CN109665507A - 利用电浆流分解硫磷体系物料的方法及其实施装置 - Google Patents
利用电浆流分解硫磷体系物料的方法及其实施装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109665507A CN109665507A CN201910113153.XA CN201910113153A CN109665507A CN 109665507 A CN109665507 A CN 109665507A CN 201910113153 A CN201910113153 A CN 201910113153A CN 109665507 A CN109665507 A CN 109665507A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- plasma
- phosphorus system
- system material
- sulphur phosphorus
- stream
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 107
- QCJQWJKKTGJDCM-UHFFFAOYSA-N [P].[S] Chemical compound [P].[S] QCJQWJKKTGJDCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- BYVWJJYBWMGHHK-UHFFFAOYSA-N NC(=S)N.[P] Chemical compound NC(=S)N.[P] BYVWJJYBWMGHHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- BLBVLMPUSLFQNF-UHFFFAOYSA-N S.P(O)(O)(O)=O Chemical compound S.P(O)(O)(O)=O BLBVLMPUSLFQNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 229910052585 phosphate mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 35
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 25
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 13
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 9
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 210000004894 snout Anatomy 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 3
- 210000003128 head Anatomy 0.000 claims description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 claims 2
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 claims 2
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 claims 2
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 claims 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 8
- LCCNCVORNKJIRZ-UHFFFAOYSA-N parathion Chemical compound CCOP(=S)(OCC)OC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 LCCNCVORNKJIRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N phosphorus pentoxide Inorganic materials O1P(O2)(=O)OP3(=O)OP1(=O)OP2(=O)O3 DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 12
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 239000002367 phosphate rock Substances 0.000 description 9
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 6
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 4
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 229910052925 anhydrite Inorganic materials 0.000 description 3
