CN106669962B - 一种针对钙质或钙硅质磷矿的选矿方法、选矿系统及选矿系统的应用方法 - Google Patents

一种针对钙质或钙硅质磷矿的选矿方法、选矿系统及选矿系统的应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对含高镁或低镁的钙质或钙硅质磷矿提磷降钙回收镁的选矿方法，先将磷矿经多级预热处理后进行流态化焙烧，得到的磷矿焙烧粉料加水搅拌，消化处理后得到料浆；料浆分离得到底流和溢流，底流经过滤后得到磷精矿和滤液；磷矿含高镁时滤液与溢流合并再进行碳化热解处理以回收镁。本发明还公开了一种选矿系统，包括流态化焙烧系统、尾气净化系统和消化分离系统；流态化焙烧系统包括流态化焙烧分解炉、供料总成、悬浮预热总成、供气总成和燃烧总成；在针对高镁磷矿时还包含碳化热解系统。可以采用该选矿系统对磷矿进行悬浮预热、流态化焙烧分解、消化分离、碳化热解等处理。本发明具有高效、环保、节能、有价金属回收率高等优点。

Description

一种针对钙质或钙硅质磷矿的选矿方法、选矿系统及选矿系 统的应用方法
技术领域
本发明属于矿物加工技术领域，尤其涉及一种针对磷矿提磷降钙降镁的选矿方法和选矿系统及其使用方法。
背景技术
磷矿是一种重要的矿物资源，主要用于生产磷酸和磷肥及磷酸盐产品。随着富矿、易选矿的减少，开发利用难选碳酸盐磷矿就显得日益重要。碳酸盐型磷矿的主要杂质包括有机物、硅质物、白云石、方解石和铁铝质等，并且有用矿物磷灰石嵌布粒度低，单体解离困难，采用传统的浮选富集方法，磷的回收率低，选矿成本高。
随着我国磷矿资源被不断的开采和利用，高品位的磷矿资源正在枯竭。我国90％以上的磷矿品位低于24％，平均品位仅为17％，是世界上磷矿石平均品位低的国家之一。对于低品位的钙质或钙硅质磷矿，按照目前世界上的磷酸制备工艺，需经选矿才能利用。因此，开发经济高效的针对中低品位的钙质或钙硅质磷矿的选矿方法，已成为磷化工行业亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高效、低成本、环保绿色、节能降耗、有价金属回收率高、废物排放少的针对钙质或钙硅质磷矿的选矿方法、选矿系统及选矿系统的应用方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种针对钙质或钙硅质低镁磷矿提磷降钙的选矿方法，所述磷矿中氧化镁含量小于等于3％时，所述选矿方法包括以下步骤：
(1)将磷矿破碎粉磨成粒度为－100目，经多级预热处理后进行流态化焙烧，得到焙烧尾气和磷矿焙烧粉料；经多级预热处理后进行流态化焙烧，可使磷矿石中的碳酸钙、碳酸镁分解成CaO、MgO和CO2；
(2)将步骤(1)后得到的磷矿焙烧粉料加水搅拌，进行消化处理后得到含磷精矿的料浆；通过消化处理可使磷矿焙烧粉料中的CaO和MgO转变成Ca(OH)2和Mg(OH)2；
(3)将步骤(2)消化处理后得到的料浆分离得到底流和溢流，其中的Ca(OH)2和Mg(OH)2粒度细、质量轻，因而富集在溢流液中，磷矿则富集在底流中；所述底流经过滤后得到磷精矿和滤液；
(4)将步骤(3)后得到溢流送入浓密机加絮凝剂进行浓密沉降处理，得到底流和浓密溢流，所述底流经过滤机过滤得到滤渣和滤液。
上述的选矿方法，优选的，所述步骤(3)中得到的滤液返回步骤(2)作为消化用水。
上述的选矿方法，优选的，所述步骤(4)中得到的滤渣直接堆弃或作为建筑材料使用，所述步骤(4)中得到的滤液和浓密溢流返回所述步骤(2)作为消化用水。
作为一个总的技术构思，本发明还提供另一种针对含高镁的钙质或钙硅质磷矿提磷降钙回收镁的选矿方法，所述磷矿中氧化镁含量大于3％，包括以下步骤：
(1)将磷矿破碎粉磨成粒度为－100目，经多级预热处理后进行流态化焙烧，得到焙烧尾气和磷矿焙烧粉料；
(2)将步骤(1)后得到的磷矿焙烧粉料加水搅拌，进行消化处理后得到含磷精矿的料浆；
(3)将步骤(2)消化处理后得到的料浆分离得到底流和溢流，所述底流经过滤后得到的滤液与前述溢流合并为碳化前液；
(4)将所述碳化前液送入碳化塔，将CO2气体通入碳化塔中对碳化前液进行二级碳化处理，二级碳化得到的浆液经过滤得到固体碳酸钙滤渣，该滤渣可做为建筑材料进行利用，在碳化塔中镁以碳酸氢镁溶液的形式转入滤液；
(5)将步骤(4)所得到的滤液送入热解反应器中，通入蒸汽进行热解反应，含碳酸氢镁(Mg(HCO3)2)的滤液经热解得到含CO2的尾气和含固体碱式碳酸镁的浆液，得到的含固体碱式碳酸镁的浆液经过滤得到碱式碳酸镁滤饼和二次滤液，碱式碳酸镁滤饼经气流干燥后得到固体碱式碳酸镁成品。
上述的两种选矿方法，优选的，所述步骤(1)中，粉磨至－100目的磷矿粉经多级预热处理后温度达到600℃～850℃。
上述的两种选矿方法，优选的，所述步骤(1)中，多级预热处理为4级预热处理、5级预热处理或6级预热处理。
更优选的，当采用悬浮预热器进行4级预热处理时，第一级悬浮预热器出风口的压力控制为－3500Pa～－6000Pa，温度控制为300℃～400℃；第二级悬浮预热器出风口的压力控制为－3000Pa～－4500Pa，温度控制为400℃～500℃；第三级悬浮预热器出风口的压力控制为－2000Pa～－4500Pa，温度控制为600℃～800℃；第四级悬浮预热器出风口的压力控制为－1000Pa～－2500Pa，温度控制为600℃～950℃。
更优选的，当采用悬浮预热器进行5级预热处理时，第一级悬浮预热器出风口的压力控制为－4500Pa～－7500Pa，温度控制为200℃～350℃；第二级悬浮预热器出风口的压力控制为－3500Pa～－6000Pa，温度控制为300℃～400℃；第三级悬浮预热器出风口的压力控制为－3000Pa～－4500Pa，温度控制为400℃～700℃；第四级悬浮预热器出风口的压力控制为－2000Pa～－4500Pa，温度控制为600℃～800℃；第五级悬浮预热器出风口的压力控制为－1000Pa～－2500Pa，温度控制为600℃～950℃。
更优选的，当采用悬浮预热器进行6级预热处理时，第一级悬浮预热器出风口的压力控制为－5500Pa～－9000Pa，温度控制为150℃～250℃；第二级悬浮预热器出风口的压力控制为－4500Pa～－7500Pa，温度控制为200℃～350℃；第三级悬浮预热器出风口的压力控制为－3500Pa～－6000Pa，温度控制为300℃～400℃；第四级悬浮预热器出风口的压力控制为－3000Pa～－4500Pa，温度控制为400℃～700℃；第五级悬浮预热器出风口的压力控制为－2000Pa～－4500Pa，温度控制为600℃～800℃；第六级悬浮预热器出风口的压力控制为－1000Pa～－2500Pa，温度控制为600℃～950℃。
上述的两种选矿方法，优选的，所述步骤(1)中，所述流态化焙烧的气体进口压力控制为0Pa～—300Pa(以下流态化焙烧部分的压力均是指相对压力)，出口压力控制为—800Pa～—1200Pa，流态化焙烧的温度控制为700℃～1050℃；
上述的两种选矿方法，优选的，所述步骤(2)中，料浆的质量浓度为5～30％，消化处理的时间为10～120min。
