CN110817817A - 一种微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法，具体为：将磷矿石与硅质原料配料后，混合粉磨后采用自动除铁装置除去其中的具有磁性的物质，然后加湿制坯后置于工业微波炉，通过微波加热至1400℃，反应得到气态磷酸酐和硅酸钙炉渣。本发明的原料为磷矿石和硅质原料，加湿制坯并外加交变电磁场，利用微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙炉渣，降低物料反应温度，减少生产过程中的能耗，不需要焦炭也不产生CO2，产物中P2O5气体用于制备磷酸，硅酸钙炉渣可直接用作生产钠钙硅玻璃的原料，磷矿石转化率可达90％以上，P2O5提取率可达95％以上，整个制备过程无废弃物产生，实现了对磷矿石的全面清洁利用。
Description
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法。
背景技术
目前工业上生产磷酸的方法主要有3种：一是电炉法用焦炭把磷矿石还原成为黄磷，然后再将黄磷氧化成为五氧化二磷经水合后制成磷酸，称为电热法磷酸，该方法电能消耗高，并且产生一氧化碳废气难以利用。第二种是由硫酸分解磷矿石得到磷酸，称为湿法磷酸，该方法虽然成本低，但会消耗大量硫酸并产生大量磷石膏，第三种是窑法磷酸，美国专利公开了一种窑法磷酸生产方法，是将磷矿石、硅石、焦炭按一定比例混合配矿后，造粒或成型并用釉质等材料浸渍包被，送入回转窑或隧道窑中进行固态还原氧化反应，产生P4蒸气与CO可燃性混合气体，该混合气体直接与空气发生氧化反应，生成P2O5和CO2气体并放出大量热量，该反应热提供给混合物料还原反应吸热所需，氧化产生的P2O5气体经水合制成磷酸。该方法需要将窑炉区分为氧化区和还原区，这一点在窑法工艺中难以实现，物料需要经过特别成型、浸渍等处理，工艺繁琐生产成本高，并且五氧化二磷生产的磷酸品质较低，磷矿石的转化率只能达到85％，造成磷矿石资源的浪费，废渣中磷含量高，难以直接用于建筑材料等领域，还存在废热利用难度大、连续操作困难等缺点。
本申请提出了一种基于磷矿石和硅质原料，利用微波清洁生产磷酸酐(P2O5)和硅酸钙炉渣的方法，利用加湿球中极性分子极化并随外加交变电磁场变更而交变取向，众多极性分子因频繁相互间摩擦损耗，使电磁能转化为热能来加热物料，改变传统的煤粉燃烧加热方式，降低反应温度，生产过程能耗低，而且不会产生煤灰以及CO2等各种废气及粉尘，可以简化P2O5的捕集装置，降低成本，做到清洁生产，P2O5气体用于制备磷酸，硅酸钙炉渣加上氧化钙或碳酸钙粉等其他添加剂可用作生产钠钙硅玻璃的原料，整个制备过程无废弃物产生，实现了对磷矿石的全面清洁利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法，具体为：将磷矿石与硅质原料按磷矿石中Ca3(PO4)2与硅质原料中SiO2摩尔比为1：3配料后，混合粉磨后采用自动除铁装置除去其中的具有磁性的物质，然后加湿制坯后置于工业微波炉，通过微波加热至1400℃，反应得到气态磷酸酐和硅酸钙炉渣。所制备的磷酸酐可用于制备磷酸，剩余产物硅酸钙炉渣再加上方解石、石灰石、白垩、沉淀碳酸钙等其他添加剂可用于生产钠钙硅玻璃。
按上述方案，所述磷矿石为高品位的磷矿石或中、低、贫品位的磷矿石，磷矿石中P2O5含量为10～30％。
按上述方案，所述硅质原料选自石英类原料硅砂、砂岩、石英岩，或粘土类原料高岭土、膨润土，硅质原料中SiO2质量含量≥40％。
按上述方案，所述粉磨为使用球磨机、辊式磨或振动磨完成，粉磨至细度为80～100目。
按上述方案，所述加湿制坯为采用成球盘成球，或采用对辊成球或制成其他形状的坯体，球体或坯体的直径约为10～12mm，含水率为20～25％。
按上述方案，所述微波加热的时间≤2min。
按上述方案，所述硅酸钙炉渣中硅酸钙含量为60％以上。其纯度与原料中磷酸钙与二氧化硅的含量有关。
本发明的化学反应原理为：Ca3(PO4)2+3SiO2＝3CaSiO3+P2O5。利用磷矿石中的磷酸钙与硅质原料中的二氧化硅反应来生成硅酸钙并产生五氧化二磷气体，SiO2的作用主要是钙元素的反应剂和熔剂，物料化学反应在2分钟内即可完成。炉渣中的主要成分是硅酸钙以及少量氧化铝、氧化铁、氧化镁杂质，由于其成分与钠钙硅玻璃的原料极为相似，因此可直接用于生产钠钙硅玻璃产品。
本发明的有益效果在于：本发明的原料为磷矿石和硅质原料，加湿制坯并外加交变电磁场，利用微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙炉渣，降低物料反应温度，减少生产过程中的能耗，不需要焦炭也不产生CO2，产物中P2O5气体用于制备磷酸，硅酸钙炉渣可直接用作生产钠钙硅玻璃的原料，磷矿石转化率可达90％以上，P2O5提取率可达95％以上，整个制备过程无废弃物产生，实现了对磷矿石的全面清洁利用。
附图说明
图1为本发明实施例1生产装置示意图；
其中：1-进料口；2-粉磨装置；3-加湿成球装置；4-工业微波炉；5-气体收集装置6-球团；7-炉渣；8-化学反应区；9-气态磷酸酐。
实施方法：
通过下面给出的具体实施例，可以进一步清楚地了解本发明。但它们并不是对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法，生产装置示意图如图1所示，具体生产步骤如下：以P2O5含量为25％的磷矿石为原材料，磷矿石主要成分见表1。将磷矿石与硅砂(SiO2含量≥90％)按磷矿石中Ca3(PO4)2与硅质原料中SiO2摩尔比1：3进行配料混合，从进料口1倒入粉磨装置2中，粉磨至100目后采用磁性除铁装置除去其中的磁性物质，然后用加湿成球装置3制成直径约为12mm的含水率为20％的球团6，用提升机将加湿的球团放入到工业微波炉4中化学反应区8内，加热3分钟至1400℃后保温2min，然后用引风机将五氧化二磷气体捕集到气体收集装置5中，得到气态磷酸酐9，P2O5提取率可达98％以上，剩下的残余物是以硅酸钙为主要成分的炉渣7，炉渣中硅酸钙的含量达60％，炉渣的化学成分为：CaO(45％)，SiO2(34％)，Al2O3(2％)，Fe2O3(1％)，P2O5(0.8％)，MgO(4％)，经过高温溶制、澄清、均化和冷却后制成钠钙硅玻璃。
