CN112591723B - 一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，包括筛分、配料、混料、压球、烘干和冷却步骤，所述配料工序是在每100质量份的磷矿粉中，加入1～10质量份的磷酸、0.5～2质量份的磷酸硅、5～10质量份的碳质还原剂、5～10质量份的硅石粉和1～5质量份的稻壳灰。本发明工艺简单、原料易得，球团强度和热稳定性高，低品位磷矿粉利用率高，具有产生较好的经济效益和社会效益，易于推广使用。

Description

一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法

技术领域

本发明属于磷化工技术领域，具体涉及一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法。

背景技术

采用电炉法生产工业黄磷，通常要求磷矿石等入炉物料具有一定的粒度范围，炉料粒度的大小和高温下炉料的状态会直接影响电炉内反应的正常进行,只有符合要求的炉料才能高效、稳定的生产黄磷并降低泥磷比例。随着磷矿资源日趋枯竭、贫化，富矿价格不断上涨，对于不符合直接进料要求的碎磷矿或磷矿粉，目前的普遍做法主要有：①磨细作磷矿粉肥或供普钙生产，但其受生产条件限制；②烧结成型，该法生产的烧结矿性能良好，但其返粉量高达40%左右。所以，受地域或生产能力等限制，大量的磷矿粉被堆积、废弃，这样不仅使黄磷生产成本上升，而且大量堆存的磷矿粉得不到合理利用，既占用大量资金又造成资源浪费，污染环境。

在现有技术中，已有将磷矿粉加工成磷矿粉球团的报道。在磷矿粉造球过程中，粘结剂是关键辅助原料，它的性能优劣直接关系到球团质量。现有常用的粘接剂中，膨润土、腐殖酸、黏土和水玻璃等作为粘结剂时，会使磷矿粉球团的品位下降，炉渣量增加，且球团硬度和耐热度不够，易爆裂，导致炉内反应不稳定，矿粉回用难度大，效益较低；用硅酸盐作为粘接剂时，会因硅酸盐过量而导致炉内酸碱度失衡，影响电炉的操控；采用有机复合粘结剂时，也存在热强度低，操作不便，返粉率高等问题。采用球团法将矿粉制备成球团用于生产黄磷，既能实现低品位磷矿粉的利用，又能解决黄磷生产矿源短缺的问题，但一直以来，因未能获得最优化的球团粘接剂配方和加工方法，严重制约了该技术的推广应用。因此，研究开发一种工艺简单、原料易得、球团强度和热稳定性高的利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法是客观需要的。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种工艺简单、原料易得、球团强度和热稳定性高的利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法。

本发明所述的一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，包括筛分、配料、混料、压球、烘干和冷却步骤，所述配料工序是在每100质量份的磷矿粉中，加入1～10质量份的磷酸和0.5～2质量份的磷酸硅。

进一步的,在配料工序，还添加有5～10质量份的碳质还原剂和5～10质量份的硅石粉，碳质还原剂为煤粉、焦炭粉或兰炭粉，所述碳质还原剂和硅石粉的粒度为50～200目。

进一步的, 在配料工序，还添加有1～5质量份的稻壳灰，所述稻壳灰的粒度为50～100目。

进一步的,所述磷酸的质量百分浓度为10～50%。所述磷矿粉为粒径小于8mm的磷矿粉。

进一步的,所述混料工序中，利用混料器将各原料混合搅拌均匀后控制混合物料的含水量为5～10%。

进一步的,所述压球工序中，利用压球装置将混合物料制作成粒径为10～50mm的磷矿粉球团，球团形状为圆球型、椭圆球或扁球型。所述球团的落下强度大于5次/0.5m，抗压强度大于12N/球，爆裂温度高于300℃。