特别的，在上述的第二种选矿方法中，优选的，所述步骤(1)得到的焙烧尾气经除尘、喷淋降温、增压(经增压后其压力优选为0.2-1.6MPa)浓密处理后得到清洁的富含CO2的气体，并将此气体作为所述步骤(4)中气源通入所述碳化塔中。
特别的，在上述的第二种选矿方法中，优选的，所述步骤(5)中得到的含CO2的尾气则返回至前述喷淋降温操作中进行冷却后循环利用。
特别的，在上述的第二种选矿方法中，优选的，所述二次滤液与喷淋降温过程产生的废水混合后返回至所述的步骤(2)做为消化用水。
特别的，在上述的第二种选矿方法中，优选的，所述步骤(4)中，二级碳化处理包括第一级常压碳化反应和第二级高压碳化反应，具体的：
a)所述CO2气体先进入碳化塔与第一级常压碳化处理所得的常压碳化浆液进行第二级高压碳化反应，产生的碳化废气与送入碳化塔的所述碳化前液进行第一级常压碳化反应后排空；
b)送入碳化塔的所述碳化前液与所述碳化废气进行第一级常压碳化反应后，得到的常压碳化浆液再与进入碳化塔的CO2气体进行第二级高压碳化反应。
在上述的第二种选矿方法中，更优选的，所述步骤(4)中，所述第一级常压碳化反应的压力控制在0.1-0.15MPa(以下碳化反应的压力均指绝对压力)，所述第二级高压碳化反应的压力控制在0.2-1.6MPa，每次碳化反应的碳化时间为10～300min，碳化温度为15℃～50℃。
在上述的第二种选矿方法中，优选的，所述步骤(5)中，热解反应的压力为常压，热解反应温度为50℃～100℃，热解时间为10～300min。
本发明是基于以下技术原理：在分选碳酸盐含量较多的矿物时，因磷酸钙与碳酸钙是性质相似的钙盐，采用一般的浮选选矿方法难以达到有效分离富集的目的，而采用焙烧-消化工艺处理，是除去碳酸盐杂质使磷矿品位得以提高的有效方法。焙烧-消化法是一种化学选矿方法，是在焙烧炉中，加热物料使碳酸盐分解磷酸盐不分解，除去其中的挥发性物质如结晶水、二氧化碳的过程，焙烧的目的是使含钙碳酸盐受热产生分解，生成活性氧化钙和氧化镁固体产物，氧化钙和氧化镁在下一步的消化过程中，与水作用生成的钙镁氢氧化钙、氢氧化镁与磷矿物分离达到磷矿物的富集。
本发明采用流态化焙烧分解炉-消化工艺，细粒磷矿与焙烧废气依次经过多级流态化预热器加热到碳酸盐分解温度进入流态化焙烧分解炉内进行反应，因粉状磷矿石比表面大，因此与焙烧废气间的传热速度大，可在几分钟内加热达碳酸盐分解温度，设备效率高，并且利用了分解炉产生的废气余热，节能效果显著。在分解炉内，磷矿石中碳酸钙、碳酸镁得以分解，矿石中的CaCO3分解经过高温分解成为CaO和CO2，MgCO3分解经过高温分解成为MgO和CO2。固体物料通过末级预热器固体物料出口端和收尘器出口端进入消化阶段，消化过程发生的反应如下：CaO+H2O＝Ca(OH)2，MgO+H2O＝Mg(OH)2。矿石经消化后，矿石中的CaO和MgO转变成Ca(OH)2和Mg(OH)2，与磷矿分离。经过旋流器分离得到磷矿精矿底流和溢流，溢流和底流过滤得到的滤液混合之后得到碳化前液，碳化前液中的Ca(OH)2与流态化焙烧生成的CO2气体发生碳化反应，生成碳酸钙沉淀，发生的反应如下：Ca(OH)2+CO2＝CaCO3↓+H2O。碳化前液中的Mg(OH)2与流态化焙烧生成的CO2气体发生反应，生成碳酸氢镁溶液，发生的反应如下：Mg(OH)2+2CO2＝Mg(HCO3)2。通过过滤将其中的碳酸钙与碳酸氢镁分离，很好的实现了碳化液的钙镁分离。将过滤得到的碳酸氢镁溶液经过热解得到碱式碳酸镁固体，经过滤和干燥得到成品固体碱式碳酸镁。
作为一个整体的技术构思，本发明还提供一种针对钙质或钙硅质低镁磷矿提磷降钙的选矿系统，所述选矿系统包括流态化焙烧系统、尾气净化系统和消化分离系统；所述的流态化焙烧系统包括流态化焙烧分解炉、供料总成、悬浮预热总成、供气总成和燃烧总成；所述流态化焙烧分解炉包括炉体，所述炉体的下部开设有进风口和进料口；所述进风口与燃烧总成相连通，所述供气总成连接燃烧总成，所述进料口与悬浮预热总成的出料口相连通；炉体的上部开设有出风口，所述出风口与悬浮预热总成的进风口相连通；所述悬浮预热总成的出风口与所述尾气净化系统相连通；所述悬浮预热总成的进料口与所述供料总成相连通。
作为一个整体的技术构思，本发明还提供另一种针对含高镁的钙质或钙硅质磷矿提磷降钙回收镁的选矿系统，所述选矿系统包括流态化焙烧系统、尾气净化系统、消化分离系统和碳化热解系统；所述的流态化焙烧系统包括流态化焙烧分解炉、供料总成、悬浮预热总成、供气总成和燃烧总成；所述流态化焙烧分解炉包括炉体，所述炉体的下部开设有进风口和进料口，所述进风口与燃烧总成相连通，所述供气总成连接燃烧总成，所述进料口与悬浮预热总成的出料口相连通；炉体的上部开设有出风口，所述出风口与悬浮预热总成的进风口相连通；所述悬浮预热总成的出风口与所述尾气净化系统相连通；所述悬浮预热总成的进料口与所述供料总成相连通。
上述的两种选矿系统中，优选的，所述进风口可以开设在炉体的底部(底部轴向进风式流态化焙烧分解炉)和/或下部侧面(下部侧面径向进风式流态化焙烧分解炉)。优选的，底部轴向进风式流态化焙烧分解炉的原理示意图如图1所示，热风由底部轴向进风口进入炉体，在炉筒一定高度内形成一股上升流，将炉体下部锥体的气体和进料口送入的粉料裹挟、喷射上去，形成许多由中心向边缘的漩涡，从而形成喷腾效应。气流的喷腾运动，造成由炉中心向边缘的旋回运动，在喷腾口，进入气流的料粉被气流吹起、悬浮，部分被直接抛向炉的周壁，部分随气流做旋回运动，部分到达炉体顶部被气流带出炉筒。由于炉体内喷腾效应的存在，使得炉内气流的平均含尘浓度大大增加，料粉在炉内的停留时间大幅度延长。优选的，下部侧面径向进风式流态化焙烧分解炉的原理示意图如图2所示，热风由底部侧边的径向进风口进入炉体，气流在下部形成涡流造成旋回运动，以切线方向入炉，在炉内旋回前进。入炉粉料被进入的气流吹起、悬浮，随气流做旋回上升运动。不断输入的气流将粉料持续推进，旋回上升前进最终在顶部侧边被气流带出炉筒。由于炉体内旋风效应的存在，使得炉内气流的平均含尘浓度增加，料粉在炉内的停留时间大幅度延长。旋回上升运动相比喷腾效应而言，物料在炉内停留时间相对较长，因此，更优选下部侧面径向进风的旋回运动式。本发明中还可采用底部轴向进风和径向进风混合使用形式。
上述的两种选矿系统中，优选的，所述悬浮预热总成包括依次排列的多级悬浮预热器和卸料阀，前一级的悬浮预热器的进风口与后一级的悬浮预热器的出风口相连，最后一级的悬浮预热器的进风口与所述流态化焙烧分解炉的出风口相连通，第一级悬浮预热器的出风口与所述尾气净化系统相通；
前一级的悬浮预热器的出料口通过管道与后一级的悬浮预热器的进料口相连通，倒数第二级悬浮预热器的出料口通过管道与所述流态化焙烧分解炉的进料口相连通，最后一级的悬浮预热器的出料口设有卸料阀，所述卸料阀的出口端与所述消化分离系统相连。
上述的两种选矿系统中，更优选的，所述悬浮预热器共设有4级、5级或6级。最后一级悬浮预热器可优选设置在流态化焙烧分解炉之后，即流态化焙烧分解炉设置在最后一级与倒数第二级悬浮预热器之间；这样最后一级悬浮预热器的主要作用有两个，一是将分解炉焙烧好的固体粉料与热风在悬浮预热器的旋风筒中通过旋风离心分离，固体粉料经下部出料口的锁风阀送入消化工段，第二个作用是经旋风筒分离后的热风在出风管道中将倒数第三级悬浮预热器出来的固体物料加热，起到预热的目的。最后一级之前的多级悬浮预热器在管道和旋风筒中均对物料进行加热，旋风筒同时还起到气固分离的作用；但与前面多级悬浮预热器不同的是，最后一级悬浮预热器对物料的预热过程主要在热风的出风管道中进行，旋风筒主要起分离作用。
