CN201497327U - 热法炼磷的还原氧化炉 - Google Patents

热法炼磷的还原氧化炉 Download PDF

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李进
李栋
李光明
张振民
王佳才
邹建
马永强
候隽
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Abstract

本实用新型公开了一种热法炼磷的还原氧化炉,包括:炉体和喷枪,其中所述炉体具有出渣口、烟气出口、和用于将熔融的磷矿石熔体加入到炉体内的熔体进口,其中所述喷枪的一端插入到炉体内。根据本实用新型的热法炼磷的还原氧化炉,含五氧化二磷的烟气中的杂质成分少,五氧化二磷提取容易,纯度高,成本低。

Description

热法炼磷的还原氧化炉
技术领域
[0001] 本实用新型属于冶金设备领域,尤其是涉及一种热法炼磷的还原氧化炉。
背景技术
[0002] 利用磷矿石炼磷的方法主要有湿法和热法(如电炉法、窑法等)两类,湿法是用磷 矿石与无机酸(主要是硫酸)反应,经分离磷石膏及杂质后制成粗磷酸;热法是先将磷矿石 加热还原得到气态单质磷,再经氧化、水合而得到磷酸。
[0003] 湿法具有低能耗的特点,但却存在得到的磷酸纯度不够,需要进一步提纯的缺陷; 而采用热法,如电炉法,存在矿石熔融困难、耗电大的问题,并且对磷矿石品位的要求高,对 于贫矿无法处理;对于窑法,则存在反应速度慢、容易结圈的缺点,导致设备利用率低,难以 实现规模化生产。此外,传统热法中,氧化后的气态五氧化二磷混在烟气中,烟气的成分复 杂,因此从烟气中分离出五氧化二磷困难,纯度降低、成本高。
[0004] 中国专利申请CN1160018A公开了 一种热法磷酸及磷酸盐工艺,该工艺将喷射冶 金技术、熔融还原技术和煤气、元素磷氧化燃烧制备磷酸技术结合为一体,即煤_氧_矿复 合喷吹,在熔融条件下完成元素磷的还原并在同一个反应器内完成元素磷的氧化燃烧,进 而制取磷酸或磷酸盐。但是上述技术存在以下问题:
[0005] 由于在同一反应器中同时进行磷矿石的熔融、还原和氧化,导致熔融时产生的烟 气与还原氧化时产生的烟气混杂在一起,使得烟气中的杂质成分多,提取五氧化二磷比较 困难,纯度低。
[0006] 由于磷矿石通过顶吹枪喷入还原氧化炉体内,因此对于磷矿石的粒度要求高、成 本增加。
[0007] 由于顶吹枪浸入渣液面以下,因此顶吹枪因热腐蚀而自耗严重,而且必须增大顶 吹压力。另外,进入渣液面下方的顶吹枪不适于用水冷却,否则一旦发生漏水,水混入到渣 内,容易发生爆炸,导致安全事故。
[0008] 由于在还原氧化炉的底部设有向熔体中喷射煤粉和氧气的底吹枪,因此在更换底 吹枪时,必须停炉后将熔体排放完之后才能进行换枪操作。
[0009] 由于在还原氧化炉的顶部设有熔剂入口,在使用过程中需要不断地打开和密封, 操作复杂,密封困难。
实用新型内容
[0010] 本实用新型旨在至少克服现有技术中的上述技术问题之一。为此,本实用新型的
目的在于提供一种热法炼磷的还原氧化炉,利用该热法炼磷的还原氧化炉,含气态五氧化 二磷的烟气中的杂质成分少,五氧化二磷的提取容易,降低了成本,提高了纯度。
[0011] 根据本实用新型的热法炼磷的还原氧化炉包括:炉体和喷枪,其中所述炉体具有 出渣口、烟气出口、和用于将熔融的磷矿石熔体加入到炉体内的熔体进口,其中所述喷枪的 一端插入到炉体内。[0012] 根据本实用新型的热法炼磷的还原氧化炉,由于是将已经熔融的磷矿石形成的熔
体加入到炉体内。换言之,在炉体内不再进行磷矿石的熔融而直接对已经熔融的熔体进行
还原和氧化,因此磷矿石熔融产生的烟气与还原和氧化产生的烟气不会混在一起,故氧化
