CN107904397B - 一种基于烧结气化脱磷回收装置的脱磷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于烧结气化脱磷回收装置的脱磷方法，在烧结炉中将铁矿原料中的P转换为含磷产物PCl3气体，烧结炉烧结生产过程中产生的废气在抽风机作用下通过管道依次经过一级旋风除尘器和二级旋风除尘器，由一级旋风除尘器和二级旋风除尘器对除掉废气中的灰尘；然后废气进入到冷凝器中，冷凝器实现对废气进行降温，使沸点低的含磷产物PCl3气体冷却变为液体进入到脱磷产物收集容器中进行富集回收，其他沸点高的气体则随抽风机排出，完成脱磷产物的回收和富集的目的。

Description

一种基于烧结气化脱磷回收装置的脱磷方法
本发明申请是母案申请“一种烧结气化脱磷回收方法”的分案申请，母案申请的申请号为2016110656711，申请日为2016年11月28日。
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体是一种基于烧结气化脱磷回收装置的脱磷方法。
背景技术
2008年金融危机爆发后，中国钢铁企业遭遇了前所未有的“寒冬”，企业效益一直处在微利和亏损状态，一方面，钢材市场需求低迷，另一方面我国钢铁企业过度依赖进口铁矿石，且进口铁矿石价格一路飙升。为了降低生产成本，大多数钢铁厂把目光转移到国内蕴藏丰富的复合共生矿的开发上，尤其是含磷量较高的高磷鲕状赤铁矿。
因高炉炼铁不能脱磷，而转炉炼钢脱磷成本非常高，因而脱磷问题是开发利用高磷铁矿首先要解决的问题。
根据氧化物的氧势图可知，含磷氧化物的氧势线在铁氧化物的氧势线之下，在氧势图中，一定温度下，氧化物氧势线越低，其氧势就越小，氧化物就越稳定，氧化物就越难被还原。在烧结原料中，主要矿物为赤铁矿(Fe2O3)，且铁矿粉烧结是一个典型的氧化性气氛，含磷矿物几乎没有被还原的可能性，因此，通常情况下，在烧结生产过程中铁矿石中的磷元素会全部转入到烧结矿中，进而带到高炉中。但是，烧结原料要配碳作为燃料，碳颗粒周围会存在局部的还原性气氛，从而有可能将高磷铁矿中的磷元素还原出来形成脱磷效果。由于磷蒸汽极易被氧化，如果在添加某种物质的作用下，形成稳定的含磷气态产物，则烧结过程中气化脱磷在一定程度上是可行的，但脱磷产物难以收集。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于烧结气化脱磷回收装置的脱磷方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种烧结气化脱磷回收装置，包括助燃风机、液化石油气罐、烧结炉、点火器、一级旋风除尘器、二级旋风除尘器、冷凝器、消声器、脱磷产物收集容器和抽风机，
所述助燃风机和液化石油气罐均通过管道与点火器连接，点火器下方设有烧结炉，烧结炉的出口与一级旋风除尘器连接，一级旋风除尘器通过管道二级旋风除尘器连接，二级旋风除尘器通过管道与冷凝器进气口连接，冷凝器底部的出口下方设有脱磷产物收集容器，冷凝器出气口通过管道与抽风机连接，抽风机通过管道与消声器连接；脱磷产物收集容器还与氧气罐连接。
进一步的，烧结炉内设置有用于检测废气温度的第一温度检测传感器，第一温度检测传感器通过数据线与废气温度显示仪连接，烧结炉内设置有负压检测传感器，负压检测传感器通过数据线与负压计连接，烧结炉的点火口设置有第二温度检测传感器，第二温度检测传感器通过数据线与点火温度显示仪连接。
进一步的，所述抽风机的耐温度250℃，气体流速为15-18m3/min，额定电压为380V，额定功率为7.5KW。
进一步的，所述一级旋风除尘器和二级旋风除尘器的电压均为220V，频率为50Hz，功率为1.0-1.2KW，最大风量为1.2-1.8m3/min，一次过滤能够除去95％以上45um以上的颗粒。
进一步的，所述冷凝器为管壳式换热器，换热器运行无噪音，最高耐压1.6Mpa，采用不锈钢材质制成。
一种基于上述烧结气化脱磷回收装置的烧结气化脱磷回收方法：烧结时，首先向烧结炉中加入烧结原料，配入碳作为燃料，并添加CaCl2；然后开启点火器进行烧结，在碳颗粒周围的还原性气氛下，发生反应：
CaCl2+SO2(g)+O2(g)＝CaSO4+Cl2 (1)
2Ca5(PO4)3F+9Cl2+9SiO2+15C＝6PCl3+15CO+9CaSiO3+CaF2 (2)
式(1)中的SO2主要来源于原料中的硫份，O2主要是由烧结抽风负压作用进入原料；联系式(1)和式(2)，起到脱磷作用的物质是中间产物氯气，氯气由式(1)产生，参与到式(2)的反应中，产生PCl3气体；