上述的两种选矿系统中，优选的，所述供料总成包括提升输送装置、给料仓和给料机，所述给料仓的入口端与提升输送装置相连通，给料仓的出口端通过给料机与所述悬浮预热总成中第一级悬浮预热器的进料口相连通。
上述的两种选矿系统中，优选的，所述供气总成包括鼓风机，所述燃烧总成包括热风炉和烧嘴，所述烧嘴装设于热风炉中，所述热风炉的出口端与流态化焙烧分解炉的进风口相连，所述烧嘴与供气总成的鼓风机相连。
上述的两种选矿系统中，优选的，所述消化分离系统包括消化槽、水力旋流器、一级过滤机、浓密机和二级过滤机，所述消化槽的进料端与所述流态化焙烧系统(具体是悬浮预热总成中最后一级的悬浮预热器)的出料端以及尾气净化系统中收尘器的出料口相连，所述消化槽的出料端与水力旋流器的进料口通过泵相连，所述水力旋流器为一级水力旋流器或两级水力旋流器，所述水力旋流器的底流出液口通过泵与一级过滤机的进料端相连；所述水力旋流器的溢流出液口与所述浓密机的进液口相连，浓密机的溢流出液口与消化槽的进液口相连，浓密机的底流出液口通过泵与二级过滤机的进液端相连，二级过滤机的滤液出口与消化槽的进液口相连。
上述的第一种选矿系统中，优选的，所述尾气净化系统包括收尘器、离心风机和排气筒；所述收尘器的出料口与所述消化分离系统的消化槽进料口通过管道相连，所述离心风机的进风口通过收尘器与悬浮预热总成中第一级悬浮预热器的出风口相连，所述离心风机的出口端分成两路，一路与排气筒相连，另一路通过引风机与所述燃烧总成的热风炉相连。
上述的第二种选矿系统中，优选的，所述尾气净化系统包括收尘器、离心风机、喷淋降温塔、气水分离器、空气压缩机和压缩气体储罐；所述收尘器的出料口与消化分离系统的消化槽进料口通过管道相连，所述离心风机的进风口通过收尘器与悬浮预热总成中第一级悬浮预热器的出风口相连，所述离心风机的出口端分成两路，一路通过引风机与所述燃烧总成的热风炉相连，另一路通过依次所述喷淋降温塔、气水分离器、空气压缩机、压缩气体储罐与所述碳化热解系统相连。
上述的第二种选矿系统中，优选的，所述碳化热解系统包括常压碳化塔、高压碳化塔、一级过滤器、热解反应器、二级过滤器和干燥机；所述高压碳化塔的进料端通过常压碳化塔与碳化前液储槽的出料端相连，所述常压碳化塔的进风口通过高压碳化塔与一净化压缩尾气缓冲罐的出气口相连；所述热解反应器的进液口通过一级过滤器与高压碳化塔的出料端相连，所述热解反应器的出液口通过二级过滤器与干燥机的进料端相连；所述二级过滤器的滤液出液端与消化分离系统的进液端通过泵相连。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种利用上述第一种选矿系统对钙质或钙硅质低镁磷矿提磷降钙的方法，包括以下步骤：
(1)将燃料与空气通入安装在所述燃烧总成的热风炉上的烧嘴并在热风炉中燃烧，控制燃烧的空气过剩系数为1.0～1.3，使出热风炉的气体的温度达到700℃～1000℃，然后将气体从流态化焙烧分解炉的底部纵向和下部侧面径向通入作为流态化焙烧分解炉的热源；
(2)对磷矿石进行细磨，优选磨至80％过100目筛后通过供料总成的提升输送装置提升至悬浮预热总成上部的给料仓，再通过供料总成的给料机喂入悬浮预热总成中的第一级悬浮预热器中，在第一级悬浮预热器的上升管道与悬浮预热器内进行充分热交换并把气体和矿粉颗粒分离，第一级悬浮预热器的出料口通过管路与第二级悬浮预热器的进风口相连，矿粉进入第二级悬浮预热器后进行第二次热交换和分离，依此类推，依次经过多级悬浮预热器预热至600℃～850℃后进入到流态化焙烧分解炉中进行反应；
(3)控制流态化焙烧分解炉中的温度为700℃～1050℃，使得进入流态化焙烧分解炉的磷矿中碳酸钙和碳酸镁分解成CaO、MgO和CO2，分解后的磷矿石粉料经最后一级的悬浮预热器的出料口排出，焙烧后的熟料送入消化分离系统的消化槽中进行消化，使磷矿焙烧粉料中的CaO和MgO转变成含有Ca(OH)2和Mg(OH)2的料浆；流态化焙烧分解炉排出的气体经过各级悬浮预热器热交换和尾气净化系统的收尘器除尘后，一部分返回所述热风炉再加热后送回流态化焙烧分解炉循环使用，一部分通过排气筒直接排空；
(4)经消化分离系统消化完毕的料浆由水力旋流器分离后，得到的底流经过滤得到滤饼，即为磷精矿；溢流送入浓密机加絮凝剂进行浓密沉降处理，得到底流和浓密溢流，该底流经过滤机过滤得到滤渣和滤液，该滤液和浓密溢流返回至所述消化槽作为消化用水。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种利用上述第二种选矿系统选矿系统对含高镁的钙质或钙硅质磷矿提磷降钙回收镁的方法，包括以下步骤：
(1)将燃料与空气通入安装在所述燃烧总成的热风炉上的烧嘴并在热风炉中燃烧，控制燃烧的空气过剩系数为1.0～1.3，使出热风炉的气体的温度达到700℃～1000℃，然后将这种气体从流态化焙烧分解炉的底部纵向和下部侧面径向通入作为流态化焙烧分解炉的热源；
(2)对磷矿石进行细磨，优选磨至80％过100目筛后通过供料总成的提升输送装置提升至所述悬浮预热总成上部的给料仓，再通过所述供料总成的给料机喂入悬浮预热总成中第一级悬浮预热器中，在第一级悬浮预热器的上升管道与悬浮预热器内进行充分热交换并把气体和矿粉颗粒分离，第一级悬浮预热器的出料口通过管路与第二级悬浮预热器的进风口相连，矿粉进入第二级悬浮预热器后进行第二次热交换和分离，依此类推，依次经过多级悬浮预热器预热至600℃～850℃后进入到流态化焙烧分解炉中进行反应；
(3)控制所述流态化焙烧分解炉中温度为700℃～1050℃，使得进入焙烧炉的磷矿中碳酸钙和碳酸镁分解成CaO、MgO和CO2，分解后的磷矿石粉料经最后一级的悬浮预热器的出料口排出，焙烧后的熟料送入所述消化分离系统的消化槽中进行消化，使磷矿焙烧粉料中的CaO和MgO转变成含有Ca(OH)2和Mg(OH)2的料浆；经过各级悬浮预热器热交换和所述尾气净化系统的收尘器除尘后，一部分返回所述热风炉再加热后送回流态化焙烧分解炉作为工艺需要的热气体循环使用，一部分通过喷淋降温塔、气水分离器、空气压缩机、压缩气体储罐送入所述碳化热解系统；
(4)经消化分离系统消化完毕的料浆再由水力旋流器分离后，得到的底流经过滤得到的滤饼即为磷精矿；水力旋流器的溢流与底流经过滤机过滤得到的滤液混合成碳化前液送入所述碳化热解系统；
(5)经增压浓密后得到的CO2气体先进入碳化热解系统的高压碳化塔与常压碳化塔中所得浆液进行碳化反应，产生的碳化废气进入常压碳化塔与碳化前液进行碳化反应，得到的第一级常压碳化废气直接排空；碳化前液先与高压碳化塔中得到的气体进行一级常压碳化，得到的常压碳化的浆液再与浓密的CO2气体进行第二级高压碳化，两次碳化之后得到的浆液进行过滤，得到主要成分为固体碳酸钙的滤渣，过滤得到的含Mg(HCO3)2的滤液送入碳化热解系统的热解反应器中进行热解反应；