后含气态五氧化二磷的烟气中的杂质成分少,五氧化二磷的提取容易,降低了成本,提高了
纯度。解决了在同一炉体内进行熔融、还原和氧化反应的情况下,熔融产生的烟气与还原氧
化产生的烟气混杂在一起,导致五氧化二磷的提取困难、纯度低、成本高的问题。
[0013] 此外,由于磷矿石在炉外预先被熔融,然后通过熔体进口加入到炉体内,因此不需
要用喷枪向炉体内喷射磷矿石,因此对磷矿石的粒度要求低,成本降低。
[0014] 根据本实用新型的热法炼磷的还原氧化炉还具有如下附加技术特征:
[0015] 所述喷枪包括顶吹喷枪和侧吹喷枪,所述顶吹喷枪的下端从炉体的顶部插入到炉
体内且始终位于炉体内的渣液面上方,所述侧吹喷枪的一端从炉体的侧面插入到炉体内且
位于熔体进口下方。
[0016] 由于顶吹喷枪从炉体的顶部插入炉体内且始终位于炉体内的渣液面上方,即顶吹喷枪的下端没有浸没到炉体内的渣液面内(由此,顶吹喷枪又称为"非浸没式顶吹喷枪),因此顶吹喷枪不会因热腐蚀而自耗,同时可以延长顶喷枪使用寿命,降低成本,而且顶吹喷枪还可以用水冷却,不会发生浸没式顶吹喷枪用水冷却容易发生的爆炸,不但冷却效率高,而且安全性提高。
[0017] 所述出渣口包括上出渣口和位于上出渣口下面的下出渣口,其中下出渣口的位置低于所述侧吹喷枪插入到炉体内的一端。
[0018] 由于在侧吹喷枪插入到炉体内的一端的下方设有下出渣口,因此在需要更换侧吹
喷枪时,能够通过下出渣口排放渣,将炉体内的渣液面降到低于侧吹喷枪插入到炉体内的
一端,就可以更换侧吹喷枪,无需停炉,因此提高了效率,降低了成本。
[0019] 炉体上方设有限制顶吹喷枪下端插入到炉体内的深度的限位部件。
[0020] 通过所述限位部件能够限制顶吹喷枪向下插入的深度,从而避免顶吹喷枪插入到
炉体内的渣液面内。
[0021] 所述熔体进口位于炉体内的渣液面之下。由此,熔体进口能够始终通过炉体内的熔体(和/或渣)密封,不但密封可靠,而且成本低。
[0022] 所述炉体的外侧壁上设有突出部,所述突出部的上表面设有凹槽,所述熔体经由所述凹槽进入所述熔体进口。由此,能够临时储存并方便地将熔融的磷矿石形成的熔体排放到炉体内。
[0023] 所述熔体进口通过倾斜的通道与所述凹槽连通。由此能够降低熔体进口的高度而
不受所述凹槽位置的影响,从而更好地密封熔体进口 ,避免渣液面低于熔体进口 。
[0024] 所述凹槽上方设有保温烧嘴。通过该保温烧嘴,能够保持从炉体外加入到凹槽内
的熔体的温度,减少了炉体内能量的供给和消耗。
[0025] 所述熔体进口与溜槽相连以通过溜槽经由熔体进口将熔体加入到炉体内。使用该溜槽导流熔体具有结构简单的优点。
[0026] 所述炉体设有位于出渣口下面的磷铁出口 。通过所述磷铁出口 ,可以将位于炉体底部的位于渣下面的磷铁排放,排放的磷铁可以回收利用。
[0027] 本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述
4中变得明显,或通过本实用新型的实践了解到。附图说明
[0028] 本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
[0029] 图1为根据本实用新型实施例的热法炼磷的还原氧化炉的示意图,其中示出了与
其相连的用于将磷矿石熔融成熔体的熔融炉。
[0030] 图2为图1中的熔融炉的一个示例的剖视示意图。
[0031] 图3为图1中的热法炼磷的还原氧化炉的剖视示意图。
具体实施方式
[0032] 下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本实用新型,而不能解释为对本实用新型的限制。