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- OBSZRRSYVTXPNB-UHFFFAOYSA-N tetraphosphorus Chemical compound P12P3P1P32 OBSZRRSYVTXPNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000002802 bituminous coal Substances 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 2
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- -1 ardealite Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- PASHVRUKOFIRIK-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate dihydrate Chemical compound O.O.[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O PASHVRUKOFIRIK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- OJMIONKXNSYLSR-UHFFFAOYSA-N phosphorous acid Chemical compound OP(O)O OJMIONKXNSYLSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000137 polyphosphoric acid Polymers 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910000391 tricalcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/01—Treating phosphate ores or other raw phosphate materials to obtain phosphorus or phosphorus compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
- C01B17/02—Preparation of sulfur; Purification
- C01B17/0253—Preparation of sulfur; Purification from non-gaseous sulfur compounds other than sulfides or materials containing such sulfides
- C01B17/0259—Preparation of sulfur; Purification from non-gaseous sulfur compounds other than sulfides or materials containing such sulfides by reduction of sulfates
- C01B17/0264—Preparation of sulfur; Purification from non-gaseous sulfur compounds other than sulfides or materials containing such sulfides by reduction of sulfates of calcium sulfates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/02—Preparation of phosphorus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/12—Oxides of phosphorus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/02—Oxides or hydroxides
- C01F11/04—Oxides or hydroxides by thermal decomposition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/24—Cements from oil shales, residues or waste other than slag
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geology (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用电浆流分解硫磷体系物料的方法及其实施装置。将待分解反应硫磷体系物料以物质流的形式送入反应器，在反应器内与喷入的等离子体流充分接触，利用等离子体流使待分解反应的硫磷体系物料由固固相反应转变为气固相反应，在等离子体流中的活性基团参与下于600℃‑1800℃进行快速分解反应。位于反应器上的等离子体喷口与硫磷体系物料喷口的设置，为能使从等离子体喷口喷出的等离子体流与从硫磷矿物喷口进入密闭反应器内的物质流充分接触。采用本发明对硫磷体系物料进行分解，可提高分解效率，降低分解能耗，提高生产效益。