(6)含Mg(HCO3)2的滤液在50℃-100℃条件下热解得到CO2气体和含固体碱式碳酸镁的浆液，得到的CO2气体通过所述尾气净化系统的喷淋降温塔返回至气体净化压缩工段；得到的含固体碱式碳酸镁的浆液经过滤得到碱式碳酸镁滤饼，得到的滤液返回至所述消化槽做为消化用水循环使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明的选矿方法，采用流态化焙烧方式，该焙烧方式将焙烧物料以流态化方式悬浮在反应器中，由于热交换面积大，传热速率快，同时焙烧物料直径小，传质速度快，能使物料的焙烧过程在几分钟内完成，大大提高了反应器的效率。
2.本发明优选的技术方案中，节能效果显著。同时焙烧出来的物料粒径小，使后续的消化反应过程易于进行。同时在流态化焙烧前增加了悬浮预热处理，利用反应器出来废气的余热将被焙烧物料迅速加热到焙烧温度，一方面节省了能耗，另一方面保证了进反应器的物料达到了焙烧温度，确保了焙烧反应能顺利进行。
3.本发明优选的技术方案中，不仅磷回收率高，P2O5收率可达到80％以上，同时碳酸盐含量相对较高的磷矿，经过本工艺处理之后，磷精矿中CaCO3和MgCO3含量得到显著降低，从而大大提高其利用价值，而且废水全部回收利用，并得到副产品碱式碳酸镁固体，副产的固体轻质碳酸钙含量为75％以上的滤渣可作为建筑材料进行利用；无其它废渣产生，工艺清洁、环保、节能。
4.本发明的选矿系统是针对流态化焙烧-消化工艺，结合了流态化焙烧分解炉、悬浮预热器和消化槽等装置而成，结构简单紧凑，操作简便，不仅大大提高了选矿的效果，节省了工艺处理时间，而且矿物处理量大，能耗低，投资低，成本低廉，具有很好的经济实用性，适用于大规模工业化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中底部轴向进风式流态化焙烧分解炉的原理示意图。
图2为本发明中下部侧面径向进风式流态化焙烧分解炉原理示意图。
图3为本发明实施例1中选矿方法的工艺流程简图。
图4为本发明实施例1中选矿系统的工作原理图。
图5为本发明实施例2、3中选矿方法的工艺流程简图。
图6为本发明实施例2中选矿系统的工作原理图。
图7为本发明实施例3中选矿系统的工作原理图。
图例说明：
1、流态化焙烧分解炉；111、炉体；112、进风口；113、进料口；114、出风口；2、悬浮预热器；211、第一级悬浮预热器；212、第二级悬浮预热器；213、第三级悬浮预热器；214、第四级悬浮预热器；215、第五级悬浮预热器；3、卸料阀；4、提升输送装置；5、给料仓；6、给料机；7、鼓风机；8、热风炉；9、烧嘴；10、引风机；11、收尘器；12、离心风机；13、排气筒；14、消化槽；15、水力旋流器；16、一级过滤机；17、浓密机；18、二级过滤机；21、喷淋降温塔；22、气水分离器；23、空气压缩机；24、压缩气体储罐；25、二级过滤器；26、碳化前液储槽；27、常压碳化塔；28、高压碳化塔；29、一级过滤器；30、热解反应器。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种如图3所示本发明的针对钙质或钙硅质低镁磷矿提磷降钙的选矿系统，包括流态化焙烧系统、尾气净化系统和消化分离系统；流态化焙烧系统包括流态化焙烧分解炉1、供料总成、悬浮预热总成、供气总成和燃烧总成；流态化焙烧分解炉1包括炉体111，炉体111的下部开设有进风口112和进料口113；进风口112与燃烧总成相连通，供气总成连接燃烧总成，进料口113与悬浮预热总成的出料口相连通；炉体111的上部开设有出风口114，出风口114与悬浮预热总成的进风口相连通；悬浮预热总成的出风口与尾气净化系统相连通；悬浮预热总成的进料口与供料总成相连通。本实施例中炉体111的进风口112采用底部轴向进风和径向进风混合使用形式。
本实施例中的悬浮预热器总成包括悬浮预热器2和(锁风)卸料阀3。本实施例中的悬浮预热器2共设有5级，其中，第一级悬浮预热器211的进料口通过管道与供料总成和第二级悬浮预热器212的出风口相连通；第一级悬浮预热器211的出风口与尾气净化系统相通；第二级悬浮预热器212的进料口通过管道与第一级悬浮预热器211的出料口和第三级悬浮预热器213的出风口相连通；第三级悬浮预热器213的进料口通过管道与第二级悬浮预热器212的出料口和第四级悬浮预热器214的出风口相连通；第四级悬浮预热器214的进料口通过管道与第三级悬浮预热器213的出料口和第五级悬浮预热器215的出风口相连通；第四级悬浮预热器214的出料口通过管道与流态化焙烧分解炉1的进料口113相连通；第五级悬浮预热器215的进料口通过管道与流态化焙烧分解炉1的出风口114相连通；第五级悬浮预热器215的出风口通过管道与第三级悬浮预热器213的出料口相连通后接入第四级悬浮预热器214的进料口。第五级悬浮预热器215的出料口设有卸料阀3，卸料阀3的出口端与消化分离系统通过管道相连通。
本实施例中的供料总成包括提升输送装置4、给料仓5和给料机6，给料仓5的入口端与提升输送装置4相连通，给料仓5的出口端通过给料机6与悬浮预热总成中第一级悬浮预热器211的进料口相连通。
本实施例中的供气总成包括鼓风机7和引风机10，燃烧总成包括热风炉8和烧嘴9，烧嘴9装设于热风炉8中，热风炉8的出口端与流态化焙烧分解炉1的进风口112相连，烧嘴9与供气总成的鼓风机7相连，引风机10与热风炉8相连。引风机10的作用是将净化后的一部分热风引回到热风炉8进行配风，实现热量的回收利用。
本实施例中的尾气净化系统包括收尘器11、离心风机12和排气筒13；收尘器11的出料口与消化分离系统的消化槽14的进料口通过管道相连，离心风机12的进风口通过收尘器11与悬浮预热总成中第一级悬浮预热器211的出风口相连，离心风机12的出口端分成两路，一路与排气筒13相连，另一路通过引风机10与燃烧总成的热风炉8相连。
本实施例中的消化分离系统包括消化槽14、水力旋流器15、一级过滤机16、浓密机17和二级过滤机18，消化槽14的进料端与流态化焙烧系统(具体是悬浮预热总成中第五级悬浮预热器215)的出料端以及尾气净化系统中收尘器11的出料口相连，消化槽14的出料端与水力旋流器15的进料口通过泵相连，水力旋流器15为一级水力旋流器，水力旋流器15的底流出液口通过泵与一级过滤机16的进料端相连；水力旋流器15的溢流出液口与浓密机17的进液口相连，浓密机17的溢流出液口与消化槽14的进液口相连，浓密机17的底流出液口通过泵与二级过滤机18的进液端相连，二级过滤机18的滤液出口与消化槽14的进液口相连。
如图4所示，一种利用本实施例上述的选矿系统对钙质或钙硅质低镁磷矿提磷降钙的选矿方法，该方法包括以下步骤：
(1)将燃料与空气通入安装在燃烧总成的热风炉8上的烧嘴9并在热风炉8中燃烧，控制燃烧的空气过剩系数为1.05，使出热风炉8的气体的温度达到950℃，然后将气体从流态化焙烧分解炉1的底部纵向和下部侧面径向通入作为流态化焙烧分解炉1的热源；
(2)对磷矿石进行细磨，磨至80％过100目筛后通过供料总成的提升输送装置4提升至悬浮预热总成上部的给料仓5，再通过供料总成的给料机6喂入悬浮预热总成中的第一级悬浮预热器211中，在第一级悬浮预热器211的上升管道与悬浮预热器内进行充分热交换并把气体和矿粉颗粒分离，第一级悬浮预热器211的出料口通过管路与第二级悬浮预热器212的进风口相连，矿粉进入第二级悬浮预热器212后进行第二次热交换和分离，依此类推，第一级悬浮预热器211出风口的压力控制为－5500Pa，温度控制为350℃；第二级悬浮预热器212出风口的压力控制为－4500Pa，温度控制为400℃；第三级悬浮预热器213出风口的压力控制为－3500Pa，温度控制为650℃；第四级悬浮预热器出风口的压力控制为－2500Pa，温度控制为800℃；第五级悬浮预热器出风口的压力控制为－1000Pa，温度控制为900℃；矿粉依次经过五级悬浮预热器预热8min至900℃；后进入到流态化焙烧分解炉1中进行反应；
