[发明专利]直接还原中低品位磷矿制取高浓度磷酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磷酸和水泥、建材生产技术领域，特别是一种采用中低品位磷矿直接制取高浓度磷酸(和副产品水泥、建材制品)的方法。

背景技术

工业化生产磷酸的主要方法以下几种：(1)以黄磷为原料，经氧化燃烧、水合吸收制取磷酸；该方法制得的产品质量好、浓度高但其原料生产需消耗大量的电能和中高品位的磷矿，能耗高、成本高，常规称为热法磷酸。(2)用硫酸分解磷矿制取磷酸；该方法生产成本相对较低，但需要消耗大量的硫酸和优质磷矿石，产品质量差，酸浓度低，一般只用于生产肥料，难以满足工业磷酸盐生产用酸要求。而且以上两种生产方法均有大量的固体废渣排放，给环境造成很大压力。

目前已有新的窑法磷酸生产工艺报道，但其原料配方均需添加大量的高纯度硅石和粘结剂，烧渣中硅高钙低难于满足水泥熟料要求，一般需补加大量的熟石灰；同时配方中磷含量较低，设备产能低。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用中低品位磷矿直接制取高浓度磷酸(和副产品水泥、建材制品)的方法。其矿石磷利用率超过90％，所得磷酸可直接用于部分磷酸盐生产，其烧渣直接或添加少量熟石灰、石膏就能作为水泥或建材制品。

本发明的目的是这样实现的：直接还原中低品位磷矿制取高浓度磷酸并副产水泥、建材制品的方法是：

将中低品位磷矿石(P₂O₅：17-22％，SiO₂：21-27％)、硅藻土(SiO₂≥68％)、焦碳或煤(固定碳含量≥75％)三种原料按1∶0.01-0.96∶0.1-0.3的比例混合后，研磨成80％以上通过200目的粉，再喷加5-8％的水和0-1％的木质磺酸盐压制成料坯，经380℃-500℃烘干后，再浸渍1-2层釉料作为包裹剂，加入窑内预热到1150℃以上，在1250-1450℃使料坯中的焦碳或煤与磷矿发生反应生成磷蒸气P₄和一氧化碳气体，再往窑内补加入空气使磷蒸气P₄和一氧化碳气体进一步氧化成P₂O₅和二氧化碳混合窑气，把高温混合窑气抽出来经除尘后，引入水合吸收塔用循环磷酸吸收制得磷酸。反应完毕的料坯经冷却换热后即为水泥熟料或建材制品。

本发明的工作原理如下：

本发明是以工业炉窑为主要反应设备来完成磷矿粉的还原和单质磷的氧化反应，通过对窑气水合吸收来制取磷酸。磷矿粉的还原用焦碳或煤作为还原剂，加入硅藻土作为助剂参与还原反应，生成硅酸钙(C_aO·SiO₂)，铝酸三钙(3C_aO·AI₂O₃)，反应如下：

4Ca₅F(PO₄)₃+30C+18SiO₂+AI₂O₃→17C_aO·SiO₂+3C_aO·AI₂O₃+3P₄↑+30CO↑+SiF₄↑反应产生的磷蒸气和一氧化碳气体在窑内供给定量的空气使其发生氧化反应：P₄+5O₂→2P₂O₅↑+ΔH

2CO+O₂→2CO₂↑+ΔH

磷蒸气和一氧化碳气体和空气中的氧气发生反应放出大量的热，用于维持还原反应的温度，基本不用外加热量。为了防止料坯中的碳被过早氧化，将烘干后的料坯再浸渍1-2层硅酸盐混合物包裹剂，并控制窑内的气氛为弱氧化气氛。

本发明配料利用硅藻土代替硅石，硅藻土活性SiO₂含量高，反应活性好，对还原用煤适应性强，固可以减少加入量，提高混合料坯中的磷含量提高装置的生产能力；SiO₂加入量减少后，料坯中的C_aO/SiO₂增大，更能满足水泥熟料的要求；制坯时基本不用加粘结剂。

具体实施方式

实施例1：