Description
技术领域
本发明涉及硫磷资源回收利用技术领域，更为具体地说是涉及一种硫磷体系物料的分解反应方法及其实施装置。
背景技术
目前湿法磷酸的副产物磷石膏堆积如山，严重污染的环境，占据了良田，虽然可以通过高温分解磷石膏得到二氧化硫用来制备硫酸，但因成本高，能耗大，难以在工业化中大力推广。同时磷石膏在建材领域中的利用也有限，因此至今也未能找到一条经济可行的磷石膏分解的技术路线。
另一方面全世界磷矿资源正在逐步贫化，而普通湿法流程需要采用优质磷矿和硫酸，并且酸解后要排除大量磷石膏，故采用湿法生产磷酸的许多工厂也日益艰难。我国列入国家统计的磷矿石储量168亿吨，但大多数磷矿难以选别，大于30％P2O5的富矿只有11.2亿吨，中低品位的磷矿约占90％，含26％P2O5以下的低品位磷矿约占50％。这些矿因含大量杂质，采用常规二水工艺是难于获得优质磷酸的。根据我国目前磷矿的消耗速度，我国富矿已逐渐枯竭，磷矿的资源面临贫化，国土资源部已经把磷矿列为十年内不能满足国民经济需要的矿种之一。
目前世界上分解磷石膏生产硫酸都是通过高温反应进行。生产五氧化二磷主要采用采用电炉法生产黄磷，黄磷再经燃烧得到五氧化二磷。由于电炉法生产黄磷能耗极高，因此五氧化二磷的生产成本很高。五氧化二磷利用的主要途径是通过水化得到磷酸(即热法磷酸)，以生产磷酸盐为主的化学品。因能耗高，生产成本高，此方法难以用于肥料行业和许多磷酸工业。
为了解决这一问题，国内外开展了窑法磷酸的研究，试图在回转窑和隧道窑中通过热法直接生产五氧化二磷，再水化得到磷酸。目前国内已取得了一些进展，可以获得磷酸。但目前采用的技术路线要实现大型化仍然困难，同时热能的充分利用也未能实现。因此迫切需要一种新的方法，不仅能在工业上进行大规模生产，而且能将氧化热充分运用于还原过程，使能耗大为降低。实现用湿法磷酸的价格获得高质量热法磷酸，因而也较彻底地解决低品位磷矿的优质化利用。同时因残渣正好是水泥的优质原料，可用于水泥生产，所以也彻底地解决了磷石膏的污染问题。
发明人在2008年和2009年分别提出了燃烧动力波分解磷矿制备五氧化二磷和分解磷石膏生产硫酸的新工艺(ZL200810045181.4，ZL200910059288.9)，这些新的工艺在前期中试中得到重要的进展。为了提高反应速度和转化率，发明人在此基础上又进行了深入的研究，取得了新的研究结果，根据研究结果提出了全新的分解硫磷体系物料的方式，以解决硫磷体系物料分解存在的问题。
发明内容
针对硫磷体系物料分解的技术现状与不足，本发明的目是提供一种利用电浆流(等离子体流)分解硫磷体系物料的方法及其实施装置，以提高硫磷体系物料分解效率，降低硫磷体系物料分解能耗，提高生产效益。
针对本发明的目的，本发明的基本思想是引入电浆流(等离子体流)，以作为硫磷体系物料分解过程中新的活性组份，相当于将固固相反应转变为具有活性基团参与的气固相反应，产生一种特殊的催化作用，从而实现加速硫磷体系物料分解反应过程。
本发明提供的利用电浆流分解硫磷体系物料的方法，其技术方案的构成主要包括，将待分解反应的硫磷体系物料以物质流的形式送入反应器，在反应器内与喷入的等离子体流充分接触，利用等离子体流使待分解反应的硫磷体系物料由固固相反应转变为气固相反应，在等离子体流中的活性基团参与下于600℃-1800℃进行快速分解反应。
本发明上述方法进一步的技术方案，加入炭参与硫磷体系物料的分解反应，炭的加入量与硫或/和磷的重量比为(1:1)-(1:4)；加入的炭可以焦炭、烟煤等，加入的方式可以是与硫磷体系物料混合后加入的反应器中，也可以粉碎后单独加入到反应器中，甚至可以是气体中带入的炭成份。
本发明上述方法进一步的技术方案，加入硅参与硫磷体系物料的分解反应，硅的加入量与硫磷体系物料中钙的重量比为(1：0.1)-(1:3)；硅的加入方式，可以是与硫磷体系物料混合后加入的反应器中，也可以粉碎后单独加入到反应器中。
本发明上述方法进一步的技术方案，将硫磷体系物料先行加热至400℃-1200℃后，并以空气或氮气为动力在反应器形成流化状态的物质流。
本发明上述方法进一步的技术方案，形成物质流的硫磷体系物料的粒径为0.063mm-4mm。
本发明上述方法进一步的技术方案，等离子体流为经激发含有催化硫磷体系物料分解反应的活性基团的等离子体与高温气体的混合流体。所述活性基团包括自由基，离子态，激发态等，如CO*、C*、N*、CH3 *、CH2 *、CH*、Si*、S*、e、OH*、H*等。
本发明上述方法进一步的技术方案，等离子体流的气源为由不参硫磷体系物料分解反应具有惰性的气体(如氩气和氮气等)和能够参与硫磷体系物料分解反应的活性气体(如甲烷，煤气等)形成的混合气体。
本发明上述方法进一步的技术方案，硫磷体系物料形成的流化状态的物质流和等离子体流通过碰撞、混合、渗透等方式相互接触，完成体系的快速反应与分解。
在本发明的上述技术方案中，硫磷体系物料分解反应温度可部分或全部由氧化还原反应过程产生的热来保证，当氧化还原反应过程产生的热不能保证时，需要有另外的热源来补充保证。
在本发明的上述技术方案中，硫磷体系物料最好与作为补充热源的一次风送入反应器，在反应器内形成物质流。