(3)控制流态化焙烧分解炉1中的温度为950℃，流态化焙烧分解炉1的气体进口压力控制为0Pa，出口压力控制为—800Pa，使得进入流态化焙烧分解炉1的磷矿中碳酸钙和碳酸镁分解成CaO、MgO和CO2，分解后的磷矿石粉料经第五级悬浮预热器215的出料口排出，焙烧后的熟料送入消化分离系统的消化槽14中进行消化；
(4)将得到的磷矿焙烧粉料加水配成质量浓度为20％的料浆，搅拌速度为100r/min，进行消化处理10min，使磷矿焙烧粉料中的CaO和MgO转变成含有Ca(OH)2和Mg(OH)2的料浆；
(5)流态化焙烧分解炉1排出的气体经过各级悬浮预热器2热交换和尾气净化系统的收尘器11除尘后，一部分返回热风炉8再加热后送回流态化焙烧分解炉1循环使用，一部分通过排气筒13直接排空；
(6)经消化分离系统消化完毕的料浆由水力旋流器15分离后，得到的底流经过滤得到滤饼，即为磷精矿；溢流送入浓密机17加絮凝剂进行浓密沉降处理，得到底流和浓密溢流，该底流经二级过滤机18过滤得到滤渣和滤液，该滤液和浓密溢流返回至消化槽14作为消化用水。
实施例2：
一种如图5所示本发明的含高镁的钙质或钙硅质磷矿提磷降钙回收镁的选矿系统，该选矿系统包括流态化焙烧系统、尾气净化系统、消化分离系统和碳化热解系统。
本实施例中的流态化焙烧系统包括流态化焙烧分解炉1、供料总成、悬浮预热总成、供气总成和燃烧总成；流态化焙烧分解炉1包括炉体111，炉体111的下部开设有进风口112和进料口113；进风口112与燃烧总成相连通，供气总成连接燃烧总成，进料口113与悬浮预热总成的出料口相连通；炉体111的上部开设有出风口114，出风口114与悬浮预热总成的进风口相连通；悬浮预热总成的出风口与尾气净化压缩系统相连通；悬浮预热总成的进料口与供料总成相连通。本实施例中进风口112采用底部轴向进风和径向进风混合使用形式。
本实施例中的悬浮预热器总成包括悬浮预热器2和(锁风)卸料阀3。本实施例中的悬浮预热器2共设有4级，其中，第一级悬浮预热器211的进料口通过管道与供料总成和第二级悬浮预热器212的出风口相连通；第一级悬浮预热器211的出风口与尾气净化系统相通；第二级悬浮预热器212的进料口通过管道与第一级悬浮预热器211的出料口和第三级悬浮预热器213的出风口相连通；第三级悬浮预热器213的进料口通过管道与第二级悬浮预热器212的出料口和第四级悬浮预热器214的出风口相连通；第三级悬浮预热器213的出料口通过管道与流态化焙烧分解炉1的进料口113相连通；第四级悬浮预热器214的进料口通过管道与流态化焙烧分解炉1的出风口114相连通；第四级悬浮预热器214的出风口通过管道与第二级悬浮预热器212的出料口相连通后接入第三级悬浮预热器213的进料口。第四级悬浮预热器214的出料口设有卸料阀3，卸料阀3的出口端与消化分离系统通过管道相连通。
本实施例中的供料总成包括提升输送装置4、给料仓5和给料机6，给料仓5的入口端与提升输送装置4相连通，给料仓5的出口端通过给料机6与悬浮预热总成中第一级悬浮预热器211的进料口相连通。
本实施例中的供气总成包括鼓风机7和引风机10，燃烧总成包括热风炉8和烧嘴9，烧嘴9装设于热风炉8中，热风炉8的出口端与流态化焙烧分解炉1的进风口112相连，烧嘴9与供气总成的鼓风机7相连，引风机10与热风炉8相连。引风机10的作用是将净化后的一部分热风引回到热风炉8进行配风，实现热量的回收利用。
本实施例中的尾气净化压缩系统包括收尘器11、离心风机12、喷淋降温塔21、气水分离器22、空气压缩机23、压缩气体储罐24。收尘器11的出料口与消化分离系统的消化槽14的进料口通过管道相连，离心风机12的进风口通过收尘器11与悬浮预热总成中第一级悬浮预热器211的出风口相连，离心风机12的出口端分成两路，一路通过引风机10与燃烧总成的热风炉8相连，另一路通过喷淋降温塔21、气水分离器22、空气压缩机23和压缩气体储罐24与碳化热解系统相连。
本实施例中的消化分离系统包括消化槽14、水力旋流器15、一级过滤机16，消化槽14的进料端与流态化焙烧系统的出料端以及尾气净化系统中收尘器11的出料口相连，消化槽14的出料端与水力旋流器15的进料口通过泵相连，水力旋流器15为一级水力旋流器，水力旋流器15的底流出液口通过泵与一级过滤机16的进料端相连。
本实施例中碳化热解系统包括碳化前液储槽26、常压碳化塔27、高压碳化塔28、一级过滤器29、热解反应器30、二级过滤器25和干燥机(图中未示出)；高压碳化塔28的进料端通过常压碳化塔27与碳化前液储槽26的出料端相连，常压碳化塔27的进风口通过高压碳化塔28与压缩气体储罐24的出气口相连。热解反应器30的进液口通过一级过滤器29与高压碳化塔28的出料端相连，热解反应器30的出液口通过二级过滤器25、输送机与干燥机的进料端相连；二级过滤器25的滤液出液端与消化分离系统的消化槽14的进液端相连。
如图5、图6所示，一种利用本实施例上述的选矿系统对含高镁的钙质或钙硅质磷矿提磷降钙回收镁的选矿方法，该方法包括以下步骤：
(1)将燃料与空气通入安装在燃烧总成的热风炉8上的烧嘴9并在热风炉8中燃烧，控制燃烧的空气过剩系数为1.05，使出热风炉8的气体的温度达到800℃，然后将气体从流态化焙烧分解炉1的底部纵向和下部侧面径向通入作为流态化焙烧分解炉1的热源。
(2)对磷矿石进行细磨，磨至80％过100目筛后通过供料总成的提升输送装置4提升至悬浮预热总成上部的给料仓5，再通过供料总成的给料机6喂入悬浮预热总成中的第一级悬浮预热器211中，在第一级悬浮预热器211的上升管道与悬浮预热器内进行充分热交换并把气体和矿粉颗粒分离，第一级悬浮预热器211的出料口通过管路与第二级悬浮预热器212的进风口相连，矿粉进入第二级悬浮预热器212后进行第二次热交换和分离，依此类推，第一级悬浮预热器211出风口的压力控制为－4500Pa，温度控制为400℃；第二级悬浮预热器212出风口的压力控制为－3000Pa，温度控制为500℃；第三级悬浮预热器213出风口的压力控制为－3500Pa，温度控制为700℃；第四级悬浮预热器214出风口的压力控制为-1200Pa，温度控制为780℃；矿粉依次经过四级悬浮预热器预热6min至780℃；后进入到流态化焙烧分解炉1中进行反应。
(3)控制流态化焙烧分解炉1中的温度为800℃，流态化焙烧分解炉1的气体进口压力控制为-200Pa，出口压力控制为—1100Pa，使得进入流态化焙烧分解炉1的磷矿中碳酸钙和碳酸镁分解成CaO、MgO和CO2，分解后的磷矿石粉料经第四级悬浮预热器214的出料口排出，焙烧后的熟料送入消化分离系统的消化槽14中进行消化。
(4)将得到的磷矿焙烧粉料加水配成质量浓度为20％的料浆，搅拌速度为100r/min，进行消化处理10min，使磷矿焙烧粉料中的CaO和MgO转变成含有Ca(OH)2和Mg(OH)2的料浆。