进一步的,所述烘干工序是将压球工序制得的磷矿粉球团投入塔式烘干装置中，在200～500℃的温度下烘干2小时以上，烘干后球团水分小于2%。所述烘干后球团的落下强度大于300次/0.5m，抗压强度大于1000N/球，爆裂温度高于1200℃，且在1000℃温度下可保持2小时不爆裂。

本发明产生的有益效果是:

1、本发明采用的磷矿粉可以使用磷矿分筛后矿粉、除尘粉、电炉灰、焦粉、硅石粉收集起来低品位磷矿粉，可以充分的利用磷矿生产过程的废弃资源，提高了废弃资源的利用率，同时采用的磷酸和磷酸硅原料简单易得，成本低，可以大幅的降低生产成本，提高生产效益；

2、本发明采用磷酸和磷酸硅作为粘接剂，磷酸和磷酸硅不仅具有较好的固化、粘结性能，而且能够提高磷矿粉中P₂O₅的含量，进而提高磷矿粉球团的品位，让制得的磷矿粉球团强度高、热强度好、高温下完全不粉化；

3、本发明中的磷酸硅具有较好的粘结、固化性能，与磷酸和磷矿粉反应后，会在形成的球体内部形成一种连续的网架结构，提高了磷矿粉球团的自身强度，同时提高了磷矿粉球团的耐热度，磷矿粉球团能长时间保持高孔隙率和自身孔隙率，透气性较好，可提高黄磷的还原反应速度和黄磷的回收率，烘干过程中，不易产生粉末，也不会存在用硅酸盐作为粘接剂时，会因硅酸盐过量而导致炉内酸碱度失衡，影响电炉的操控的情况，能够保证电炉的稳定生产。

综上，本发明工艺简单、原料易得，球团强度和热稳定性高，低品位磷矿粉利用率高，具有产生较好的经济效益和社会效益，易于推广使用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述的一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，包括筛分、配料、混料、压球、烘干和冷却步骤，所述配料工序是在每100质量份的磷矿粉中，加入1～10质量份的磷酸和0.5～2质量份的磷酸硅。

磷矿粉可以使用磷矿分筛后矿粉、除尘粉、电炉灰、焦粉、硅石粉收集起来低品位磷矿粉。

磷酸可以采用湿法制得的成品硫酸，也可以采用黄磷生产过程中产生的废磷酸，将废磷酸用于磷矿粉球团的生产，提高了废磷酸的利用价值，磷酸硅是将二氧化硅和磷酸按一定比例混合加热反应,随着温度、反应时间等的变化将生成的磷酸硅产物。

磷酸硅具有较好的粘结、固化性能，且易得、成本低，磷酸、磷酸硅配合使用能够提高磷矿粉中P₂O₅的含量，进而提高磷矿粉球团的品位，让制得的磷矿粉球团强度高、热强度好、高温下完全不粉化，且在形成的球体内部形成一种连续的网架结构，提高了磷矿粉球团的自身强度，同时提高了磷矿粉球团的耐热度。

本发明通过合理的控制磷矿粉、磷酸和磷酸硅的比例，能够使制得的生球团抗压强度高，有良好的耐磨指数和耐热强度。

在一些优选的实施方式中，本发明所述的一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，还包括：

进一步的，在配料工序中，还添加有5～10质量份的碳质还原剂和5～10质量份的硅石粉，所述碳质还原剂为煤粉、焦炭粉或兰炭粉，所述碳质还原剂和硅石粉的粒度为50～200目，在球团中预先加入后续磷酸生产过程所需的碳质还原剂和硅石粉，可简化后续工序，提高低品位磷矿粉球团的回用价值，有利于低品位磷矿粉回收利用技术的推广。