烧结炉烧结生产过程中产生的废气在抽风机作用下首先通过管道依次经过一级旋风除尘器和二级旋风除尘器，由一级旋风除尘器和二级旋风除尘器对除掉废气中的灰尘；然后废气进入到冷凝器中，冷凝器实现对废气进行降温，使沸点低的脱磷产物PCl3冷却变为液体进入到脱磷产物收集容器中进行富集回收，其他沸点高的气体则随抽风机经消声器排出。
之后，氧气罐向脱磷产物收集容器中通过氧气，使主要的含磷物质PCl3发生化学反应，生成三氯氧磷(POCl3)。
进一步的，向烧结炉中还可以加入Na2SO4，当原料中添加Na2SO4后，根据原料中已有的成分，发生如下反应：
Na2SO4+Al2O3+2SiO2+CO＝2NaAlSiO4+SO2+CO2 (3)
矿石中赤铁矿和脉石呈现鲕状结构，相互交替共生，嵌布紧密。从式(3)可知，在CO的作用下，原料中添加的Na2SO4能够与矿石中脉石成分Al2O3和SiO2参加反应，从而起到了破坏鲕状结构的作用，使氟磷灰石暴露出来，最大程度上参与到反应中。同时式(3)产生了SO2，而SO2是式(1)的反应物，有利于脱磷反应的进行。
本发明的优点和有益效果为：
1，本发明在烧结过程中将铁矿原料中的P转换为含磷产物PCl3气体，实现了在烧结过程直接脱磷，大大降低了原料成本和脱磷成本，对开发和利用国内蕴藏量非常丰富的高磷鲕状赤铁矿有指导意义。
2，可用来研究烧结脱磷热力学反应机理，进一步揭示烧结过程中磷元素的转变过程和转变后的赋存状态。
3，烧结废气中的脱磷产物经过二级除尘后，利用含磷产物PCl3的沸点为76℃，较其它废气沸点低很多的特点，在脱磷装置中添加一个冷凝器，从而使气态PCl3变为液态，完成脱磷产物的回收和富集的目的。
4，将富集到的液态脱磷产物PCl3中通入氧气，使PCl3液体发生化学反应，生成三氯氧磷(POCl3)，三氯氧磷(POCl3)广泛应用于农药、医药、染料、磷酸酯及阻燃剂的生产，且是制造有机磷农药除草剂、杀虫脒等的原料。实现了回收脱磷产物的高附加值利用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-助燃风机；2-液化石油气罐；3-废气温度显示仪；4-第一温度检测传感器；5-烧结炉；6-点火温度显示仪；7-点火器；8-负压计；9-一级旋风除尘器；10-二级旋风除尘器；11-冷凝器；12-消声器；13-脱磷产物收集容器；14-抽风机，15-氧气罐。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
请参阅图1，一种烧结气化脱磷回收装置，包括助燃风机1、液化石油气罐2、烧结炉5、点火器7、一级旋风除尘器9、二级旋风除尘器10、冷凝器11、消声器12、脱磷产物收集容器13、抽风机14和氧气罐15，
所述助燃风机1和液化石油气罐2均通过管道与点火器7连接，点火器7下方设有烧结炉5，烧结炉5内设置有用于检测废气温度的第一温度检测传感器4，第一温度检测传感器通过数据线与废气温度显示仪3连接，烧结炉5内设置有负压检测传感器，负压检测传感器通过数据线与负压计8连接，烧结炉5的点火口设置有第二温度检测传感器，第二温度检测传感器通过数据线与点火温度显示仪6连接，废气温度显示仪3能够直观显示废气的温度，点火温度显示仪6能够显示点火器7的点火温度，负压计8能够测量烧结炉5内的负压；烧结炉5的出口与一级旋风除尘器9连接，一级旋风除尘器9通过管道二级旋风除尘器10连接，二级旋风除尘器10通过管道与冷凝器11进气口连接，冷凝器11底部的出口下方设有脱磷产物收集容器13，脱磷产物收集容器13能够耐受500kpa的高压，且密闭性好；冷凝器11出气口通过管道与抽风机14连接，抽风机14通过管道与消声器12连接；脱磷产物收集容器13还与氧气罐15连接。
在本实施例中，所述抽风机14的耐温度250℃，气体流速为15-18m3/min，额定电压为380V，额定功率为7.5KW。
在本实施例中，所述一级旋风除尘器9和二级旋风除尘器10的电压均为220V，频率为50Hz，功率为1.0-1.2KW，最大风量为1.2-1.8m3/min，一次过滤能够除去95％以上45um以上的颗粒。
在本实施例中，所述冷凝器11为管壳式换热器，换热器运行无噪音，最高耐压1.6Mpa，采用不锈钢316L材质制成。
在本实施例中，所述脱磷产物收集容器13的风量为1200m3/h，功率为0.75KW，过滤效率大于99.9％，过滤面积为15m2，滤芯方便清理与替换。
本发明利用含磷产物PCl3的沸点为76℃，较其它废气沸点低很多，因此在脱磷装置中添加一个冷凝器11，可以达到使PCl3气态变为液态，完成脱磷产物的回收和富集。