[0033] 图1为根据本实用新型实施例的热法炼磷的还原氧化炉的示意图,其中示出了与其相连用于将磷矿石熔融成熔体的熔融炉。图2为图1中的熔融炉的一个示例的剖视示意图。图3为图1中的热法炼磷的还原氧化炉的剖视示意图。
[0034] 如图l-3所示,根据本实用新型的一个实施例的热法炼磷的还原氧化炉200包括:炉体50和喷枪,其中炉体50在其内部限定一空腔(炉腔)且具有出渣口、烟气出口 22、和用于将熔融的磷矿石加入到炉体50内的熔体进口 27,其中喷枪的一端插入到炉体50内。[0035] 如图1和2所示,熔融炉100用于预先将磷矿石熔融成熔体。然后,将熔体加入到还原氧化炉200内进行还原氧化反应,进而从还原氧化炉200内产生的烟气中提取气态五氧化二磷。
[0036] 由此,根据本实用新型的还原氧化炉200,仅在其中对已经熔融的磷矿石形成的熔体进行还原氧化反应,由此磷矿石熔融时产生的烟气与熔体进行还原氧化反应时产生的烟气不会混合,因此还原氧化炉200内烟气的杂质成分少,气态五氧化二磷的提取容易,纯度高,从而降低了成本。
[0037] 下面对向本实用新型的还原氧化炉200供应熔体的熔融炉100作一简要描述。需要说明的是,熔融炉100并不限于这里示出和描述的结构,只要能够将磷矿石熔融成熔体
的任何形式的熔融设备都可以,而且熔融炉ioo并非本实用新型的构成部分,这里的描述
仅仅是为了更好地理解本实用新型,而不能认为是对本实用新型的限制。[0038] 如图1和图2所示,在一个示例中,熔融炉100具有加料口 ll和熔体出口 14,加料口 11用于向熔融炉100内添加磷矿石,为了降低磷矿石的熔融温度,还可以向熔融炉100内添加硅石,例如磷矿石和硅石一同通过加料口 ll添加到熔融炉100内。熔体出口 14用于将熔融炉100内的熔体排出。
[0039] 如图1和2所示,熔融炉IOO还可以设有氧气天然气喷嘴12,图1中示出了两个氧气天然气喷嘴12,但并不限于此。氧气天然气喷嘴12用于向熔融炉100喷入氧气和天然气,以便熔融磷矿石。另外,如图2所示,还可以在熔融炉100的加料口 11处设置旋风加热器15,以便对加入到熔融炉100的磷矿石和硅石预热。
[0040] 熔融炉100内产生的烟气可以通过加料口 ll排出,当然,也可以在熔融炉100上设置单独的烟气排出口用于排放烟气。
[0041] 炉体50上的熔体进口 27与熔融炉100的熔体出口 14相连,以将从熔融炉100排出的熔体加入到炉体50内。
[0042] 需要说明的是,熔体进口 27与熔体出口 14相连,这里术语"相连"应作广义理解,例如熔体进口 27与熔融炉100的熔体出口 14可以通过下面描述的溜槽40相连,也可以通过管道相连,或者熔体进口 27位于熔融炉100的熔体出口 14下方,从熔融炉100的熔体出口 14排出的熔体可以直接流到熔体进口 27处。
[0043] 炉体50上的出渣口用于排出炉体50内的渣。还原出的单质磷经过氧化形成为五氧化二磷烟气,随炉体50内的其他烟气一起通过烟气出口22排出,然后可以从烟气中分离出五氧化二磷,用于制酸。
[0044] 如图1和3所示,根据本实用新型的一个示例,还原氧化炉200的喷枪包括顶吹喷枪21和侧吹喷枪26。顶吹喷枪21的下端从炉体50的顶部插入到炉体50内且始终位于炉体50内的渣液面28上方。顶吹喷枪21用于向炉体50内喷入空气,用于氧化从熔体内还原出的磷,从而生成五氧化二磷。如图3所示,顶吹喷枪21的上部设有空气供给管21a。此外,顶吹喷枪21还可以同时向炉体50内喷入天然气,天然气燃烧用于保温。顶吹喷枪21的上部设有天然气供给管21b。由于顶吹喷枪21的下端没有伸入到渣(和/或熔体)内。换言之,顶吹喷枪21为非浸没式顶吹喷枪,因此顶吹喷枪21不会自耗,使用寿命长,喷口不易堵塞,降低了成本和能耗,而且顶吹喷枪可以用水冷却,提高了冷却效率,而且不会发生浸没式顶吹喷枪用于水冷却时发生漏水而产生的爆炸,提高了安全性。[0045] 为了防止顶吹喷枪21意外浸入炉体50内的渣中,在炉体50上方还设有限位部件33,限位部件33能够限制顶吹喷枪21伸入炉体50内的最大深度,从而避免顶吹喷枪21浸入炉体50内的熔体内。限位部件33可以是任何合适的结构形式,例如可以是安装在顶吹喷枪21上的限位板和固定在炉体50顶部的限位块。
