CN107673320A - 提高磷矿热解效率的方法及其产物和应用 - Google Patents

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陈贵有
华建青
刘法安
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Abstract

本发明公开了一种提高磷矿热解效率的方法及其产物和应用，方法步骤包括将磷矿固体颗粒与碳粉按照重量比1：0.05～0.25混合后进行煅烧；其中，磷矿固体颗粒的粒径为20～120目，碳粉的粒径与磷矿固体颗粒粒径的比值为0.9～1.2:1。本发明的方法进行磷矿的热解，能在更短的时间内煅烧完全，大大提升了分解的速度；并且特异性采用的磷矿原料与碳粉的粒径和重量的搭配比例，提升了煅烧过程中料粒的内部均匀膨胀性，降低因为煅烧分解引起的安定性不良和崩溃不良的影响，磷矿的分解效率更加充分完全。

Description

提高磷矿热解效率的方法及其产物和应用
技术领域
本发明涉及磷矿加工技术领域，尤其涉及一种提高磷矿热解效率的方法及其产物和应用。
背景技术
我国磷矿贮量居世界第二位，但贮量的80％左右是中低品位磷矿，其中多为难选的中低品位胶磷矿，矿物颗粒细、嵌布紧密，伴生镁等杂质较高，它会降低磷矿石的品位，增大磷矿湿法处理时的硫酸消耗，影响磷酸及磷酸盐深加工的过程及产品的质量。传统中对于中低品位的磷矿进行选矿处理，以此来降低磷矿中镁等杂质的含量，然后再进行下一步深加工，以降低后续磷矿利用的难度。但选矿后会产生难以处理的磷尾矿，并且磷的损失率较大。
为了提升在肥料制备的原料的品质，贵州省化工研究院在专利号为ZL201510226362.7名称为“一种由中低品位磷矿制取磷精矿副产碳酸钙、氧化镁的工艺”的发明专利中提出了一种对中低品位磷矿进行加工去除其中的钙镁杂质，过程包括将中低品位磷矿为主要原料在900～1100℃的温度下煅烧，并将煅烧后的煅烧渣依次用60～100℃的水进行消化、硝酸铵溶液浸取，最后再经过硫酸铵溶液浸取得到磷精矿，能够有效地将煅烧渣中氧化钙、氧化镁中钙、镁元素分离，提高磷精矿中五氧化二磷的含量。
其中，煅烧过程的磷矿热解，是杂质形态转化效率、以及后续浸取效率等步骤实施的基础，热解效率和品质直接影响后续磷矿纯化的效果。现有实施的热解步骤中，在磷矿热解时加入碳粉用来加快热解的速度，但是并没有进一步对碳粉自身影响热解效率的因素进行研究，造成磷矿中杂质的分解并不能达到完全充分，且造成了碳粉加入过量、导致原料浪费和较低能源使用效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种提高磷矿热解效率的方法，旨在提升严格提升中低品位磷矿制备磷精矿过程中磷矿热解的效率，从而提升钙镁等杂质的浸取效果。采用本发明的方法将制备磷肥的中低品味磷矿进行精加工处理后，将获取的充分热分解的矿料再进行浸取获得的磷精矿，能良好地满足肥料生产中的磷矿石原料的品质要求，提升大量生产和产业化应用价值。
为实现上述目的，本发明提供的提高磷矿热解效率的方法，包括如下步骤：
将磷矿固体颗粒与碳粉按照重量比1：0.05～0.25混合后进行煅烧；其中，
所述磷矿固体颗粒的粒径为20～120目，碳粉的粒径与磷矿固体颗粒粒径的比值为0.9～1.2:1。
优选的，上述提高磷矿热解效率的方法中，所述煅烧的温度为900～1100℃。
优选的，上述提高磷矿热解效率的方法中，所述煅烧的时间为40～50min。
优选的，上述提高磷矿热解效率的方法中，所述煅烧步骤之后还包括浸取步骤，所述浸取步骤为：
将煅烧之后的煅烧渣于含有铵离子的水溶液体系中进行浸取反应。
优选的，上述提高磷矿热解效率的方法中，所述含有铵离子的水溶液体系中铵离子的浓度为0.5～3mol/L。
优选的，上述提高磷矿热解效率的方法中，所述磷矿固体颗粒是中低品位磷矿粉碎后获得。
