CN110872128A - 一种控制磷矿中成分平衡的磷矿制备系统 - Google Patents

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CN110872128A CN201811009589.6A CN201811009589A CN110872128A CN 110872128 A CN110872128 A CN 110872128A CN 201811009589 A CN201811009589 A CN 201811009589A CN 110872128 A CN110872128 A CN 110872128A
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Abstract

本发明提供了一种控制磷矿中成分平衡的磷矿制备系统，该系统中的气体处理单元包括旋风分离器和热风洗涤塔，磷矿煅烧单元煅烧磷矿产生的含尘气体经过旋风分离器产生粉尘固体和废气，废气进入热风洗涤塔形成硫酸钙和硫酸镁溶液和二氧化碳；粉尘固体加入到磷矿湿法球磨单元、磷矿浸取单元或磷矿煅烧单元；硫酸钙和硫酸镁溶液加入到磷矿湿法球磨单元。本发明提供的控制磷矿中成分平衡的磷矿制备系统将磷矿煅烧单元产生的粉尘固体再次利用，使磷矿成分在循环生产中保持平衡，减少废弃物产生。

Description

一种控制磷矿中成分平衡的磷矿制备系统
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，具体涉及一种控制磷矿中成分平衡的磷矿制备系统。
背景技术
磷矿是一种不可再生的资源，我国磷矿资源虽然比较丰富，但磷矿的品位较低，大部分磷矿必须经过选矿富集后才能用于生产磷酸以及高浓度磷肥等，由于磷矿中的杂质较多，导致我国磷矿的实际被利用率较低。在将磷矿制备磷精矿的工艺研究中，涉及如何获取具有高纯度的磷精矿的研究方法较多。但是在磷精矿制备工艺涉及较多的环节，且每一环节中会产生大量的废渣。因此在磷精矿的制备过程中的磷矿成分平衡是难点，由于磷精矿制备的产量大，容易产生大量的废渣，为了废渣，需要建立磷矿制备过程中的内部循环系统，以保证产生的废渣再次利用。
CN201710912095.8公开了一种制备磷精矿的循环环保工艺方法，包括：将磷矿原料于900～1100℃下煅烧，获取煅烧渣和热解废气；将煅烧渣用铵离子溶液进行浸取反应，获取氨气和浸取浆液；对浸取浆液进行固液分离，获取磷精矿和浸出液；将氨气用酸溶液吸收获得第一铵盐溶液，并将该第一铵盐溶液用作所述浸取反应的铵离子溶液原料对煅烧渣进行浸取。该方法中公开了将产生的氨气进行再次利用，并未涉及磷矿中的废渣之间的平衡利用。
CN201510226257.3公开了一种磷尾矿提取磷精矿并联产硝酸铵钙和硫酸铵镁的方法，以磷尾矿为原料在高温下煅烧，向煅烧料中加入热水进行消化处理，接着加入硝酸铵溶液进行搅拌，在一定温度下浸取钙，获得含钙浸出液和浸出渣，将浸出渣采用硫酸铵溶液浸取镁后，获得磷精矿和含镁浸出液，将含钙浸出液和含镁浸出液分别浓缩、干燥后，得到硝酸铵钙和硫酸铵镁，并公开了在浸钙过程中产生的洗液回收用于消化。该方法中仅涉及将浸钙过程中产生的洗液用于消化，并未涉及磷矿中的废渣之间的平衡利用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能够充分利用磷精矿制备过程产生的废渣成分，以控制磷矿中成分平衡。具体技术方法如下所述。