[0046] 侧吹喷枪26的一端从炉体50的侧面插入到炉体50内且位于熔体进口 27下面。侧吹喷枪26向炉体50内喷入氧气和粉煤或重油,粉煤或重油燃烧为还原反应提供所需热量,同时粉煤或重油提供还原反应所需要的还原剂碳。
[0047] 炉体50的出渣口分为上出渣口 23和位于上出渣口下面的下出渣口 24,其中下出渣口 24的位置低于所述侧吹喷枪26插入到炉体50内的一端,由此,炉体50内的渣液面能够降低到低于侧吹喷枪26,因此可以方便地更换侧吹喷枪26,因此无需将炉体50内的渣和/或熔体完全排空,无需停炉,提高了效率。
[0048] 如图3所示,熔体进口 27设置在炉体50的侧壁上并且位于炉体50内的渣液面28之下,由此,炉体50内的渣和/或熔体能够液封熔体进口 27,防止炉体50内的烟气经熔体进口 27外泄。
[0049] 如图1和3所示,根据本实用新型的一个示例,炉体50的外侧壁上设置有突出部29,突出部29的上表面设有凹槽30,凹槽30分别与熔体出口 14和熔体进口 27相连。[0050] 例如,凹槽30通过溜槽40与熔融炉100的熔体出口 14连通,熔融炉100内通过熔体出口 14排出的熔体通过溜槽40排放到凹槽30内,然后通过熔体进口 27流入炉体50内。为了保持凹槽30内的熔体的温度,在凹槽30上方设置有保温烧嘴31,保温烧嘴31例如可以喷出氧气和天然气,天然气燃烧以维持凹槽30内的熔体的温度。[0051] 如图3所示,熔体进口 27通过倾斜的通道32与凹槽30相连。突出部29可以与炉体50的炉壁一体形成,例如由耐火砖制成。需要理解的是,虽然通道32和熔体进口 27在这里描述为两个部件,通道32也可以看作是熔体进口 27的一部分,即整个通道32作为形成在炉体50的炉壁内的熔体进口 27。当然,如果将熔体进口 27和通道32看作是分别独立的部件,那么熔体进口 27可以看作通道32的下端开口。
[0052] 通过将通道32设置为倾斜的通道,使得熔体进口 27的高度能够降低,依靠熔体就能够密封熔体进口 27,无需额外进行密封,并且熔体能够依靠自重流入到炉体50内。[0053] 为了排出炉体50内的少量磷铁,炉体50还设有位于出渣口下面的磷铁出口 25,用于排出沉积在炉体50下面的少量磷铁用于回收。
[0054] 下面简单描述利用根据本实用新型实施例的还原氧化炉200炼磷的过程。[0055] 首先,将磷矿石从熔融炉100上部的加料口 11加入到熔融炉100内,同时,为了降低磷矿石的熔点,向熔融炉100还加入硅石熔剂,磷矿石与硅石可以一起加入,也可以分别加入。此外,利用加料口 11处设置的旋风加热器15对磷矿石和硅石进行预热。旋风加热器15可以使用任何现有的旋风加热器,这里不再详细描述其结构。
[0056] 然后,通过氧气天然气烧嘴12向熔融炉100内喷入氧气和天然气,天然气燃烧以提供熔融磷矿石所需的热量。
[0057] 当加热温度达到145(TC时磷矿石开始熔融,在加热温度达到1550-160(TC以上时,熔融的速度加快,熔融过程中产生的烟气主要包括HF、 SiF4、 H20、 C02、 CO (少量)、P2 (少量)、粉尘,烟气通过加料口 ll排出。当然也可以通过另外设置在熔融炉100顶部的专用出烟口排出烟气。