烧结时，首先向烧结炉5中加入烧结原料，配入碳作为燃料，并添加CaCl2。开启点火器7，在碳颗粒周围的还原性气氛下，发生反应：
CaCl2+SO2(g)+O2(g)＝CaSO4+Cl2 (1)
2Ca5(PO4)3F+9Cl2+9SiO2+15C＝6PCl3+15CO+9CaSiO3+CaF2 (2)
式(1)中的SO2主要来源于原料中的硫分，O2主要是由烧结抽风负压作用进入原料；联系式(1)和式(2)，起到脱磷作用的物质是中间产物氯气，氯气由式(1)产生，参与到式(2)的反应中，产生PCl3气体；
此外，向烧结炉5中还可以加入Na2SO4，当原料中添加Na2SO4后，根据原料中已有的成分，发生如下反应：
Na2SO4+Al2O3+2SiO2+CO＝2NaAlSiO4+SO2+CO2 (3)
矿石中赤铁矿和脉石呈现鲕状结构，相互交替共生，嵌布紧密。从式(3)可知，在CO的作用下，原料中添加的Na2SO4能够与矿石中脉石成分Al2O3和SiO2参加反应，从而起到了破坏鲕状结构的作用，使氟磷灰石暴露出来，最大程度上参与到反应中。同时式(3)产生了SO2，而SO2是式(1)的反应物，有利于脱磷反应的进行。
烧结炉5烧结生产过程中产生的废气在抽风机14作用下(抽风机14产生负压)首先通过管道依次经过一级旋风除尘器9和二级旋风除尘器10，由一级旋风除尘器9和二级旋风除尘器10对除掉废气中的灰尘(避免灰尘在冷凝器11中出现堵塞问题)；然后废气进入到冷凝器11中，冷凝器11实现对废气进行降温，使沸点低的脱磷产物PCl3(PCl3的沸点为76℃)冷却变为液体进入到脱磷产物收集容器13中进行富集回收，其他沸点高的气体则随抽风机14经消声器12排出(消声器12可以降低噪音)。
之后，氧气罐15向脱磷产物收集容器13中通入氧气，使主要的含磷物质PCl3发生化学反应，生成三氯氧磷(POCl3)，三氯氧磷(POCl3)广泛应用于农药、医药、染料、磷酸酯及阻燃剂的生产，且是制造有机磷农药除草剂、杀虫脒等的原料。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种基于烧结气化脱磷回收装置的脱磷方法，其特征在于：包括烧结气化脱磷回收装置，所述烧结气化脱磷回收装置包括助燃风机、液化石油气罐、烧结炉、点火器、一级旋风除尘器、二级旋风除尘器、冷凝器、消声器、脱磷产物收集容器、抽风机和氧气罐；
所述助燃风机和液化石油气罐均通过管道与点火器连接，点火器下方设有烧结炉，烧结炉的出口与一级旋风除尘器连接，一级旋风除尘器通过管道与二级旋风除尘器连接，二级旋风除尘器通过管道与冷凝器进气口连接，冷凝器底部的出口下方设有脱磷产物收集容器，冷凝器出气口通过管道与抽风机连接，抽风机通过管道与消声器连接；脱磷产物收集容器还与氧气罐连接；
首先向烧结炉中加入烧结原料，配入碳作为燃料，并添加CaCl2；然后开启点火器进行烧结，在碳颗粒周围的还原性气氛下，发生反应：
CaCl2+SO2(g)+O2(g)=CaSO4+Cl2 （1）
2Ca5(PO4)3F+9Cl2+9SiO2+15C=6PCl3+15CO +9CaSiO3+CaF2 （2）
式（1）中的SO2主要来源于原料中的硫份，O2主要是由烧结抽风负压作用进入原料；联系式（1）和式（2），起到脱磷作用的物质是中间产物氯气，氯气由式（1）产生，参与到式（2）的反应中，产生PCl3气体；
烧结炉烧结生产过程中产生的废气在抽风机作用下首先通过管道依次经过一级旋风除尘器和二级旋风除尘器，由一级旋风除尘器和二级旋风除尘器除掉废气中的灰尘；然后废气进入到冷凝器中，冷凝器实现对废气进行降温，使沸点低的脱磷产物PCl3冷却变为液体进入到脱磷产物收集容器中进行富集回收，其他沸点高的气体则随抽风机排出；
氧气罐向脱磷产物收集容器中通入氧气，使主要的含磷物质PCl3发生化学反应，生成三氯氧磷;
向烧结炉中还加入有Na2SO4，当原料中添加Na2SO4后，根据原料中已有的成分，发生如下反应：
Na2SO4+Al2O3+2SiO2+CO=2NaAlSiO4+SO2+CO2 （3）
矿石中赤铁矿和脉石呈现鲕状结构，相互交替共生，嵌布紧密；从式（3）可知，在CO的作用下，原料中添加的Na2SO4能够与矿石中脉石成分Al2O3和SiO2参加反应，从而起到了破坏鲕状结构的作用，使氟磷灰石暴露出来，最大程度上参与到反应中；同时式（3）产生了SO2，而SO2是式（1）的反应物，有利于脱磷反应的进行。
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