(5)将步骤(4)消化处理后得到的料浆使用水力旋流器15进行分离得到底流和溢流，底流经一级过滤机16过滤后得到磷精矿和滤液，溢流与底流滤液在碳化前液储槽26中混合成碳化前液进入碳化工序。
(6)将步骤(2)后得到的焙烧尾气经过收尘器11、离心风机12、喷淋降温塔21、气水分离器22的净化处理，再经空气压缩机23、压缩气体储罐24增压至压力为0.8MPa(绝对压力，以下同)；加压后的富含CO2的气体送入高压碳化塔28中与从常压碳化塔27送过来的浆液进行高压碳化反应(碳化压力为0.8MPa)，高压碳化的废气再送入常压碳化塔27与送入的碳化前液进行碳化反应(碳化压力0.1MPa)，常压碳化废气直接排空。碳化反应的碳化时间为30min，碳化温度为25℃。
两级碳化之后得到的料浆经一级过滤器29进行过滤，得到滤液和滤渣，滤渣为轻质碳酸钙含量为75％的固体。滤液在热解反应器30中经70℃温度热解120min得到含固体碱式碳酸镁的热解浆液，将热解浆液再在二级过滤器25中进行过滤，得到滤液和滤饼，滤饼经输送机、干燥机干燥后得到固体碱式碳酸镁。
上述实施例的磷矿原矿、水力旋流器溢流、磷矿精矿的化学成分分析如表1所示：
表1：实施例2物料化学成分分析
由表1中分析结果可见，经过本发明的选矿方法处理之后，矿石中P2O5含量由原矿中的16.51％提高到26.72％，P2O5回收率可达80.22％。矿石CaO/P2O5质量比由2.08降至1.56，非常适合作为窑法磷酸工艺的原料。同时MgO的回收率达到52％，并得到高附加值的碱式碳酸镁产品。
通过实施本技术，可以将富含钙、镁的低品位磷矿选别成符合窑法磷酸工艺要求的磷原料，同时副产碱式碳酸镁，经济效益显著。
实施例3：
一种如图7所示本发明的含高镁的钙质或钙硅质磷矿提磷降钙回收镁的选矿系统，该选矿系统包括流态化焙烧系统、尾气净化系统、消化分离系统和碳化热解系统。
本实施例中的流态化焙烧系统包括流态化焙烧分解炉1、供料总成、悬浮预热总成、供气总成和燃烧总成；流态化焙烧分解炉1包括炉体111，炉体111的下部开设有进风口112和进料口113；进风口112与燃烧总成相连通，供气总成连接燃烧总成，进料口113与悬浮预热总成的出料口相连通；炉体111的上部开设有出风口114，出风口114与悬浮预热总成的进风口相连通；悬浮预热总成的出风口与尾气净化压缩系统相连通；悬浮预热总成的进料口与供料总成相连通。本实施例中进风口112采用底部轴向进风和径向进风混合使用形式。
本实施例中的悬浮预热器总成包括悬浮预热器2和(锁风)卸料阀3。本实施例中的悬浮预热器2共设有5级，其中，第一级悬浮预热器211的进料口通过管道与供料总成和第二级悬浮预热器212的出风口相连通；第一级悬浮预热器211的出风口与尾气净化系统相通；第二级悬浮预热器212的进料口通过管道与第一级悬浮预热器211的出料口和第三级悬浮预热器213的出风口相连通；第三级悬浮预热器213的进料口通过管道与第二级悬浮预热器212的出料口和第四级悬浮预热器214的出风口相连通；第四级悬浮预热器214的进料口通过管道与第三级悬浮预热器213的出料口和第五级悬浮预热器215的出风口相连通；第四级悬浮预热器214的出料口通过管道与流态化焙烧分解炉1的进料口113相连通；第五级悬浮预热器215的进料口通过管道与流态化焙烧分解炉1的出风口114相连通；第五级悬浮预热器215的出风口通过管道与第三级悬浮预热器213的出料口相连通后接入第四级悬浮预热器214的进料口。第五级悬浮预热器215的出料口设有卸料阀3，卸料阀3的出口端与消化分离系统通过管道相连通。
本实施例中的供料总成包括提升输送装置4、给料仓5和给料机6，给料仓5的入口端与提升输送装置4相连通，给料仓5的出口端通过给料机6与悬浮预热总成中第一级悬浮预热器211的进料口相连通。
本实施例中的供气总成包括鼓风机7和引风机10，燃烧总成包括热风炉8和烧嘴9，烧嘴9装设于热风炉8中，热风炉8的出口端与流态化焙烧分解炉1的进风口112相连，烧嘴9与供气总成的鼓风机7相连，引风机10与热风炉8相连。引风机10的作用是将净化后的一部分热风引回到热风炉8进行配风，实现热量的回收利用。
本实施例中的尾气净化压缩系统包括收尘器11、离心风机12、喷淋降温塔21、气水分离器22、空气压缩机23、压缩气体储罐24。收尘器11的出料口与消化分离系统的消化槽14的进料口通过管道相连，离心风机12的进风口通过收尘器11与悬浮预热总成中第一级悬浮预热器211的出风口相连，离心风机12的出口端分成两路，一路通过引风机10与燃烧总成的热风炉8相连，另一路通过喷淋降温塔21、气水分离器22、空气压缩机23和压缩气体储罐24与碳化热解系统相连。
本实施例中的消化分离系统包括消化槽14、水力旋流器15、一级过滤机16，消化槽14的进料端与流态化焙烧系统的出料端以及尾气净化系统中收尘器11的出料口相连，消化槽14的出料端与水力旋流器15的进料口通过泵相连，水力旋流器15为一级水力旋流器，水力旋流器15的底流出液口通过泵与一级过滤机16的进料端相连。
本实施例中碳化热解系统包括碳化前液储槽26、常压碳化塔27、高压碳化塔28、一级过滤器29、热解反应器30、二级过滤器25和干燥机(图中未示出)；高压碳化塔28的进料端通过常压碳化塔27与碳化前液储槽26的出料端相连，常压碳化塔27的进风口通过高压碳化塔28与压缩气体储罐24的出气口相连。热解反应器30的进液口通过一级过滤器29与高压碳化塔28的出料端相连，热解反应器30的出液口通过二级过滤器25、输送机与干燥机的进料端相连；二级过滤器25的滤液出液端与消化分离系统的消化槽14的进液端相连。
如图5、图7所示，一种利用本实施例上述的选矿系统对含高镁的钙质或钙硅质磷矿提磷降钙回收镁的选矿方法，该方法包括以下步骤：
(1)将燃料与空气通入安装在燃烧总成的热风炉8上的烧嘴9并在热风炉8中燃烧，控制燃烧的空气过剩系数为1.05，使出热风炉8的气体的温度达到850℃，然后将气体从流态化焙烧分解炉1的底部纵向和下部侧面径向通入作为流态化焙烧分解炉1的热源。
(2)对磷矿石进行细磨，磨至80％过100目筛后通过供料总成的提升输送装置4提升至悬浮预热总成上部的给料仓5，再通过供料总成的给料机6喂入悬浮预热总成中的第一级悬浮预热器211中，在第一级悬浮预热器211的上升管道与悬浮预热器内进行充分热交换并把气体和矿粉颗粒分离，第一级悬浮预热器211的出料口通过管路与第二级悬浮预热器212的进风口相连，矿粉进入第二级悬浮预热器212后进行第二次热交换和分离，依此类推，第一级悬浮预热器211出风口的压力控制为－5500Pa，温度控制为300℃；第二级悬浮预热器212出风口的压力控制为－4500Pa，温度控制为400℃；第三级悬浮预热器213出风口的压力控制为－3500Pa，温度控制为600℃；第四级悬浮预热器出风口的压力控制为－2500Pa，温度控制为750℃；第五级悬浮预热器出风口的压力控制为-1500Pa，温度控制为850℃，矿粉依次经过四级悬浮预热器预热8min至850℃；后进入到流态化焙烧分解炉1中进行反应。