[0058] 在熔融炉100内熔融的磷矿石熔体通过熔体出口 14经由溜槽40排放到凹槽30内,保温喷嘴31对凹槽30内的熔体保温,凹槽30内的熔体通过倾斜的通道32经熔体进口27流入到炉体50内。
[0059] 通过侧吹喷枪26向炉体50内喷入氧气和煤粉(或重油),煤粉燃烧提供还原反应所需的热量,同时一部分煤粉用作从磷矿石内还原磷的还原剂,还原氧化炉200内(更具体地说在炉体50内)的还原反应式如下:[0060]
汽温
Ca10F2 (P04) 6+15C+9Si02 ► 3/2P4+15CO+CaF2+9CaO • Si02
[0061] 同时,通过顶吹喷枪21向炉体50内渣液面28的上方喷入天然气和空气,天然气燃烧保持炉体50内渣液面28上方的温度,空气中的氧气与从熔体和渣内逸出的气态磷反应生产五氧化二磷。同时,熔体和渣内逸出的还原反应中产生的少量CO气体被进一步氧化为C02。
[0062] 炉体50内的烟气主要包括P205、 C02、 CO、 N02,经炉体50顶部的烟气出口 22排出。从所述烟气中分离出五氧化二磷,可以用于制磷酸。
[0063] 与现有技术相比,在还原氧化炉200内不再进行磷矿石的熔融而直接对已经熔融的熔体进行还原和氧化,因此磷矿石熔融产生的烟气与还原氧化炉200还原和氧化产生的烟气不会混在一起,因此含五氧化二磷的烟气的成分减少,从而五氧化二磷的提取变得容易,纯度高,成本低。
[0064] 炉体50生成的渣通过上出渣口 23排出。当需要更换侧吹喷枪26时,通过下出渣口 24将炉体50内的渣液面28降低到低于侧吹喷枪26,从而容易地更换侧吹喷枪26。[0065] 当炉体50底部的磷铁达到一定量时,可以通过磷铁出口 25排出,用于回收利用。[0066] 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
8

Claims (10)

  1. 一种热法炼磷的还原氧化炉,其特征在于,包括:炉体和喷枪,其中所述炉体具有出渣口、烟气出口、和用于将熔融的磷矿石熔体加入到炉体内的熔体进口,其中所述喷枪的一端插入到炉体内。
  2. 2. 如权利要求1所述的热法炼磷的还原氧化炉,其特征在于,所述喷枪包括顶吹喷枪 和侧吹喷枪,所述顶吹喷枪的下端从炉体的顶部插入到炉体内且始终位于炉体内的渣液面 上方,所述侧吹喷枪的一端从炉体的侧面插入到炉体内且位于熔体进口下方。
  3. 3. 如权利要求2所述的热法炼磷的还原氧化炉,其特征在于,所述出渣口包括上出渣 口和位于上出渣口下面的下出渣口,其中下出渣口的位置低于所述侧吹喷枪插入到炉体内的一端。
  4. 4. 如权利要求2所述的热法炼磷的还原氧化炉,其特征在于,炉体上方设有限制顶吹 喷枪下端插入炉体内的深度的限位部件。
  5. 5. 如权利要求1所述的热法炼磷的还原氧化炉,其特征在于,所述熔体进口位于炉体 内的渣液面之下。
  6. 6. 如权利要求5所述的热法炼磷的还原氧化炉,其特征在于,所述炉体的外侧壁上设 有突出部,所述突出部的上表面设有凹槽,所述熔体经由所述凹槽进入所述熔体进口。
  7. 7. 如权利要求6所述的热法炼磷的还原氧化炉,其特征在于,所述熔体进口通过倾斜 的通道与所述凹槽连通。
  8. 8. 如权利要求5所述的热法炼磷的还原氧化炉,其特征在于,所述凹槽上方设有保温 烧嘴。
  9. 9. 如权利要求1所述的热法炼磷的还原氧化炉,其特征在于,所述熔体进口与溜槽相 连以通过溜槽经由熔体进口将熔体加入到炉体内。
  10. 10. 如权利要求1所述的热法炼磷的还原氧化炉,其特征在于,所述炉体进一步设有位 于出渣口下面的磷铁出口。
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