一种控制磷矿中成分平衡的磷矿制备系统，所述磷矿制备系统包括磷矿煅烧单元、气体处理单元、磷矿湿法球磨单元、磷矿浸取单元和碳化单元；
所述磷精矿制备系统中，磷矿在所述磷矿煅烧单元中煅烧后形成煅烧磷矿和含尘气体，所述煅烧磷矿进入所述磷矿湿法球磨单元进行湿法球磨得到磷矿浆液，所述含尘气体进入所述气体处理单元；所述磷矿浆液在所述磷矿浸取单元中浸取获得含钙镁溶液和磷精矿，所述含钙镁溶液在所述碳化单元中碳化形成包括碳酸钙和碳酸镁的固液混合物；
所述气体处理单元包括旋风分离器和热风洗涤塔，所述含尘气体经过所述旋风分离器产生粉尘固体和废气，所述废气进入所述热风洗涤塔形成硫酸钙和硫酸镁溶液和二氧化碳；
所述粉尘固体加入到所述磷矿湿法球磨单元、磷矿浸取单元或所述磷矿煅烧单元；所述硫酸钙和硫酸镁溶液加入到所述磷矿湿法球磨单元。
优选的，所述气体处理单元还包括气体吸收装置，所述二氧化碳与所述磷矿浸取单元产生的氨气进入到所述气体吸收装置形成碳酸铵溶液，所述碳酸铵溶液用于所述碳化单元。
优选的，所述碳化单元包括钙离子碳化单元，所述钙离子碳化单元是指将所述含钙镁溶液中的含钙离子溶液与碳酸铵溶液反应生成碳酸钙和铵离子溶液，所述含钙离子溶液中钙离子的摩尔浓度与所述碳酸铵溶液的摩尔浓度的比值为第一预设比值，以使所述钙离子碳化单元中钙离子的碳化效率达到第一预设效率值；所述磷矿制备系统还包括浓度调节单元，其中所述碳酸铵溶液经过所述浓度调节单元进行调节以使所述含钙离子溶液中钙离子的摩尔浓度与所述碳酸铵溶液的摩尔浓度的比值达到所述第一预设比值。
优选的，所述碳化单元还包括镁离子碳化单元，所述镁离子碳化单元是指将所述含钙镁溶液中的含镁离子溶液与碳酸铵溶液反应生成碳酸镁和铵离子溶液，所述含镁离子溶液中镁离子的摩尔浓度与所述碳酸铵溶液的摩尔浓度的比值为第二预设比值，以使所述镁离子碳化单元中镁离子的碳化效率达到第二预设效率值；其中所述碳酸铵溶液经过所述浓度调节单元进行调节以使所述含镁离子溶液中镁离子的摩尔浓度与所述碳酸铵溶液的摩尔浓度的比值达到所述第二预设比值。
优选的，所述磷矿制备系统还包括控制单元，所述控制单元获取所述钙离子碳化单元中所述含钙离子溶液的浓度信息和所述镁离子碳化单元中所述含镁离子溶液的浓度信息，并根据所述含钙离子溶液的浓度信息和所述含镁离子溶液的浓度信息控制所述浓度调节单元调节所述碳酸铵溶液的摩尔浓度。
优选的，所述磷矿制备系统还包括冷凝水回收单元，所述浓度调节单元包括浓缩单元和稀释单元，其中所述浓缩单元产生的水蒸气经过所述冷凝水回收单元形成冷凝水用于所述磷矿湿法球磨单元、磷矿浸取单元和稀释单元。
优选的，所述磷精矿制备系统还包括压滤单元，
所述碳化单元产生的固液混合物经过所述压滤单元进行压滤和洗涤，所述压滤单元对所述固液混合物进行压滤产生的滤液经过所述浓缩单元进行压滤浓缩，得到浓缩滤液，所述压滤单元对所述固液混合物进行洗涤产生的洗涤液经过所述浓缩单元进行洗涤浓缩，得到浓缩洗涤液；
所述压滤浓缩和所述洗涤浓缩产生的水蒸气进行冷凝并经过所述冷凝水回收单元获得冷凝水；
所述浓缩滤液用于所述磷矿浸取单元，所述浓缩洗涤液用于所述磷矿湿法球磨单元和/或所述磷矿浸取单元，所述冷凝水用于所述压滤单元。
优选的，所述粉尘固体加入到所述磷矿煅烧单元前，将所述粉尘固体加入水润湿后再进入所述磷矿煅烧单元。