(3)控制流态化焙烧分解炉1中的温度为850℃，流态化焙烧分解炉1的气体进口压力控制为—100Pa，出口压力控制为—900Pa，使得进入流态化焙烧分解炉1的磷矿中碳酸钙和碳酸镁分解成CaO、MgO和CO2，分解后的磷矿石粉料经第五级悬浮预热器215的出料口排出，焙烧后的熟料送入消化分离系统的消化槽14中进行消化。
(4)将得到的磷矿焙烧粉料加水配成质量浓度为20％的料浆，搅拌速度为100r/min，进行消化处理30min，使磷矿焙烧粉料中的CaO和MgO转变成含有Ca(OH)2和Mg(OH)2的料浆。
(5)将步骤(4)消化处理后得到的料浆使用水力旋流器15进行分离得到底流和溢流，底流经一级过滤机16过滤后得到磷精矿和滤液，溢流与底流滤液在碳化前液储槽26中混合成碳化前液进入碳化工序。
(6)将步骤(2)后得到的焙烧尾气经过收尘器11、离心风机12、喷淋降温塔21、气水分离器22的净化处理，再经空气压缩机23、压缩气体储罐24增压至压力为1.0MPa(绝对压力，以下同)；加压后的富含CO2的气体送入高压碳化塔28中与从常压碳化塔27送过来的浆液进行高压碳化反应(碳化压力为0.8MPa)，高压碳化的废气再送入常压碳化塔27与送入的碳化前液进行碳化反应(碳化压力0.1MPa)，常压碳化废气直接排空。碳化反应的碳化时间为30min，碳化温度为25℃。
两级碳化之后得到的料浆经一级过滤器29进行过滤，得到滤液和滤渣，滤渣为轻质碳酸钙含量为75％的固体。滤液在热解反应器30中经100℃温度热解30min得到含固体碱式碳酸镁的热解浆液，将热解浆液再在二级过滤器25中进行过滤，得到滤液和滤饼，滤饼经输送机、干燥机干燥后得到固体碱式碳酸镁。
上述实施例中磷矿原矿、水力旋流器溢流、磷矿精矿的化学成分分析如表2所示：
表2：实施例3物料化学成分分析
由表2中分析结果可以看出，经过本发明的选矿方法处理之后，矿石中P2O5含量由原矿中的16.51％提高到26.38％，P2O5回收率可达84.32％。矿石CaO/P2O5质量比由2.08降至1.59。同时MgO含量由原矿中10.44％降低至5.31％。这种磷精矿是窑法磷酸工艺合格的磷矿原料，可通过窑法磷酸工艺加工成商品磷酸。得到的碱式碳酸镁达到商品碱式碳酸镁标准。
本发明的选矿方法，采用了流态化焙烧方式，该焙烧方式特别适合对前述粒径和目数的原料进行焙烧，不仅能够降低能耗，而且能够使原料热处理分解充分，得到所需的磷矿粉料，而且还有利于后期熟化过程的充分进行；并在流态化焙烧和消化处理前分别增加了悬浮预热处理，不仅提升了流态化焙烧和消化处理的效果，而且降低了工艺能耗，节约了工艺成本；此外，本发明的方法不仅磷矿回收率高，P2O5收率可达到80％以上，碳酸盐含量相对较高的磷矿，经过本工艺处理之后，磷精矿中CaCO3和MgO含量可以得到显著降低，从而大大提高其利用价值，而且使废水全部回收利用，并得到副产品轻质碳酸钙，无其它废渣产生，工艺清洁、环保、节能。

Claims (15)

1.一种针对含高镁的钙质或钙硅质磷矿提磷降钙回收镁的选矿方法，所述磷矿中氧化镁含量大于3%，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将磷矿破碎粉磨成粒度为－100目，经多级预热处理后进行流态化焙烧，得到焙烧尾气和磷矿焙烧粉料；
（2）将步骤（1）后得到的磷矿焙烧粉料加水搅拌，进行消化处理后得到含磷精矿的料浆；
（3）将步骤（2）消化处理后得到的料浆分离得到底流和溢流，所述底流经过滤后得到的滤液与前述溢流合并为碳化前液；
（4）将所述碳化前液送入碳化塔，将CO2气体通入碳化塔中对碳化前液进行二级碳化处理，二级碳化得到的浆液经过滤得到固体碳酸钙滤渣，在碳化塔中镁以碳酸氢镁溶液的形式转入滤液；
所述二级碳化处理包括第一级常压碳化反应和第二级高压碳化反应，具体的：
a）所述CO2气体先进入碳化塔与第一级常压碳化处理所得的常压碳化浆液进行第二级高压碳化反应，产生的碳化废气与送入碳化塔的所述碳化前液进行第一级常压碳化反应后排空；
b）送入碳化塔的所述碳化前液与所述碳化废气进行第一级常压碳化反应后，得到的常压碳化浆液再与进入碳化塔的CO2气体进行第二级高压碳化反应；
（5）将步骤（4）所得到的滤液送入热解反应器中，通入蒸汽进行热解反应，含碳酸氢镁的滤液经热解得到含CO2的尾气和含固体碱式碳酸镁的浆液，得到的含固体碱式碳酸镁的浆液经过滤得到碱式碳酸镁滤饼和二次滤液，碱式碳酸镁滤饼经气流干燥后得到固体碱式碳酸镁成品。
2.根据权利要求1所述的选矿方法，其特征在于，所述步骤（1）得到的焙烧尾气经除尘、喷淋降温、增压浓密处理后得到清洁的富含CO2的气体，并将此气体作为所述步骤（4）中气源通入所述碳化塔中；所述步骤（5）中得到的含CO2的尾气则返回至前述喷淋降温操作中进行冷却后循环利用；所述二次滤液与喷淋降温过程产生的废水混合后返回至所述的步骤（2）做为消化用水。
3.根据权利要求1所述的选矿方法，其特征在于，所述第一级常压碳化反应的压力控制在0.1-0.15 MPa，所述第二级高压碳化反应的压力控制在0.2-1.6 MPa，每次碳化反应的碳化时间为10～300 min，碳化温度为15℃～50℃。
4.根据权利要求1所述的选矿方法，其特征在于，所述步骤（5）中，热解反应的压力为常压，热解反应温度为50℃～100℃，热解时间为10～300min。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的选矿方法，其特征在于，所述步骤（1）中，粉磨至－100目的磷矿粉经多级预热处理后温度达到600℃～850℃。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的选矿方法，其特征在于，所述步骤（1）中，多级预热处理为4级预热处理、5级预热处理或6级预热处理；
采用悬浮预热器进行4级预热处理时，第一级悬浮预热器出风口的压力控制为－3500Pa～－6000Pa，温度控制为300℃～400℃；第二级悬浮预热器出风口的压力控制为－3000Pa～－4500Pa，温度控制为400℃～500℃；第三级悬浮预热器出风口的压力控制为－2000Pa～－4500Pa，温度控制为600℃～800℃；第四级悬浮预热器出风口的压力控制为－1000Pa～－2500Pa，温度控制为600℃～950℃；
采用悬浮预热器进行5级预热处理时，第一级悬浮预热器出风口的压力控制为－4500Pa～－7500Pa，温度控制为200℃～350℃；第二级悬浮预热器出风口的压力控制为－3500Pa～－6000Pa，温度控制为300℃～400℃；第三级悬浮预热器出风口的压力控制为－3000Pa～－4500Pa，温度控制为400℃～700℃；第四级悬浮预热器出风口的压力控制为－2000Pa～－4500Pa，温度控制为600℃～800℃；第五级悬浮预热器出风口的压力控制为－1000Pa～－2500Pa，温度控制为600℃～950℃；