在上述提高磷矿热解效率方法的基础上，本发明进一步提出采用上述提高磷矿热解效率方法直接制备得到的煅烧渣固体颗粒产物，产物中具有比较完全的杂质分解率、可以作为浸取反应的底物直接进行浸取步骤，能良好地满足磷矿纯化加工原料的品质要求，提升浸取效率和最终的磷精矿产品的品质。同时，还提出上述方法在磷肥制备中的应用；采用上述方法将制备磷肥的对中低品味磷矿进行精加工处理，除了能促进杂质浸取提升磷精矿的品质之外，还能降低煅烧时间加快生产周期。
具体实施方式
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种提高磷矿热解效率的方法，包括如下步骤：将磷矿固体颗粒与碳粉按照重量比1：0.05～0.25混合后，于900～1100℃条件下进行煅烧；其中，磷矿固体颗粒的粒径为20～120目，碳粉的粒径与磷矿固体颗粒粒径的比值为0.9～1.2:1。
本发明方法针对的是待进行钙/镁等杂质浸取/去除的磷矿原料，主要针对的是中低品味磷矿，以上磷矿固体颗粒可以是由中低品味磷矿粉碎之后获得；中低品位磷矿是指磷含量低于30％，镁含量在1.5％以上、4％以下的磷矿；将其作为原料用于肥料生产制备时，需要去除其中的钙、镁杂质；而其中的钙、镁杂质以白云石(CaCO3·MgCO3)、方解石(CaCO3)和氟磷灰石(Ca5F(PO4)3)的形态存在。通常先将中低品位磷矿直接进行煅烧处理，煅烧处理中，控制温度在900～1100℃，一方面可以避免在更高温度下煅烧造成氟磷灰石(Ca5F(PO4)3)的分解，产生更多样的复杂变化；另一方面煅烧的过程中主要的钙镁杂质进行形态转化，白云石和方解石在煅烧温度750℃以上时就开始分解，如下：
CaCO3·MgCO3＝CaO+MgO+2CO2(g)；CaCO3＝CaO+CO2(g)；
因此煅烧处理之后，磷矿原料中的钙、镁杂质转化成CaO、MgO的氧化物形态、与磷共同存在煅烧渣中。然后再通过碱性浸取的方式，用铵离子对煅烧渣中的钙、镁进行置换，实现除杂。
所以，为了保证在后续的过程中浸取的效果，需要尽可能充分地促使原始磷矿原料中的钙、镁杂质由白云石和方解石转化成CaO、MgO的氧化物形态，本发明的上述方法探究之后特异性将磷矿原料与碳粉按照特定的粒径和量比进行搭配，从而提升在煅烧的过程中料粒的内部均匀膨胀性，降低因为煅烧分解引起的安定性不良和崩溃不良的影响，从而促使磷矿中杂质分解充分完全、并增加碳粉的能耗利用。
进一步本发明的上述方法的煅烧步骤之后，还包括钙/镁杂质的浸取步骤：
将上述煅烧之后的煅烧渣于含有铵离子的水溶液体系中进行浸取反应，当然根据浸取的要求控制反应体系中铵离子的浓度为0.5～3mol/L、pH为6.5～8.2。
本发明的方法步骤，在实施的过程中，煅烧时间优选控制40～50min，采用本发明的方式进行煅烧，相比能在更短的时间内煅烧完全，大大提升了分解的效率。其中，以上为中低品位磷矿作为磷矿固体颗粒来源进行热解的实施过程，基于相同的实施目的，高品位的磷矿虽然其中的杂质含量和形态不如低品位磷矿，但是在相同的浸取除杂方法工艺需要时，也可以按照本发明的上述过程进行磷矿热解。
在上述提高磷矿热解效率方法的基础上，本发明进一步提出采用上述提高磷矿热解效率方法直接制备得到的固体颗粒产物，产物中具有比较完全的杂质分解率、可以作为浸取反应的原料直接进行浸取步骤，能良好地满足磷矿纯化加工原料的品质要求，可以提升浸取效率和最终的磷精矿产品的品质。同时，还提出上述方法在磷肥制备中的应用；采用上述方法将制备磷肥的中低品味磷矿进行精加工处理，除了能促进杂质浸取提升磷精矿的品质之外，还能降低煅烧时间加快生产周期。
为使本发明上述的方法细节更利于本领域技术人员的理解和实施，以及验证本案提高磷矿热解效率方法所制备得到的磷矿热解效率的进步性效果，以下通过具体的实施例来对本案的上述内容进行举例说明。
实施例1
S00，为了验证采用本发明实施例处理的中低品位磷矿原料的热解效率，因此在实施之前先对磷矿的原料成分进行初步检测，数据供后续分解率的计算参考；