进一步的，所述配料工序，还添加有1～5质量份的稻壳灰，所述稻壳灰的粒度为50～100目，稻壳灰是利用稻壳为燃料燃烧或气化过程所产生的一种工业废渣，稻壳灰中含有大量的二氧化硅, 用稻壳灰与磷酸反应可以制取本发明中用作粘接剂的磷酸硅。配料时先加入稻壳灰，在混料、压球尤其是烘干工序中，球团中的稻壳灰会逐步与磷酸反应生成磷酸硅，以提高球团的强度，最终烧结时会在保证强度的前提下形成一定孔隙，有利于磷转化。即使是未转化为磷酸硅的稻壳灰，因其含有大量二氧化硅，保留在球团中也可降低后续黄磷生产时硅石粉的用量。

为了保证生球团的强度，优选地，所述磷酸的质量百分浓度为10～50%，

优选地，所述磷矿粉为粒径小于8mm的磷矿粉，这样能够保证磷矿粉的粒度细且均匀，提高磷矿粉的比表面积，继而满足后续造球的要求。

进一步的，所述混料工序中，利用混料器将各原料混合搅拌均匀后控制混合物料的含水量为5～10%，混料器为现有技术，采用现有的带有搅拌机构的混合料器，能够将各原料与水混匀至需要含水量的混合物料即可。

进一步的，所述压球工序中，利用压球装置将混合物料制作成粒径为10～50mm的磷矿粉球团，球团形状为圆球型、椭圆球或扁球型，压球装置采用对辊式压球机，利用压球装置压成的生球团的性能要满足，所述球团的落下强度大于5次/0.5m，抗压强度大于12N/球，爆裂温度高于300℃。

进一步的，所述烘干工序是将压球工序制得的磷矿粉球团投入塔式烘干装置中，塔式烘干机具有生产能力大，烘干的效率高、烘干效果好的优点，且还能实现连续进料、烘干、下料、出料的烘干作业，在200～500℃的温度下烘干2小时以上，烘干后球团水分小于2%，塔式烘干机烘干过程中，采用热风烘干的方式，热风来源于热风炉产生的热风。经过烘干的后，球团的性能要满足,球团的落下强度大于300次/0.5m，抗压强度大于1000N/球，爆裂温度高于1200℃，且在1000℃温度下可保持2小时不爆裂。

实施例：

下面通过实施例的方式进一步的说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例的范围之中，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，下列实施例中未注明的原料均为常规易获得的。

实施例1

先将磷矿粉筛分后，然后按照下列质量比，在每100质量份的磷矿粉中，加入1～10质量份的磷酸和0.5～2质量份的磷酸硅，经过混料、压球、烘干和冷却后制得球团。本实施例制得的生球团的落下强度为35次/0.5m，抗压强度为24.5N/球，爆裂温度为350℃，经过烘干后，球团的落下强度356次/0.5m，抗压强度为1060N/球，爆裂温度为1210℃，且在1000℃温度下可保持2小时不爆裂。本实施例1制得的球团抗压强度高，具有良好的耐热性能性能，在能有效提高低品位磷矿粉利用率的情况下，能够产生较好的经济效益。

实施例2

先将磷矿粉筛分后，然后按照下列质量比，在每100质量份的磷矿粉中，加入1～10质量份的磷酸、0.5～2质量份的磷酸硅、5～10质量份的碳质还原剂和5～10质量份的硅石粉，经过混料、压球、烘干和冷却后制得球团。本实施例2制得的生球团的落下强度为42次/0.5m，抗压强度为25.8N/球，爆裂温度为345℃，经过烘干后，球团的落下强度367次/0.5m，抗压强度为1120N/球，爆裂温度为1216℃，且在1000℃温度下可保持2小时不爆裂。本实施例2制得的球团抗压强度高，具有良好的耐热性能性能，在能有效提高低品位磷矿粉利用率的情况下，能够产生较好的经济效益。

