[发明专利]一种混合碳源熔融还原中低品位磷矿的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用混合碳源熔融还原中低品位磷矿的方法，属磷酸制取技术领域。

技术背景

热法磷酸相比于湿法磷酸污染小，纯度高，能够有效利用低品位磷矿并且可以进一步用于制备食品级磷酸和电子级磷酸盐制品，应用范围宽泛，市场需求也越来越大。热法磷酸的发展主要受限于能耗过大，生产效益差。郭占成(中国专利公开号CN1160018A)针对这一核心问题提出了熔融还原热法磷酸新工艺，并且通过对能源消耗进行分析证明熔融还原法的成本要比传统电炉法低的多，这一突破性的研究大大提高了热法磷酸的市场竞争力。

熔融还原SR法(Smelting Reduction)源于炼铁技术，是指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态体的工艺过程，即在熔融状态下完成还原反应(还原铁矿石)的工艺方法。熔融还原工艺起源于20世纪30年代的Basset生铁水泥法，该方法是一直采用回转窑同时生产铁水和水泥熟料的方法；后续发展为Elred法、Inred法和Plasmasmelt法，开始使用电力作为还原反应所需要的热能；在20世纪80-90年代熔融还原工艺主要有Corex法、DIOS法、HIsmelt法以及Romelt法等，其中Corex法应用最为广泛，在其他熔融还原技术还处在中间试验和研究阶段的时候，该工艺已经日臻完善。

相对于炼铁而言,熔融还原炼磷更容易实现。熔融还原炼铁存在预还原与终还原的衔接问题,对熔融终还原炉,不仅要求得到合格成分的铁水,而且对煤气成分、数量和温度都有严格的限制,以满足预还原的要求。此外,熔融还原炼铁目前的主要技术难点是F₂O₅含量的炉渣对炉衬的侵蚀和高二次燃烧率下防止金属的再氧化。而一段法熔融还原热法磷酸工艺不存在如上问题,而且它只需对炉气进行回收处理,因此过程操作弹性大、容易实现。

虽然熔融还原磷矿工艺大幅降低了热法磷酸的能耗，但是利用该工艺进行工业生产的企业寥寥无几，熔融还原磷矿工艺的反应温度仍需达到1450℃左右，还原率才能达到95％以上。大多数企业更愿意使用生产成本低的湿法磷酸工艺，熔融还原磷矿的工艺需要进一步深化研究，尝试将反应温度降到更低。

在中国实用新型专利说明书CN101092654A中阐述了利用熔融还原法对高磷矿进行脱磷处理的方法，该方法同样使用了熔融还原工艺，但是该方法与本发明目的不一样，最重要的是该方法反应温度仍然需要达到1500℃左右，对于反应温度要求较高，从而反应装置的要求也更高，不利于节约成本。在中国实用新型专利说明书CN101157448A中阐述了直接还原磷矿制取高浓度磷酸的方法，同样是为了还原磷矿，反应温度仍然维持在1450℃。

发明内容

本发明针对现有熔融还原磷矿工艺反应温度高，生产成本任然大幅度高于湿法磷酸的弊端，提出了一种使用混合碳源熔融还原磷矿的方法。利用本发明可以大幅度降低反应温度，提高还原率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种混合碳源熔融还原中低品位磷矿的方法，其特征在于：将混合碳源、助熔剂和磷矿粉分别进行筛分，均筛分到120～180目，将三者干燥后混合均匀加入到石墨坩埚中，待反应电炉加热到指定温度1150～1300℃时放入石墨坩埚进行还原反应，待反应0.8～1.5小时后取出，用喹钼柠酮重量法测定磷含量，计算还原率；其中反应炉中还原得到的磷蒸汽在电炉内部上方的燃烧发生氧化生成P₂O₅，P₂O₅经过吸收装置进行吸收获得磷酸。

按上述方案，混合碳源是分别用石墨、活性炭和焦炭中的任意两种进行混合，配比范围为：石墨和活性炭按质量比1:0.15～0.75进行混合，石墨和焦炭按质量比1：0.5～4.5进行混合，活性炭和焦炭按质量比1:0.5～1.5进行混合。

按上述方案，混合碳源是用石墨、活性炭和焦炭三种进行混合，配比范围为：石墨和活性炭及焦炭按质量比1:0.15～0.75:0.05～0.1或1:1～2.5:3.5～5.5进行混合。

按上述方案，混合碳源的碳过剩系数为1.0～2.6(碳的用量为混合物料中P₂O₅还原所需固定碳理论用量的1.0～2.6倍)，助熔剂为二氧化硅，其中硅与磷矿粉中钙摩尔比范围为1.0～3.5。

本发明具有以下优点：

1)本发明极大地提高了熔融还原中低品位磷矿的反应效率，还原磷矿的能力明显增强，还原率达到95％以上；