本实施例1采用的磷矿原料为购买的中低品位磷矿原料(瓮福集团)，各成分的含量的结果如下表：
成分 Ca Mg P2O5 倍半氧化物 H2O 有机物 F及其他
含量 46.5％ 3.8％ 25.5％ 2.18％ 0.13％ 3.20％ 余量
S11，将上述磷矿原料进行粉碎后过20目筛，选取过筛后的磷矿固体颗粒备用；
S12，配料：称取1kg步骤S11制备的磷矿固体颗粒，与同样过20目筛的碳粉200g，均匀混合；
S13，煅烧：将步骤S12配料后的磷矿固体颗粒与碳粉的混合物于1000℃的高温炉中进行煅烧，煅烧45min后出炉，并且在煅烧的过程中检测高温炉的气体出口的气体流量和密度，并记录气体排出量和气体排出停止的时间。
S14，对煅烧完成之后的煅烧渣进行称重，重量为883.6g、煅烧中失重116.4g：并且检测到排出的气体中CO2的量为866.2g。
S15，根据CO2的量计算磷矿粉的热解率％。当然，数据需要进行统计和分析，煅烧中除了白云石和方解石分解释放CO2之外，还有F(比如氟磷灰石(Ca5F(PO4)3)中的F会以单质气体的方式释放)气体、以及用于辅助煅烧的碳粉生成的CO2、矿石中的含碳有机物分解生成的CO2、以及水蒸气等等。因此计算的过程中，摒除用于辅助煅烧的碳粉生成的CO2(200g碳粉对应生成733.4g CO2)之后，再去除矿石中有机物分解生成的CO2之后的量基本上可以能作为白云石和方解石分解的生成量，即可计算磷矿中含钙镁杂质的分解率。根据以上，本是实施例1测试的热解率％(热解出的折纯炭占磷矿重量百分比)为3.43％。并且检测中42min时，气体出口几乎不再有气体溢出，为了充分完成延长煅烧时间至45min停止。
进一步，为了全面体现本发明的制备方法的进步性效果，按照以上实施例1的相同的步骤，变化不同的碳粉与磷矿颗粒的重量比进行相同实施，统计结果如下表：
进一步，按照以上实施例1的相同的步骤，变化不同的碳粉与磷矿颗粒的粒径比进行相同实施，统计结果如下表：
从上述实施的多次测量的检测结果中，在大量工业化生产和实施的过程中，对保障后续中低品位磷矿杂质浸取的热解效率的实现，与本发明中采用的条件与最终热解的品质和效果具有高的相关性。并且按照本发明的方法进行磷矿的热解，能在更短的时间内煅烧完全，大大提升了分解的速度；并且特异性采用的磷矿原料与碳粉的粒径和重量的搭配比例，提升了煅烧过程中料粒的内部均匀膨胀性，降低因为煅烧分解引起的安定性不良和崩溃不良的影响，磷矿的分解效率更加充分完全。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种提高磷矿热解效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将磷矿固体颗粒与碳粉按照重量比1：0.05～0.25混合后进行煅烧；其中，
所述磷矿固体颗粒的粒径为20～120目，碳粉的粒径与磷矿固体颗粒粒径的比值为0.9～1.2:1。
2.如权利要求1所述的提高磷矿热解效率的方法，其特征在于，所述煅烧的温度为900～1100℃。
3.如权利要求1或2所述的提高磷矿热解效率的方法，其特征在于，所述煅烧的时间为40～50min。
4.如权利要求1或2所述的提高磷矿热解效率的方法，其特征在于，所述煅烧步骤之后还包括浸取步骤，所述浸取步骤为：
将煅烧之后的煅烧渣于含有铵离子的水溶液体系中进行浸取反应。
5.如权利要求4所述的提高磷矿热解效率的方法，其特征在于，所述含有铵离子的水溶液体系中铵离子的浓度为0.5～3mol/L。
6.如权利要求1或2所述的提高磷矿热解效率的方法，其特征在于，所述磷矿固体颗粒是中低品位磷矿粉碎后获得。
7.如权利要求1至6任一项所述的提高磷矿热解效率的方法制备获得的煅烧渣产物。
8.如权利要求1至6任一项所述的提高磷矿热解效率的方法在磷肥制备中的应用。
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