[发明专利]一种分解磷矿石生产磷酸的方法

说明书

本发明公开了一种分解磷矿石生产磷酸的方法，采用侧吹炉作为磷矿分解炉，侧吹炉分为氧化区和还原区两部分。两部分的气相段由隔墙完全隔开，而且隔墙仅深入熔体液面下。将侧吹炉产生氧化反应的气体和产生还原反应的C质分别从侧吹炉的两侧喷入熔体中，将碳热反应还原区与P₄和CO混合气体氧化反应区完全分开，还原区产生的P₄和CO混合气体引入熔体段的氧化区循环利用，熔体段的氧化反应和还原反应之间可直接传热，使氧化反应热尽可能的全部传递和抵消还原反应的消耗热，以实现利用自身反应热来分解磷矿石并保证较高的磷矿石分解率，节约能源的同时提高磷酸产品的出率。

技术领域

本发明涉及一种冶金领域中处理磷矿石的技术，具体涉及一种分解磷矿石生产磷酸的方法。

背景技术

热法处理磷矿工艺是在电炉中把加入碳(煤)质的磷矿石熔融还原并产生P₄(黄磷)、CO和CaSiO₃熔渣的火法冶金工艺。该技术最早于1888年在英国试生产成功，之后相继在法国、美国等国成功实现了工业化生产运行而被世界熟知并采用。由于磷矿熔融还原过程的碳热反应是为高能耗的吸热反应，需要消耗大量的电能。因此，电炉法制黄磷技术是一种非常不经济的磷矿冶炼工艺，也是种被逐步淘汰的工艺。

尽管如此，人们注意到该碳热反应生成的P₄(黄磷)是制备磷酸的产品原料。生成含有CO的磷蒸汽需要和O₂反应才能产生易于被水吸收的P₂O₅。由于氧化过程还有大量的CO反应生成CO₂，导致P₄、CO与O₂发生反应的放热量是碳化反应吸热量的1.7倍。如果这么可观的热效应被用来加热使磷矿升温并提供碳热反应的吸收热，那将会极大地降低磷矿火法冶金的高能耗。

在国内，将氧化反应热用于磷矿火法冶金的工艺主要开始于上世纪80年代末。其主要有长沙矿冶研究院发明的回转窑法(隧道窖法制磷酸，ZL89100292.8)和原化工部化肥研究所和南化设计院发明的隧道窑法(异型回转窑生产磷酸的方法：ZL 90105433.X)。这两种方法在间歇性工业试验中都获得了成功，这说明磷矿火法处理工艺在理论上的正确性。但是，它们在工业化放大实验过程中都遇到了难以克服的问题。如：回转窑法工艺中焦炭容易过早氧化，结圈问题严重；隧道窑内砖块容易被熔融变形并损坏烧制设备。这些原因都导致窑法磷矿分解技术难以维持工业化的稳定运行。

鉴于以上原因，在借鉴转炉炼钢的基础上，又有人回到采用熔融法分解磷矿的冶炼工艺。不同的是，熔融过程采用的不是电炉，而是用O₂氧化P₄和CO的生成热供给磷矿碳热还原吸热的冶金炉。在国内，有热回收功能的熔融法工艺主要有以郭占成为主要发明人提出的“熔融还原热法制取磷酸及磷酸盐的工艺(ZL 97100773.X)”和以李进为主要发明人提出的“磷矿石直接生产五氧化二磷的方法(200710050249.3)，磷矿石熔融生产五氧化二磷的方法(200710050247.4)”。但这几种熔融法工艺在磷矿碳热还原反应过程中生成的CaSiO₃在高温下与P₄的氧化反应产物P₂O₅又能继续发生反应，并重新转化成Ca3(PO4)2和SiO2两种起始反应物，从而严重影响磷矿石的分解转化率。即这几种熔融法工艺均存在磷矿石分解转化率低的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用自身反应热来分解磷矿石，在节约能源的基础上还能保证较高磷矿石分解率的方法。

本发明提供的这种分解磷矿石生产磷酸的方法，技术方案如下：

采用侧吹炉作为磷矿分解炉，反应炉分为氧化区和还原区两部分。两部分的气相段由隔墙完全隔开，而且隔墙仅深入熔体液面以下二十公分左右。隔墙以下氧化区和还原区的液态熔体完全连通，这样能使侧吹炉氧化区与还原区的熔体能够直接接触进行热传导。