表1磷矿石化学成分
| P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>％ | CaO％ | MgO％ | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>％ | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>％ | SiO<sub>2</sub>％ |
| 25％ | 52.9％ | 0.04％ | 0.08％ | 0.03％ | 5.6％ |
实施例2
采用与实施例1相同的方法生产磷酸酐：以五氧化二磷含量为20％磷矿石为原料，硅质原料采用高岭土，其化学成分指标见表2，将磷矿石与高岭土按磷矿石中Ca3(PO4)2与硅质原料中SiO2摩尔比1：3进行配料混合。用球磨机粉磨至100目后采用磁性除铁装置除去其中的磁性物质，加水后用球盘制成直径约为12mm的球团，含水率为20％，用提升机将加湿的球团放入到工业微波炉化学反应区内，加热3分钟至1400℃后保温2min，然后用引风机将五氧化二磷气体捕集，得到磷酸酐产品，P2O5提取率可达97％以上，剩下的残余物是以硅酸钙为主要成分的炉渣，其中硅酸钙含量≥60％。。
表2高岭土化学成分
| SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | CaO | MgO | TiO<sub>2</sub> | K<sub>2</sub>O | Na<sub>2</sub>O | 水分 | 烧失量 |
| 44.73％ | 38.16％ | 0.059％ | 0.023％ | 0.05％ | 0.15％ | 0.056％ | 0.531％ | 4.55％ |
实施例3
采用与实施例1相同的方法生产磷酸酐：磷矿石原料中的五氧化二磷含量为25％，硅质原料采用砂岩，其化学成分指标见表3，将磷矿石与硅砂按磷矿石中Ca3(PO4)2与硅质原料中SiO2摩尔比1：3进行配料混合，用球磨机粉磨至100目后采用磁性除铁装置除去其中的磁性物质，均化处理后除去其中的金属成分杂质，加水后用球盘制成直径约为12mm的球团，含水率为20％，用提升机将加湿的球团放入到工业微波炉化学反应区内，加热3分钟至1450℃后保温2min，然后用引风机将五氧化二磷气体捕集，得到磷酸酐产品，P2O5提取率可达95％以上，剩下的残余物是以硅酸钙为主要成分的炉渣，其中硅酸钙含量≥60％。
表3砂岩化学成分
| SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | CaO | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | MgO | Na<sub>2</sub>O | K<sub>2</sub>O | SO<sub>3</sub> | 烧失量 |
| 55.11％ | 12.83％ | 5.84％ | 7.84％ | 1.81％ | 2.70％ | 2.10％ | 0.35％ | 10.01％ |
Claims (7)
1.一种微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法，其特征在于，具体步骤为：将磷矿石与硅质原料按磷矿石中Ca3(PO4)2与硅质原料中SiO2摩尔比为1：3配料后，混合粉磨后采用自动除铁装置除去其中的具有磁性的物质，然后加湿制坯后置于工业微波炉，通过微波加热至1400℃，反应得到气态磷酸酐和硅酸钙炉渣。
2.根据权利要求1所述的微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法，其特征在于，所述磷矿石为高品位的磷矿石或中、低、贫品位的磷矿石，磷矿石中P2O5含量为10～30％。
3.根据权利要求1所述的微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法，其特征在于，所述硅质原料选自石英类原料硅砂、砂岩、石英岩，或粘土类原料高岭土、膨润土，硅质原料中SiO2质量含量≥40％。
4.根据权利要求1所述的微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法，其特征在于，所述粉磨为使用球磨机、辊式磨或振动磨完成，粉磨至细度为80～100目。
5.根据权利要求1所述的微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法，其特征在于，所述加湿制坯为采用成球盘成球，或采用对辊成球或制成其他形状的坯体，球体或坯体的直径约为10～12mm，含水率为20～25％。
6.根据权利要求1所述的微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法，其特征在于，所述微波加热的时间≤2min。
7.根据权利要求1所述的微波清洁生产磷酸酐和硅酸钙的方法，其特征在于，所述硅酸钙炉渣中硅酸钙含量为60％以上。
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