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，硅质原料粉或钙质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
所述造球机为任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；
球团生球的外部反应层既是作为内部还原剂芯的保护层，解决了现有技术中普通球团中存在的碳烧损问题；又是作为窑法制磷酸时还原磷矿的主要反应区域；同时，外部反应层中添加的造孔材料在燃烧后形成孔隙既便于产物从球团内部传递到球团外部，也增加了内部产生的还原剂物质与反应层中磷矿的接触面积；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在100℃℃温度下干燥6hh，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以5℃/min的升温速度为，升温至1250℃，并在1250℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)5h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，还可以包括下列步骤：
g、烧结处理：球团在1250℃下经保温煅烧5h后，还可以对球团进行烧结处理，以提高球团冷却后的强度，具体方法是：球团经保温煅烧后，再在1350℃的烧结温度下，烧结30min；
得到的轻质骨料具有多孔、轻质、表面强度高的特点，且该轻质骨料的容重及强度符合国家标准GB/T17431.1-2010《轻集料及实验方法》；可作为骨料用于建筑材料领域中制备轻质混凝土。
该窑法制磷酸联产轻质骨料的方法还包括下列步骤：
窑气制酸：将球团入窑煅烧(还原磷矿)中产生的窑气经过净化处理后送入水化室及吸收塔中水化吸收制取磷酸；具体方法是；球团入窑煅烧(还原磷矿)得到的窑气主要成分为P2O5、CO2，将窑气经过净化处理去除CO2后得到纯净的磷酸酐(P2O5)气体；纯净的磷酸酐气体在水化室中与喷下的稀磷酸(质量百分比浓度为70％H3PO4水溶液)相遇进行水化反应生成磷酸；水化过程中产生的酸雾进入吸收塔中与塔顶喷下的稀磷酸反应生成磷酸；将水化吸收得到的磷酸送入储酸槽冷却后即得到成品磷酸；该具体方法同现有技术。
为防止还原后的磷反吸，需保证窑内处于正压状态，可对窑内采用强制通风、自然抽风等手段；其中，强制通风是指利用风机等机械设备驱使窑内气体流动；自然抽风是指利用烟囱产生的抽力使窑内气体流动。
实施例10：
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将硅质原料或钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的硅质原料粉或钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
所述硅质原料为硅石；
所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，硅质原料粉或者钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述硅质原料粉的用量以硅质原料粉中SiO2的物质的量计量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量，
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.5％；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6.2倍；所述以SiO2计量的硅质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的3倍，所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的3倍；
所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉(磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉即：磷矿石粉和硅质原料粉或磷矿石粉和钙质原料粉)总质量的5％；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过3目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，硅质原料粉或钙质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在100℃～110℃温度下干燥8h，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以10℃/min的升温速度为，升温至1300℃，并在1300℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)4h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
其它同实施例4～9中任一，省略。
实施例11：
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将硅质原料或钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的硅质原料粉或钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
所述硅质原料为硅石；
所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，硅质原料粉或者钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述硅质原料粉的用量以硅质原料粉中SiO2的物质的量计量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量，
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的1.1％；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6.8倍；所述以SiO2计量的硅质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的7倍，所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的7倍；所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉(磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉即：磷矿石粉和硅质原料粉或磷矿石粉和钙质原料粉)总质量的11％；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过5目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，硅质原料粉或钙质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在110℃温度下干燥10h，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以13℃/min的升温速度为，升温至1350℃，并在1350℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)3.5h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
其它同实施例4～9中任一，省略。
实施例12：
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将硅质原料或钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的硅质原料粉或钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
所述硅质原料为硅石；
所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，硅质原料粉或者钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述硅质原料粉的用量以硅质原料粉中SiO2的物质的量计量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量；
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的1.5％；
所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的7倍；
所述以SiO2计量的硅质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的9倍，所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的9倍；
所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉总质量的15％；
所述造孔材料为天然植物纤维、植物淀粉、煤粉、焦炭粉、有机纤维中的任一种或两种以上的混合物；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过5目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，硅质原料粉或钙质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在105℃温度下干燥9h，得到球团；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以12℃/min的升温速度为，升温至1300℃，并在1300℃下保温煅烧4h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；
其它同实施例4～9中任一，省略。
上述实施例4～12中：步骤(a)中所述造孔材料可以为天然植物纤维、植物淀粉、煤粉、焦炭粉、有机纤维、以及任何高温下可燃烧的(颗粒状及纤维状)物质中的任一种或两种以上的混合物；
上述实施例4～12中：步骤(a)中所述碳质还原剂可以为焦炭或煤或其它碳质材料(包括生物质材料)。
上述实施例4～12中：步骤(b)中所述无机粘结剂可以为水泥、黏土、以及污泥等中的任一种或两种以上的混合物，所述有机粘结剂可以为植物淀粉、纤维素、以及腐植酸等中的任一种或两种以上的混合物。
上述实施例4～12中：步骤(b)中所述造孔材料粉的用量可以为磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉(磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉即：磷矿石粉和硅质原料粉或磷矿石粉和钙质原料粉，后同)总质量的2％～15％中的任一数值。
上述实施例4～12中：步骤(a)中所述磷矿石可以为高、中、低品位磷矿中任何品位的磷矿石。
上述实施例中：所采用的各原料均为市售产品。
上述实施例中：所采用的百分比例中，未特别注明的，均为质量(重量)百分比例或本领域技术人员公知的百分比例；所述质量(重量)份可以均是克或千克。
上述实施例中：各步骤中的工艺参数(温度、时间、浓度等)和各组分用量数值等为范围的，任一点均可适用。
本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。
本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。
Claims (4)
1.一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，其特征是包括下列步骤：
a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将硅质原料或钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的硅质原料粉或钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；
所述硅质原料为硅石；
所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；
b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，硅质原料粉或者钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；
所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述硅质原料粉的用量以硅质原料粉中SiO2的物质的量计量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量；
所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.05%～1.5%；
以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6～7倍；
以SiO2计量的硅质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0.5～9倍，以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0.5～9倍；
所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉总质量的2%～15% ；
所述造孔材料为天然植物纤维、植物淀粉、煤粉、焦炭粉、有机纤维中的任一种或两种以上的混合物；
所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；
c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过3～6目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；
d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，硅质原料粉或钙质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；
e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在100℃～110℃温度下干燥6h～12h，得到球团；
f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以5℃/min～20℃/min的升温速度升温至1250℃～1400℃，并在1250℃～1400℃下保温煅烧3～5h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料。
2.按权利要求1所述窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，其特征是还包括下列步骤：
g、烧结处理：球团经保温煅烧后，再在1250℃～1500℃的烧结温度下，烧结10min～60min。
3.按权利要求1或2所述窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，其特征是：步骤（a）中所述碳质还原剂为焦炭或煤。
4.按权利要求1或2所述窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，其特征是：步骤（b）中所述无机粘结剂为水泥、黏土、以及污泥中的任一种或两种以上的混合物，所述有机粘结剂为植物淀粉、纤维素、以及腐植酸中的任一种或两种以上的混合物。
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