实施本发明上述方法的的装置，其构成包括，一个密闭反应器，设置在密闭反应器上的等离子体喷口、硫磷体系物料喷口、气体排出口和分解反应后的固渣排出口，所述等离子体喷口、硫磷体系物料喷口的设置，为能使从等离子体喷口喷出的等离子体流与从硫磷矿物喷口进入密闭反应器内的物质流充分接触。
本发明上述装置一个进一步的技术方案，密闭反应器上设置有一次风进口和二次风喷口，等离子体喷口和固渣出口设置在密闭反应器底部，硫磷体系物料喷口及高温一次风喷口设置在密闭反应器顶部，且等离子体喷口与硫磷体系物料喷口、一次风喷口相对，使从等离子体喷口喷出的等离子体流与物料喷口喷出的物质流在密闭反应器内碰撞，二次风喷口的设置为能使其所产生的波面将反应器内的还原空间与氧化空间相对隔离。
本发明上述装置一个进一步的技术方案，硫磷体系物料喷口及一次风喷口设置密闭反应器下部，等离子体喷口设置在密闭反应器中部，使从等离子体喷口喷出的等离子体流与硫磷体系物料喷口喷出的物质流在密闭反应器内混合与反应，气体出口设置在密闭反应器上部，固渣设置在密闭反应器下部。
本发明上述装置一个进一步的技术方案，所述密闭反应器为管式密闭反应器，反应器的下部设计有气固分离室，等离子体喷口设置在密闭反应器顶部，硫磷体系物料喷口设置在管式密闭反应器的上部管壁上，硫磷体系物料喷口的方向为能使硫磷体系物料以旋转流状态进入反应器，至上而下地进行反应，气体出口和固渣出口设置在气固分离室上。
本发明所要分解的硫磷体系物料，其中硫组分是元素周期表中的炭族，磷组分是元素周期表中的氮族，炭族与氮族是相邻的两个族，它们在性质上有相近的地方，两个反应都涉及到固固相反应，反应的活化能较高，都需要较高的温度，反应时间较长，能耗较大。
在现有技术中，普通的磷矿分解，是采取将磷矿石、硅石与炭等原料以固体形式接触反应，磷矿的还原反应可表达为：
Ca3(PO4)3+5C+3SiO2＝P2↑+5CO↑+3CaSiO3△H＝1548kJ/mol P2
氧化反应则为：
P2+5/2O2＝P2O5△H＝-1567kJ/mol P2
普通磷石膏的分解，也是采取将磷石膏、硅石与炭等原料以固体形式接触反应，磷石膏的反应式可表达为：
CaSO4+1/2C+SiO2→CaSiO3+SO2+1/2CO2△H0＝698.39kJ/mol
它们的分解都为固态物质之间的反应，其间都有较高的化学能垒需要克服，并且在传质过程中还存在有各种阻力，使得宏观活化能高，反应温度较高。
采用本发明提供的方法对硫磷体系物料进行分解，将原来固固相反应转化为由活性基团参与的气固相反应，活性基团是由微波、电弧或其它形式激发的等离子体中的活性基团，包含自由基、离子态、激发态等，如CO*、C*、N*、CH3*、CH2*、CH*、Si*、S*、e、OH、H*，在活性基团参与催化下，因而能大幅度地降低宏观活化能，这不但可以加速反应过程，还能形成新的热力学区域，降低其吉布斯自由能，使反应得以快速进行。
采用本发明方法对磷矿石进行分解，以气态炭或固态炭为活性组分与磷矿石反应，其反应过程可表达为：
3Ca3(PO4)2+15C*＝3P2+15CO+9CaO
Ca3(PO4)2+5CO*＝P2+5CO2+3CaO
采用本发明方法对磷石膏进行分解，也可以气态炭或固态炭为活性组分与磷石膏反应，其反应过程可表达为：
CaSO4+CO*→CaO+SO2+CO2(普通条件下不能反应)
CaSO4+1/2C*→CaO+SO2+1/2CO2
甚至还可以直接得到硫
2CaSO4+6CO*＝S2(g)+2CaO+6CO2
2CaSO4+3C*＝S2+2CaO+3CO2
本发明引进等离子体对硫磷体系物料进行分解，不仅改善了化学反应，而且强化了传质过程，因而使得分解快速进行。其分解快速进行的机理，在分解过程中浸没在等离子体中的物料颗粒因为收集周围的电子和离子，而使得颗粒带负电。这是因电子的质量比离子小得多，而热运动速度通常高于离子，到达颗粒表面的电子通量大于离子。(但尘埃颗粒的带电量不是常数。颗粒通常是电介质材料，范围在几十纳米到几十微米之间，质量约为10-15-10-2g，电荷为102-104e)。由于粒子的复杂运动，带电颗粒运动中会产生复杂的感应电磁场，与热流等相互影响作用下可能产生表层剥离。对于载流表面，甚至可能产生特征收缩现象，加大电流密度和热流密度，从而形成微形爆破，促使颗粒破碎(库仑爆破)，从而加速了颗粒的分解和反应。
采用本发明方法对硫磷体系物料进行分解，如果再结合发明人前期获得的动力波发明专利技术，利用流体燃烧动力过程产生的波面，将还原空间与氧化空间相对隔离，同时热幅射可以直接穿越波面加热还原反应空间，可实现更高效地反应与传热。
本发明的公开，为充分利用我国的中低品位磷矿和湿法磷酸副产物磷石膏，找到了一条经济可行的技术路线。对于中低品位的磷矿，能以较低的能耗和生产成本生产优质磷酸，工艺过程副产水泥，因此也是一个环境友好的新技术。用来处理湿法磷酸副产物的磷石膏，能快速转化生产硫酸或硫磺，固渣可用于生产水泥。本发明在我国的磷矿资源综合利用与可持续发展方面具有重要的应用价值。
附图说明
附图1是本发明所述实施装置的一个实施例的结构示意图。
附图2是本发明所述实施装置的另一个实施例的结构示意图。
在上述图中，1-密闭反应器；2-物质流；3-等离子体流；4-气固分离室。
具体实施方式