优选的，所述硫酸钙和硫酸镁溶液还作为土壤调理剂应用。
优选的，所述粉尘固体包括磷矿粉尘、氧化镁以及氧化钙。
本发明的有益效果：本发明提供的控制磷矿中成分平衡的磷矿制备系统将磷矿煅烧单元产生的粉尘固体再次利用，使磷矿成分在循环生产中保持平衡，减少废弃物产生。
附图说明
图1为本发明提供的一种控制磷矿中成分平衡的磷矿制备系统的结构框图。
图2为本发明提供的气体处理单元的结构框图。
图3为本发明提供的碳化单元的结构框图。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
请参阅图1，本发明提供一种控制磷矿中成分平衡的磷矿制备系统10，所述磷矿制备系统10包括磷矿煅烧单元100、气体处理单元200、磷矿湿法球磨单元300、磷矿浸取单元400和碳化单元500。
所述磷精矿制备系统10中，磷矿在所述磷矿煅烧单元100中煅烧后形成煅烧磷矿和含尘气体，所述煅烧磷矿进入所述磷矿湿法球磨单元300进行湿法球磨得到磷矿浆液，所述含尘气体进入所述气体处理单元200；所述磷矿浆液在所述磷矿浸取单元400中浸取获得含钙镁溶液和磷精矿，所述含钙镁溶液在所述碳化单元500中碳化形成包括碳酸钙和碳酸镁的固液混合物。可以理解的是，在磷矿浸取单元400中还有氨气产生。
可以理解的是，磷矿中包括碳酸钙、碳酸镁和磷盐，其中一般以白云石(CaCO3·MgCO3)、方解石(CaCO3)和氟磷灰石(Ca5F(PO4)3)的形式存在。在磷矿煅烧单元100中，碳酸钙煅烧后生成氧化钙和二氧化碳，碳酸镁煅烧后生成氧化镁和二氧化碳，也就是说形成的煅烧磷矿中包括氧化钙和氧化镁以及脱氟磷盐，而含尘气体中包括粉尘固体和二氧化碳。氧化钙和氧化镁在磷矿湿法球磨单元300中分别形成氢氧化钙固体和氢氧化镁固体，氢氧化钙固体和氢氧化镁固体在磷矿浸取单元400中浸取形成钙离子和镁离子，然后钙离子和镁离子在碳化单元500中形成碳酸钙和碳酸镁。
请参阅图2，所述气体处理单元200包括旋风分离器210和热风洗涤塔220，所述含尘气体经过所述旋风分离器210产生粉尘固体和废气，所述废气进入所述热风洗涤塔220形成硫酸钙、硫酸镁溶液和二氧化碳。废气中包括的部分氧化钙、部分氧化镁和二氧化硫经过热风洗涤塔220后形成硫酸钙和硫酸镁。
所述粉尘固体加入到所述磷矿湿法球磨单元300、磷矿浸取单元400或所述磷矿煅烧单元100。其中所述粉尘固体包括磷矿粉尘、氧化镁以及氧化钙，磷矿在磷矿煅烧单元100中煅烧产生的含尘气体中的粉尘固体占煅烧磷矿的1-3％，也就是说该部分的粉尘固体的量较大。将粉尘固体利用到磷矿湿法球磨单元300、磷矿浸取单元400或磷矿煅烧单元100中，可以使得粉尘中有价值的成分高效率的利用，避免浪费。所述硫酸钙和硫酸镁溶液加入到所述磷矿湿法球磨单元300。同样的硫酸钙和硫酸镁在磷矿湿法球磨单元300再次得到利用，避免钙离子和镁离子成分的流失，以最大效率的利用磷矿中的钙和镁。
本发明提供的控制磷矿中成分平衡的磷矿制备系统10将磷矿在磷矿煅烧单元100产生的粉尘固体再次利用，实现磷矿成分在系统的高效率生产，使磷矿在循环生产中保持平衡，减少废弃物产生。
在进一步的实施例中，所述粉尘固体加入到所述磷矿煅烧单元100前，将所述粉尘固体加入水润湿后再进入所述磷矿煅烧单元100。粉尘固体颗粒较小，磷矿煅烧单元100中的温度较高，将粉尘固体加水润湿后再进入磷矿煅烧单元100可避免粉尘固体受热后直接化为粉尘漂浮在空中，而达不到再次利用的目的。