实施例3

先将磷矿粉筛分后，然后按照下列质量比，在每100质量份的磷矿粉中，加入1～10质量份的磷酸、0.5～2质量份的磷酸硅、5～10质量份的碳质还原剂、5～10质量份的硅石粉和1～5质量份的稻壳灰，经过混料、压球、烘干和冷却后制得球团。本实施例3制得的生球团的落下强度为48次/0.5m，抗压强度为27.8N/球，爆裂温度为351℃，经过烘干后，球团的落下强度380次/0.5m，抗压强度为1125N/球，爆裂温度为1208℃，且在1000℃温度下可保持2小时不爆裂。本实施例2制得的球团抗压强度高，具有良好的耐热性能性能，在能有效提高低品位磷矿粉利用率的情况下，能够产生较好的经济效益。

对比例1

先将磷矿粉筛分后，然后按照下列质量比，在每100质量份的磷矿粉中，加入1～4质量份磷酸、0.5～1质量份碳酸钙、0.5～3质量份硫酸和0.5～2质量份磷酸盐，经过混料、压球、烘干和冷却后制得球团。对比例1制得的生球团的落下强度为18次/0.5m，抗压强度为19.6N/球，爆裂温度为302℃，经过烘干后，球团的落下强度286次/0.5m，抗压强度为896N/球，爆裂温度为980℃。对比例1制得的磷矿粉球团强度和耐热性能都不理想，在烘干的过程中产生的粉末比较多，磷矿粉的利用率低。

对比例2

先将磷矿粉筛分后，然后按照下列质量比，在每100质量份的磷矿粉中，加入1～10质量份的有机粘结剂，经过混料、压球、烘干和冷却后制得球团，有机粘结剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠或者甲基纤维素。对比例2制得的生球团的落下强度为20次/0.5m，抗压强度为2103N/球，爆裂温度为290℃，经过烘干后，球团的落下强度278次/0.5m，抗压强度为836N/球，爆裂温度为1020℃。对比例2制得的磷矿粉球团强度和耐热性能都不理想，在烘干的过程中产生的粉末比较多，磷矿粉的利用率低。

综上所述，实施例1～3制得磷矿粉球团在外观质量、强度和耐热性能上均优于对比例1～2，能够为低品位磷矿粉生产黄磷提供一种新的途径。

Claims (10)

1.一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，包括筛分、配料、混料、压球、烘干和冷却步骤，其特征在于：所述配料工序是在每100质量份的磷矿粉中，加入1～10质量份的磷酸、0.5～2质量份的磷酸硅、5～10质量份的碳质还原剂、5～10质量份的硅石粉和1～5质量份的稻壳灰。

2.根据权利要求1所述一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，其特征在于：所述碳质还原剂为煤粉、焦炭粉或兰炭粉，所述碳质还原剂和硅石粉的粒度为50～200目。

3.根据权利要求1所述一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，其特征在于：所述稻壳灰的粒度为50～100目。

4.根据权利要求1所述一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，其特征在于：所述磷酸的质量百分浓度为10～50%。

5.根据权利要求1所述一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，其特征在于：所述磷矿粉为粒径小于8mm的磷矿粉。

6.根据权利要求1所述一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，其特征在于：所述混料工序中，利用混料器将各原料混合搅拌均匀后控制混合物料的含水量为5～10%。

7.根据权利要求1所述一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，其特征在于：所述压球工序中，利用压球装置将混合物料制作成粒径为10～50mm的磷矿粉球团，球团形状为圆球型、椭圆球或扁球型。

8.根据权利要求7所述一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，其特征在于：所述球团的落下强度大于5次/0.5m，抗压强度大于12N/球，爆裂温度高于300℃。

9.根据权利要求1所述一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，其特征在于：所述烘干工序是将压球工序制得的磷矿粉球团投入塔式烘干装置中，在200～500℃的温度下烘干2小时以上，烘干后球团水分小于2%。

10.根据权利要求9所述一种利用低品位磷矿粉生产磷矿粉球团的方法，其特征在于：所述球团的落下强度大于300次/0.5m，抗压强度大于1000N/球，爆裂温度高于1200℃，且在1000℃温度下可保持2小时以上不爆裂。