下面结合附图说明给出本发明的实施例，并通过实施例对本发明作进一步的说明，以便于人们更加容易地理解本发明。但需要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于下面实施例所描述的形式，所属领域的技术人员在不付出创造性劳动的情况下，还可很容易地设计出其他的具体实施方式，因此不应将下面给出的具体实施方式的实施例理解为本发明的保护范围，将本发明的保护范围限制在所给出的实施例。
实施例1
本实施例为用磷矿(17～24％P2O5)生产P2O5气体。实施装置如附图1所示，其构成包括，一个密闭反应器1，设置在密闭反应器底部的等离子体喷口和固渣出口、设置在密闭反应器顶部的磷矿物料喷口和配合物料的高温一次风喷口，设置在闭反应器底部固渣出口，设置在闭反应器筒体壁上的二次风进口和反应气体出口，所述等离子体喷口、磷矿物料喷口和高温一次风喷口的设置，为能使从等离子体喷口喷出的等离子体流3与从磷矿物料喷口进入密闭反应器内的物质流2充分接触，二次风喷口的设置为能使其所产生的波面将反应器内的还原空间与氧化空间相对隔离。磷矿分解操作方法：以重量份计，磷矿(17～24％P2O5)200～250份，焦炭100～180份，粉碎细磨至大于100～250目，混合后先行加热至约500℃，并通过密闭式送料设备送入反应器上部，并用氮气作为动力，将其压入反应器。等离子体气源为氮气和甲烷的混合气体，由微波场激发的等离子体流从反应器下部向上射出，与上部下来的物质流对撞，形成椭球波面。反应为圆柱形，从中部切向加入二次空气，宏观温度控制在800～1600℃范围。粉状渣旋流入底部卸出。气体也通过控制旋流气的二次气流的速度，使动力燃烧波在流化床上层表面附近形成，氧化过程在波面附近完成，并同时把热传到中部的还原反应区。氧化后得到的P2O5气体从反应气下部出口输出。
实施例2
本实施例为用磷石膏生产SO2气体。实施装置如附图2所示，其构成包括，一个管式密闭反应器1，设置在管式密闭反应器下部的气固分离室4，设置在管式密闭反应器顶部的等离子体流喷口，设置在管式密闭反应器的上部管壁上的磷石膏物料喷口，磷石膏物料喷口的方向为能使磷石膏物料以旋转流态进入反应器，至上而下地进行反应，气体出口和固渣出口设置在气固分离室上。磷石膏分解操作方法：以重量份计，磷石膏180～225份，烟煤80～120份，粉碎细磨至大于100～250目，混合后，先预加热到约600℃，通过密闭式送料设备用压缩空气将物料粉体以旋转流态吹入管式反应器内，方向至上而下，压缩空气中含氧量控制范围为2％～21％。等离子体的气源为氩气和一氧化碳，用电弧激发，等离子体流3由喷口从上方喷入，与物质流2充分混合接触反应。宏观温度为600～1800℃。出来的气体主要为SO2，经分离净化后送入硫酸工段。
Claims (12)
1.一种利用电浆流分解硫磷体系物料的方法，其特征在于，将待分解反应硫磷体系物料以物质流的形式送入反应器，在反应器内与喷入的等离子体流充分接触，利用等离子体流使待分解反应的硫磷体系物料由固固相反应转变为气固相反应，在等离子体流中的活性基团参与下于600℃-1800℃进行快速分解反应。
2.根据权利要求1所述的利用电浆流分解硫磷体系物料的方法，其特征在于，加入炭参与硫磷体系物料的分解反应，炭的加入量与硫或/和磷的重量比为(1:1)-(1:4)。
3.根据权利要求1所述的利用电浆流分解硫磷体系物料的方法，其特征在于，加入硅参与硫磷体系物料的分解反应，硅的加入量与硫磷体系物料中钙的重量比为(1：0.1)-(1:3)。
4.根据权利要求1或2或3所述的利用电浆流分解硫磷体系物料的方法，其特征在于，将硫磷体系物料先行加热至400℃-1200℃后，并以空气或氮气为动力在反应器形成流化状态的物质流。
5.根据权利要求4所述的利用电浆流分解硫磷体系物料的方法，其特征在于，形成物质流的硫磷体系物料的粒径为0.063mm-4mm。
6.根据权利要求1或2或3所述的利用电浆流分解硫磷体系物料的方法，其特征在于，等离子体的射流为经激发形成含有催化硫磷体系物料分解反应的活性基团的等离子体与高温气体的混合流体。
7.根据权利要求6所述的利用电浆流分解硫磷体系物料的方法，其特征在于，等离子体的气源为由不参硫磷体系物料分解反应具有惰性的气体和能够参与硫磷体系物料分解反应的活性气体形成的混合气体。
8.根据权利要求1或2或3所述的利用电浆流分解硫磷体系物料的方法，其特征在于，硫磷体系物料形成的流化状态的物质流和等离子体流通过碰撞、混合、渗透的方式相互接触，完成体系的快速反应与分解。
9.实施权利要求1至8之一所述方法的利用电浆流分解硫磷体系物料的装置，其特征在于，包括一个密闭反应器，设置在密闭反应器上的等离子体喷口、硫磷体系物料喷口、气体排出口和分解反应后的固渣排出口，所述等离子体喷口、硫磷体系物料喷口的设置，为能使从等离子体喷口喷出的等离子体流与从硫磷矿物喷口进入密闭反应器内的物质流充分接触。
10.根据权利要求9所述的利用电浆流分解硫磷体系物料的装置，其特征在于，密闭反应器上还设置有一次风进口和二次风喷口，等离子体喷口和固渣出口设置在密闭反应器底部，硫磷体系物料喷口及一次风喷口设置在密闭反应器顶部，且等离子体喷口与硫磷体系物料喷口、高温一次风喷口相对，使从等离子体喷口喷出的等离子体流与物料喷口喷出的物质流在密闭反应器内碰撞，二次风喷口的设置为能使其所产生的波面将反应器内的还原空间与氧化空间相对隔离。
11.根据权利要求9所述的利用电浆流分解硫磷体系物料的装置，其特征在于，硫磷体系物料喷口及一次风喷口设置密闭反应器底部，等离子体喷口设置在密闭反应器中部，使从等离子体喷口喷出的等离子体流与硫磷体系物料喷口喷出的物质流在密闭反应器内混合与反应，气体出口设置在密闭反应器上部，固渣设置在密闭反应器下部。