在进一步的实施例中，所述气体处理单元200还包括气体吸收装置230，所述二氧化碳与所述磷矿浸取单元400产生的氨气进入到所述气体吸收装置230形成碳酸铵溶液，所述碳酸铵溶液用于所述碳化单元500。将碳酸铵溶液用于碳化单元500，以维持系统内二氧化碳和氨气成分的循环利用，减少废气产生。
请参阅图3，在进一步的实施例中，所述碳化单元500包括钙离子碳化单元510，所述钙离子碳化单元510是指将所述含钙镁溶液中的含钙离子溶液与碳酸铵溶液反应生成碳酸钙和铵离子溶液，所述含钙离子溶液中钙离子的摩尔浓度与所述碳酸铵溶液的摩尔浓度的比值为第一预设比值，以使所述钙离子碳化单元510中钙离子的碳化效率达到第一预设效率值。在钙离子碳化单元510中，钙离子与碳酸铵反应生成碳酸钙和铵离子，该反应中需要控制钙离子与碳酸铵的摩尔浓度比值，以使该反应能够顺利进行，并且能够维持该反应的碳化效率达到第一预设效率值。也就是说，当为了要配合系统10中其他处理环节的速度时，需要控制钙离子碳化单元510的处理效率，以使整个系统处理效率达到相互配合、相互平衡的目的。
所述磷矿制备系统10还包括浓度调节单元600，其中所述碳酸铵溶液经过所述浓度调节单元600进行调节以使所述含钙离子溶液中钙离子的摩尔浓度与所述碳酸铵溶液的摩尔浓度的比值达到所述第一预设比值。优选的，所述第一预设比值为1：(1-1.5)，更优选的，所述第一预设比值为1:1.3。
在进一步的实施例中，所述碳化单元500还包括镁离子碳化单元520，所述镁离子碳化单元520是指将所述含钙镁溶液中的含镁离子溶液与碳酸铵溶液反应生成碳酸镁和铵离子溶液，所述含镁离子溶液中镁离子的摩尔浓度与所述碳酸铵溶液的摩尔浓度的比值为第二预设比值，以使所述镁离子碳化单元520中镁离子的碳化效率达到第二预设效率值。其中所述碳酸铵溶液经过所述浓度调节单元600进行调节以使所述含镁离子溶液中镁离子的摩尔浓度与所述碳酸铵溶液的摩尔浓度的比值达到所述第二预设比值。在镁离子碳化单元520中，镁离子与碳酸铵反应生成碳酸镁和铵离子，该反应中需要控制镁离子与碳酸铵的摩尔浓度比值，以使该反应能够顺利进行，并且能够维持该反应的碳化效率达到第二预设效率值。也就是说，当为了要配合系统10中其他处理环节的速度时，需要控制镁离子碳化单元520的处理效率，以使整个系统处理效率达到相互配合、相互平衡的目的。
可以理解的是，第一预设比值和第二预设比值根据实际生产需求来设定。第一预设效率值和第二预设效率值根据磷精矿制备系统10中的各处理环节的效率来设置，以配合整个系统10完成生产。
优选的，所述第二预设比值为1：(1.2-1.8)，更优选的，所述第二预设比值为1:1.5。
在进一步的实施例中，所述磷矿制备系统10还包括控制单元700，所述控制单元700获取所述钙离子碳化单元510中所述含钙离子溶液的浓度信息和所述镁离子碳化单元520中所述含镁离子溶液的浓度信息，并根据所述含钙离子溶液的浓度信息和所述含镁离子溶液的浓度信息控制所述浓度调节单元600调节所述碳酸铵溶液的摩尔浓度。可以理解的是，在磷矿制备系统10包括用于检查所述钙离子碳化单元510中所述含钙离子溶液的浓度信息和所述镁离子碳化单元520中所述含镁离子溶液的浓度信息的浓度检测单元，该浓度检测单元检测上述含钙离子溶液的浓度信息和含镁离子溶液的浓度信息，并将上述浓度信息反馈给控制单元700，控制单元700根据该浓度信息控制浓度调节单元600调节碳酸铵溶液的摩尔浓度。使得从气体处理单元200中出来的碳酸铵溶液的浓度根据上述浓度信息来调节，调节具有合适的浓度后再被利用到碳化单元500中，该过程实现成分再次被利用的同时，也能使整个系统10更智能化。