采用悬浮预热器进行6级预热处理时，第一级悬浮预热器出风口的压力控制为－5500Pa～－9000Pa，温度控制为150℃～250℃；第二级悬浮预热器出风口的压力控制为－4500Pa～－7500Pa，温度控制为200℃～350℃；第三级悬浮预热器出风口的压力控制为－3500Pa～－6000Pa，温度控制为300℃～400℃；第四级悬浮预热器出风口的压力控制为－3000Pa～－4500Pa，温度控制为400℃～700℃；第五级悬浮预热器出风口的压力控制为－2000Pa～－4500Pa，温度控制为600℃～800℃；第六级悬浮预热器出风口的压力控制为－1000Pa～－2500Pa，温度控制为600℃～950℃。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的选矿方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述流态化焙烧的气体进口压力控制为0 Pa～—300 Pa，出口压力控制为—800 Pa～—1200Pa，流态化焙烧的温度控制为700℃～1050℃；
所述步骤（2）中，料浆的质量浓度为5～30%，消化处理的时间为10～120min。
8.一种针对含高镁的钙质或钙硅质磷矿提磷降钙回收镁的选矿系统，其特征在于，所述选矿系统包括流态化焙烧系统、尾气净化系统、消化分离系统和碳化热解系统；所述的流态化焙烧系统包括流态化焙烧分解炉、供料总成、悬浮预热总成、供气总成和燃烧总成；所述流态化焙烧分解炉包括炉体，所述炉体的下部开设有进风口和进料口，所述进风口与燃烧总成相连通，所述供气总成连接燃烧总成，所述进料口与悬浮预热总成的出料口相连通；炉体的上部开设有出风口，所述出风口与悬浮预热总成的进风口相连通；所述悬浮预热总成的出风口与所述尾气净化系统相连通；所述悬浮预热总成的进料口与所述供料总成相连通；所述碳化热解系统包括常压碳化塔、高压碳化塔、一级过滤器、热解反应器、二级过滤器和干燥机；所述高压碳化塔的进料端通过常压碳化塔与碳化前液储槽的出料端相连，所述常压碳化塔的进风口通过高压碳化塔与一净化压缩尾气缓冲罐的出气口相连；所述热解反应器的进液口通过一级过滤器与高压碳化塔的出料端相连，所述热解反应器的出液口通过二级过滤器与干燥机的进料端相连；所述二级过滤器的滤液出液端与消化分离系统的进液端通过泵相连。
9.根据权利要求8所述的选矿系统，其特征在于，所述尾气净化系统包括收尘器、离心风机、喷淋降温塔、气水分离器、空气压缩机和压缩气体储罐；所述收尘器的出料口与消化分离系统的消化槽进料口通过管道相连，所述离心风机的进风口通过收尘器与悬浮预热总成中第一级悬浮预热器的出风口相连，所述离心风机的出口端分成两路，一路通过引风机与所述燃烧总成的热风炉相连，另一路依次通过所述喷淋降温塔、气水分离器、空气压缩机、压缩气体储罐与所述碳化热解系统相连。
10.根据权利要求8或9所述的选矿系统，其特征在于，所述悬浮预热总成包括依次排列的多级悬浮预热器和卸料阀，前一级的悬浮预热器的进风口与后一级的悬浮预热器的出风口相连，最后一级的悬浮预热器的进风口与所述流态化焙烧分解炉的出风口相连通，第一级悬浮预热器的出风口与所述尾气净化系统相通；
前一级的悬浮预热器的出料口通过管道与后一级的悬浮预热器的进料口相连通，倒数第二级悬浮预热器的出料口通过管道与所述流态化焙烧分解炉的进料口相连通，最后一级的悬浮预热器的出料口设有卸料阀，所述卸料阀的出口端与所述消化分离系统相连。
11.根据权利要求10所述的选矿系统，其特征在于，所述悬浮预热器共设有4级、5级或6级。
12.根据权利要求8或9所述的选矿系统，其特征在于，所述供料总成包括提升输送装置、给料仓和给料机，所述给料仓的入口端与提升输送装置相连通，给料仓的出口端通过给料机与所述悬浮预热总成中第一级悬浮预热器的进料口相连通。
13.根据权利要求8或9所述的选矿系统，其特征在于，所述供气总成包括鼓风机，所述燃烧总成包括热风炉和烧嘴，所述烧嘴装设于热风炉中，所述热风炉的出口端与流态化焙烧分解炉的进风口相连，所述烧嘴与供气总成的鼓风机相连。
14.根据权利要求8或9所述的选矿系统，其特征在于，所述炉体的进风口开设在炉体的底部和/或下部侧面；
当进风口开设在炉体的底部时，热风由底部轴向进风口进入炉体，在炉体内一定高度形成一股上升流，将炉体下部锥体的气体和进料口送入的粉料裹挟、喷射上去，形成许多由中心向边缘的漩涡，从而形成喷腾效应；气流的喷腾运动，造成由炉中心向边缘的旋回运动，在喷腾口，进入气流的料粉被气流吹起、悬浮，部分被直接抛向炉的周壁，部分随气流做旋回运动，部分到达炉体顶部被气流带出炉筒；
当进风口开设在炉体的下部侧面时，热风由底部侧边的径向进风口进入炉体，气流在下部形成涡流造成旋回运动，以切线方向入炉，在炉内旋回前进；入炉粉料被进入的气流吹起、悬浮，随气流做旋回上升运动；不断输入的气流将粉料持续推进，旋回上升前进最终在顶部侧边被气流带出炉筒。
15.一种利用权利要求8-14中任一项所述选矿系统对含高镁的钙质或钙硅质磷矿提磷降钙回收镁的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将燃料与空气通入安装在所述燃烧总成的热风炉上的烧嘴并在热风炉中燃烧，控制燃烧的空气过剩系数为1.0～1.3，使出热风炉的气体的温度达到700℃～1000℃，然后将这种气体从流态化焙烧分解炉的底部纵向和下部侧面径向通入作为流态化焙烧分解炉的热源；
（2）对磷矿石进行细磨，过筛后通过供料总成的提升输送装置提升至所述悬浮预热总成上部的给料仓，再通过所述供料总成的给料机喂入悬浮预热总成中第一级悬浮预热器中，在第一级悬浮预热器的上升管道与悬浮预热器内进行充分热交换并把气体和矿粉颗粒分离，第一级悬浮预热器的出料口通过管路与第二级悬浮预热器的进风口相连，矿粉进入第二级悬浮预热器后进行第二次热交换和分离，依此类推，依次经过多级悬浮预热器预热至600℃～850℃后进入到流态化焙烧分解炉中进行反应；
（3）控制所述流态化焙烧分解炉中温度为700℃～1000℃，使得进入焙烧炉的磷矿中碳酸钙和碳酸镁分解成CaO、MgO和CO2，分解后的磷矿石粉料经最后一级的悬浮预热器的出料口排出，焙烧后的熟料送入所述消化分离系统的消化槽中进行消化，使磷矿焙烧粉料中的CaO和MgO转变成含有Ca(OH)2和Mg(OH)2的料浆；经过各级悬浮预热器热交换和所述尾气净化系统的收尘器除尘后，一部分返回所述热风炉再加热后送回流态化焙烧分解炉作为工艺需要的热气体循环使用，一部分通过喷淋降温塔、气水分离器、空气压缩机、压缩气体储罐送入所述碳化热解系统；
（4）经消化分离系统消化完毕的料浆再由水力旋流器分离后，得到的底流经过滤得到的滤饼即为磷精矿；水力旋流器的溢流与底流经过滤机过滤得到的滤液混合成碳化前液送入所述碳化热解系统；
（5）经增压浓密后得到的CO2气体先进入碳化热解系统的高压碳化塔与常压碳化塔中所得浆液进行碳化反应，产生的碳化废气进入常压碳化塔与碳化前液进行碳化反应，得到的第一级常压碳化废气直接排空；碳化前液先与高压碳化塔中得到的气体进行一级常压碳化，得到的常压碳化的浆液再与浓密的CO2气体进行第二级高压碳化，两次碳化之后得到的浆液进行过滤，得到主要成分为固体碳酸钙的滤渣，过滤得到的含Mg(HCO3)2的滤液送入碳化热解系统的热解反应器中进行热解反应；
（6）含Mg(HCO3)2的滤液在50℃-100℃条件下热解得到CO2气体和含固体碱式碳酸镁的浆液，得到的CO2气体通过所述尾气净化系统的喷淋降温塔返回至气体净化压缩工段；得到的含固体碱式碳酸镁的浆液经过滤得到碱式碳酸镁滤饼，得到的滤液返回至所述消化槽做为消化用水循环使用。
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