[发明专利]黄磷生产用原料磷矿的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷矿石的制备方法，具体涉及一种利用磷矿粉制备黄磷生产用磷矿的烧结方法，属于磷化工技术领域。

背景技术

黄磷是磷化工的基础原料，其生产工艺较为简单，是将磷矿石、硅石和焦炭按一定比例和粒度放入电炉里，在1300℃的高温下发生分解、还原反应，磷蒸汽与炉尘一起被冷却、漂洗后得到产品，高温炉渣则直接从电炉中排出。生产原理是磷矿石在高温下，被碳还原生成元素磷，经收集后得到产品P₄。

磷矿石是黄磷生产的主要原料，矿石质量的好坏直接影响到电炉的操作和工艺指标，即影响到黄磷的产量、质量、能耗、成本和经济效益。

磷矿石组分除了P₂O₅组份外，还有CaO、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、CO₂、F等组分。SiO₂是参与磷矿还原反应的有用成分之一，在炉料中控制炉渣的酸度指标SiO₂/CaO（质量比）在0.75～0.85范围内，可以使炉料有较低的熔融温度，促使反应向生成磷的方向进行，在配料时通常需要添加硅石以补充中SiO₂含量的不足；碳酸盐是黄磷生产中的有害因素，大量碳酸盐的存在会导致炉内温度下降，同时，碳酸盐分解后放出的CO₂与反应区升华出的磷蒸汽作用生成磷的低价氧化物，如P₃O₄，P₂O₃等带来磷的损失，降低了磷的回收率，碳酸盐的分解和CO₂的还原，还要消耗能量，磷矿石中CO₂含量每增加1%，如果全部还原成CO，每吨黄磷将增加电耗200kwh，多耗焦炭29kg。

生产黄磷对炉料除化学成分有要求外，还有一定粒度要求，炉料粒度的大小会直接影响电炉内反应的正常进行。炉料粒度符合工艺要求是保证炉气能均匀排出电炉的重要条件，而且还能获得正常炉气温度和含尘量，提高黄磷质量，减少泥磷出量。生产实践表明，功率大小不同的黄磷电炉，对炉料粒度也有不同的要求。例如，黄磷电炉功率在2000-5000KVA时，磷矿石的粒度应控制在4—25mm，硅石粒度应该与磷矿石的粒度一致，焦炭的粒度应控制在3-15mm，所有入炉原料都不应含有3mm以下的细粉。

目前大多数的黄磷生产企业为了降低黄磷的生产成本，磷矿原料以矿山开采的天然块矿为主，天然块矿品位高，P₂O₅含量在28%以上，能直接用于黄磷生产，但天然块矿中二氧化碳含量高，导致在黄磷生产过程中大量电能用于二氧化碳的分解，增加了黄磷生产的电耗和成本。同时在磷矿开采过程中所产生的粉矿量约占开采量的50%，由于粉矿品位较低（P₂O₅含量低），细度小于3mm的细粉都不能入炉生产黄磷，因此造成了磷矿石粉矿的大量浪费。随着磷矿资源的日益枯竭、贫化，仍旧使用天然块矿来生产黄磷不仅成本越来越高，也不太现实，因此对黄磷生产用磷矿原料进行处理势在必行。

黄磷生产对原料矿石有品位要求和粒度要求，因此采用磷矿石粉矿造块用做黄磷生产用的矿石原料是最好的选择。因为在矿山开采过程中会产生约占开采量50%的磷粉矿，同时在运输干燥过程中也会产生矿粉，该粉矿都没有得到有效利用，造成了资源的大量浪费。

目前对于粉矿造块存在两种工艺技术，一种是球团法，一种是瘤结法。瘤结法是将碎屑磷矿在回转窑中于1200～1400℃高温下煅烧，使得矿石粒子相互粘聚成为球体，同时矿石中的有机物、二氧化碳和10%～30%的氟在煅烧过程中被排出，经冷却、破碎、筛分后得到合格粒径的瘤结料，筛下的细料返回系统中重新煅烧。该方法使物料在回转窑内结圈和结窑皮时很难处理，且劳动条件差，热利用率低，燃料消耗大，电炉尾气只能满足需要量的一半左右，因此处理费用较高，该方法使用黏土作为粘接剂使磷矿品位下降，同时导致黄磷生产时炉渣量增加。60年代新建设装置基本上不采用该工艺。