在进一步的实施例中，所述磷矿制备系统10还包括冷凝水回收单元800，所述浓度调节单元600包括浓缩单元和稀释单元，其中所述浓缩单元产生的水蒸气经过所述冷凝水回收单元800形成冷凝水用于所述磷矿湿法球磨单元300、磷矿浸取单元400和稀释单元。
在进一步的实施例中，所述硫酸钙和硫酸镁溶液还作为土壤调理剂应用。
在进一步的实施例中，所述磷精矿制备系统10还包括压滤单元900，所述碳化单元500产生的固液混合物经过所述压滤单元900进行压滤和洗涤，所述压滤单元900对所述固液混合物进行压滤产生的滤液经过所述浓缩单元610进行压滤浓缩，得到浓缩滤液，所述压滤单元900对所述固液混合物进行洗涤产生的洗涤液经过所述浓缩单元610进行洗涤浓缩，得到浓缩洗涤液。其中浓缩滤液中包括铵离子，浓缩洗涤液中包括少量铵离子。
所述压滤浓缩和所述洗涤浓缩产生的水蒸气进行冷凝并经过所述冷凝水回收单元800获得冷凝水。所得到的冷凝水中没有杂质，但不排除具有系统装置的微量杂质。
所述浓缩滤液用于所述磷矿浸取单元400，所述浓缩洗涤液用于所述磷矿湿法球磨单元300和/或所述磷矿浸取单元400，所述冷凝水用于所述压滤单元900。
在磷矿浸取单元400中需要对氢氧化钙和氢氧化镁进行浸取，其需要具有较大浓度的铵离子浓缩滤液进行浸取反应，将浓缩滤液加入到磷矿浸取单元400进行浸取反应，以使在碳化单元500产生的浓缩滤液能够回收利用，以控制磷精矿制备系统10中的铵离子的物质平衡，减少铵离子的浪费。磷矿湿法球磨单元300中需要对磷矿加入液体进行球磨，采用加入液体进行湿法球磨可以降低在球磨粉碎磷矿时粉尘的产生，且加入液体可以使球磨更均匀，浓缩洗涤液可加入到磷矿湿法球磨单元300中，以进一步控制磷精矿制备系统10中的铵离子的物质平衡。在压滤单元900中需要用纯度较高的水进行洗涤，因此冷凝水可用于压滤单元900。碳化单元500是在整个磷精矿制备系统10最后一个处理单元，因此在碳化单元500中积累了大量水。通过上述设置，将碳化单元500中的液体(包含大量的水)经过浓缩，并将浓缩液体和冷凝水再次利用，使得本发明的磷精矿制备系统10可以实现系统中产生的水成分在循环生产中保持平衡，减少废水产生，在一些实施例的情况下可以实现没有废水产生。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种控制磷矿中成分平衡的磷矿制备系统，所述磷矿制备系统包括磷矿煅烧单元、气体处理单元、磷矿湿法球磨单元、磷矿浸取单元和碳化单元；其特征在于，
所述磷精矿制备系统中，磷矿在所述磷矿煅烧单元中煅烧后形成煅烧磷矿和含尘气体，所述煅烧磷矿进入所述磷矿湿法球磨单元进行湿法球磨得到磷矿浆液，所述含尘气体进入所述气体处理单元；所述磷矿浆液在所述磷矿浸取单元中浸取获得含钙镁溶液和磷精矿，所述含钙镁溶液在所述碳化单元中碳化形成包括碳酸钙和碳酸镁的固液混合物；
所述气体处理单元包括旋风分离器和热风洗涤塔，所述含尘气体经过所述旋风分离器产生粉尘固体和废气，所述废气进入所述热风洗涤塔形成硫酸钙和硫酸镁溶液和二氧化碳；