12.根据权利要求9所述的利用电浆流分解硫磷体系物料的装置，其特征在于，所述密闭反应器为管式密闭反应器，反应器的下部设计有气固分离室，等离子体喷口设置在密闭反应器顶部，硫磷体系物料喷口设置在管式密闭反应器的上部管壁上，硫磷体系物料喷口的方向为能使硫磷体系物料以旋转流状态进入反应器，至上而下地进行反应，气体出口和固渣出口设置在气固分离室上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311078701.2A CN117105189A (zh) | 2018-10-12 | 2019-02-13 | 利用电浆流分解磷矿的方法及其实施装置 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811190596 | 2018-10-12 | ||
| CN2018111905960 | 2018-10-12 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311078701.2A Division CN117105189A (zh) | 2018-10-12 | 2019-02-13 | 利用电浆流分解磷矿的方法及其实施装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109665507A true CN109665507A (zh) | 2019-04-23 |
Family
ID=66151254
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311078701.2A Pending CN117105189A (zh) | 2018-10-12 | 2019-02-13 | 利用电浆流分解磷矿的方法及其实施装置 |
| CN201910113153.XA Pending CN109665507A (zh) | 2018-10-12 | 2019-02-13 | 利用电浆流分解硫磷体系物料的方法及其实施装置 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311078701.2A Pending CN117105189A (zh) | 2018-10-12 | 2019-02-13 | 利用电浆流分解磷矿的方法及其实施装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (2) | CN117105189A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112984784A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-18 | 陕西翼飞航智能科技有限公司 | 基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收系统及方法 |
| CN113307519A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-08-27 | 上海三夫工程技术有限公司 | 硫等离子体流还原石膏制水泥联产硫酸的方法 |
| CN113518502A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-10-19 | 上海三夫工程技术有限公司 | 一种基于等离子电离快速制备硫等离子体的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101214939A (zh) * | 2008-01-14 | 2008-07-09 | 四川大学 | 燃烧动力波制备五氧化二磷的方法 |
| CN102367168A (zh) * | 2011-09-28 | 2012-03-07 | 南京创能电力科技开发有限公司 | 等离子分解石膏的方法及其装置 |
| CN202346766U (zh) * | 2011-09-28 | 2012-07-25 | 南京创能电力科技开发有限公司 | 等离子分解石膏的装置 |
| US20170160181A1 (en) * | 2012-03-27 | 2017-06-08 | SCREEN Holdings Co., Ltd. | Method for measuring silicon concentration in a phosphoric acid aqueous solution |
-
2019
- 2019-02-13 CN CN202311078701.2A patent/CN117105189A/zh active Pending
- 2019-02-13 CN CN201910113153.XA patent/CN109665507A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101214939A (zh) * | 2008-01-14 | 2008-07-09 | 四川大学 | 燃烧动力波制备五氧化二磷的方法 |