所述粉尘固体加入到所述磷矿湿法球磨单元、磷矿浸取单元或所述磷矿煅烧单元；所述硫酸钙和硫酸镁溶液加入到所述磷矿湿法球磨单元。
2.如权利要求1所述的磷矿制备系统，其特征在于，所述气体处理单元还包括气体吸收装置，所述二氧化碳与所述磷矿浸取单元产生的氨气进入到所述气体吸收装置形成碳酸铵溶液，所述碳酸铵溶液用于所述碳化单元。
3.如权利要求2所述的磷矿制备系统，其特征在于，所述碳化单元包括钙离子碳化单元，所述钙离子碳化单元是指将所述含钙镁溶液中的含钙离子溶液与碳酸铵溶液反应生成碳酸钙和铵离子溶液，所述含钙离子溶液中钙离子的摩尔浓度与所述碳酸铵溶液的摩尔浓度的比值为第一预设比值，以使所述钙离子碳化单元中钙离子的碳化效率达到第一预设效率值；所述磷矿制备系统还包括浓度调节单元，其中所述碳酸铵溶液经过所述浓度调节单元进行调节以使所述含钙离子溶液中钙离子的摩尔浓度与所述碳酸铵溶液的摩尔浓度的比值达到所述第一预设比值。
4.如权利要求3所述的磷矿制备系统，其特征在于，所述碳化单元还包括镁离子碳化单元，所述镁离子碳化单元是指将所述含钙镁溶液中的含镁离子溶液与碳酸铵溶液反应生成碳酸镁和铵离子溶液，所述含镁离子溶液中镁离子的摩尔浓度与所述碳酸铵溶液的摩尔浓度的比值为第二预设比值，以使所述镁离子碳化单元中镁离子的碳化效率达到第二预设效率值；其中所述碳酸铵溶液经过所述浓度调节单元进行调节以使所述含镁离子溶液中镁离子的摩尔浓度与所述碳酸铵溶液的摩尔浓度的比值达到所述第二预设比值。
5.如权利要求4所述的磷矿制备系统，其特征在于，所述磷矿制备系统还包括控制单元，所述控制单元获取所述钙离子碳化单元中所述含钙离子溶液的浓度信息和所述镁离子碳化单元中所述含镁离子溶液的浓度信息，并根据所述含钙离子溶液的浓度信息和所述含镁离子溶液的浓度信息控制所述浓度调节单元调节所述碳酸铵溶液的摩尔浓度。
6.如权利要求4所述的磷矿制备系统，其特征在于，所述磷矿制备系统还包括冷凝水回收单元，所述浓度调节单元包括浓缩单元和稀释单元，其中所述浓缩单元产生的水蒸气经过所述冷凝水回收单元形成冷凝水用于所述磷矿湿法球磨单元、磷矿浸取单元和稀释单元。
7.如权利要求6所述的磷矿制备系统，其特征在于，所述磷精矿制备系统还包括压滤单元，
所述碳化单元产生的固液混合物经过所述压滤单元进行压滤和洗涤，所述压滤单元对所述固液混合物进行压滤产生的滤液经过所述浓缩单元进行压滤浓缩，得到浓缩滤液，所述压滤单元对所述固液混合物进行洗涤产生的洗涤液经过所述浓缩单元进行洗涤浓缩，得到浓缩洗涤液；
所述压滤浓缩和所述洗涤浓缩产生的水蒸气进行冷凝并经过所述冷凝水回收单元获得冷凝水；
所述浓缩滤液用于所述磷矿浸取单元，所述浓缩洗涤液用于所述磷矿湿法球磨单元和/或所述磷矿浸取单元，所述冷凝水用于所述压滤单元。
8.如权利要求1-7任一项所述的磷精矿制备系统，其特征在于，所述粉尘固体加入到所述磷矿煅烧单元前，将所述粉尘固体加入水润湿后再进入所述磷矿煅烧单元。
9.如权利要求1-7任一项所述的磷矿制备系统，其特征在于，所述硫酸钙和硫酸镁溶液还作为土壤调理剂应用。
10.如权利要求1-7任一项所述的磷矿制备系统，其特征在于，所述粉尘固体包括磷矿粉尘、氧化镁以及氧化钙。
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