| CN102367168A (zh) * | 2011-09-28 | 2012-03-07 | 南京创能电力科技开发有限公司 | 等离子分解石膏的方法及其装置 |
| CN202346766U (zh) * | 2011-09-28 | 2012-07-25 | 南京创能电力科技开发有限公司 | 等离子分解石膏的装置 |
| US20170160181A1 (en) * | 2012-03-27 | 2017-06-08 | SCREEN Holdings Co., Ltd. | Method for measuring silicon concentration in a phosphoric acid aqueous solution |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112984784A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-18 | 陕西翼飞航智能科技有限公司 | 基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收系统及方法 |
| CN113307519A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-08-27 | 上海三夫工程技术有限公司 | 硫等离子体流还原石膏制水泥联产硫酸的方法 |
| CN113518502A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-10-19 | 上海三夫工程技术有限公司 | 一种基于等离子电离快速制备硫等离子体的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117105189A (zh) | 2023-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109665507A (zh) | 利用电浆流分解硫磷体系物料的方法及其实施装置 | |
| CN111285390B (zh) | 一种工业石膏钙硫资源综合利用的方法 | |
| CN107893160B (zh) | 现场制备硫代硫酸盐并用于从难处理金矿中提金的工艺 | |
| CN101172582B (zh) | 一种硫酸钙分解生产硫酸和水泥熟料的方法 | |
| CN102424875B (zh) | 一种用硫酸烧渣制备海绵铁的方法 | |
| CN108383089A (zh) | 一种利用黄铁矿同时还原磷石膏及钛白废渣绿矾制硫酸的方法 | |
| CN103072949B (zh) | 一种流态化床层还原分解磷石膏制备硫化钙的方法 | |
| CN101157448A (zh) | 直接还原磷矿制取高浓度磷酸的方法 | |
| CN100575249C (zh) | 燃烧动力波制备五氧化二磷的方法 | |
| CN109734105A (zh) | 一种钛石膏循环转化金属自富集且整量利用的方法 | |
| CN101244811A (zh) | 一种提高分解硫酸钙制酸工艺中so2浓度的方法 | |
| CN101457289A (zh) | 中低品位硫铁矿综合利用副产高铝渣和硅铁的方法 | |
| CN108911795B (zh) | 一种利用矿热炉熔融石棉尾矿生产镁硅钙肥料的方法 | |
| CN104555947A (zh) | 一种资源化利用电解锰渣的方法及系统 | |
| Li et al. | Reaction process and mechanism analysis for CaS generation in the process of reductive decomposition of CaSO3 with coal | |
| CN100369850C (zh) | 一种煤矸石与磷石膏综合利用的方法 | |
| CN101891407A (zh) | 一种磷石膏振动流态化分解方法 | |
| CN217264855U (zh) | 一种基于磷石膏炉法的硫酸生产系统 | |
| CN115108744A (zh) | 一种磷石膏分解联产水泥工艺 | |
| CN102634656A (zh) | 硫钙循环浸取氧化锰制备电解锰/电解二氧化锰的方法 | |
| CN101302002A (zh) | 一种用石膏生产硫酸和水泥熟料的方法 | |
| CN106435163A (zh) | 一种磨矿磁选处理硫铁矿的系统和方法 | |
| Xiao et al. | Effect of change of Ca, P and Mg on the surface of catalyst prepared from phosphate tailing on urea alcoholysis | |
| CN101487080A (zh) | 提高硫酸烧渣品位的一种方法 | |
| CN206256121U (zh) | 一种转底炉联合磨矿磁选设备处理硫铁矿的系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190423 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |