專利名稱：磷礦置換法生產(chǎn)磷酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以二氧化硅在高溫熔融狀態(tài)下置換出磷礦中的P20s及生產(chǎn) 磷酸的化工工藝方法。
背景技術(shù)：
目前，公知的以專利號(hào)931114470為代表的窯法磷酸生產(chǎn)工藝方法，是將 磷礦粉、碳粉(焦碳粉或煤粉)、硅石粉按一定比例配料、混合、成球(或成型)、 烘干后，用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行還原，氧化煅燒反應(yīng)。物料從回轉(zhuǎn)窯高端加入窯內(nèi)，低 端噴入煤粉和空氣加熱，并排出固體爐渣，爐氣從窯高端排出并導(dǎo)入水合吸收 裝置進(jìn)行水合反應(yīng)而得磷酸。反應(yīng)式為Ca3(P04)2+ 5C + 3Si02 — 3CaSi03 + P2 + 5CO， P2+ 2i/2 P205， P2O5+3H20 — 2H3P04，現(xiàn)有窯法磷酸生產(chǎn)工藝主
要存在反應(yīng)時(shí)間長，磷還原率低，流程長，爐氣含粉塵量大，反應(yīng)溫度要求嚴(yán) 格(溫度低了反應(yīng)無法進(jìn)行，溫度高了物料熔化粘附窯壁產(chǎn)生結(jié)圈，使回轉(zhuǎn)窯 無法運(yùn)行，物料加不進(jìn)去)，設(shè)備投資大，窯前后倉密封困難，影響窯內(nèi)反應(yīng)氣 分的不足。至今國內(nèi)還無任何窯法磷酸生產(chǎn)裝置能夠長期連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，使 現(xiàn)有窯法磷酸工藝技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用實(shí)施受阻多年至今。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有窯法磷酸生產(chǎn)工藝方法存在的不足，本發(fā)明采用二氧化硅做
置換劑，在旋流窯中高溫熔融狀態(tài)下，直接將磷礦中的P20s置換出來，經(jīng)水合 吸收獲得磷酸，磷礦中的氧化鈣與二氧化硅化合成熔融狀態(tài)的硅酸鈣爐渣，熔
融爐渣中添加2%左右的堿金屬鈉、鉀氧化物或鹽類，可用常規(guī)的噴吹或離心拉
絲，制得礦渣棉保溫、輕質(zhì)材料。本發(fā)明方法省去了磷礦P20s的還原反應(yīng)、磷
蒸氣的氧化反應(yīng)，節(jié)省了還原用碳，省去了礦料的成球(成型)、烘干工序和相 關(guān)設(shè)備，旋流窯的密封性好，無運(yùn)動(dòng)部件，使反應(yīng)氣分控制簡單，爐氣粉塵含
量較回轉(zhuǎn)窯減少90%以上，且能安全、密封、穩(wěn)定、長期可靠運(yùn)行(旋流窯專 利申i青號(hào)2008200817991)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是將磷礦粉和硅石粉按磷礦 中CaO量/SiO2量-0.9 1.85 (均按干基重量比計(jì))進(jìn)行配料、混合而成礦物料 粉。磷礦粉、硅石粉的細(xì)度均應(yīng)大于80目。用預(yù)熱至300。C以下的一次熱空氣 將煤粉經(jīng)定量加料器和旋流窯上的蝸殼式一次風(fēng)煤噴咀噴入窯內(nèi)，使煤粉強(qiáng)烈 燃燒并在窯內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，維持窯內(nèi)反應(yīng)溫度1400 160(TC后，用預(yù)熱至300°C 以上的熱空氣將配好混均的礦料粉經(jīng)定量加料器和旋流窯上的蝸殼式二次風(fēng)物 料噴咀噴入窯內(nèi)，礦料粉在窯內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)并在高溫氣流和火焰上被迅速熔融、旋流混合，使二氧化硅與磷礦粉充分接觸并發(fā)生置換反應(yīng)。不揮發(fā)的煤灰、硅 酸鈣等物料被熔化成液態(tài)，受離心力作用而被拋向窯內(nèi)壁上，形成旋轉(zhuǎn)狀的液 膜，較粗的煤粒在液膜上旋轉(zhuǎn)燃燒，液膜受重力影響，流向熔渣排出口并排出 窯外作后處理利用。燃煤廢氣和置換反應(yīng)產(chǎn)生的P205氣體在旋流窯中被不斷壓 向爐氣出口處，受爐氣出口的限流和阻擋作用，使含粉塵較多的外層氣流被阻 擋并返回窯的中部繼續(xù)燃燒熔融和反應(yīng)，只有含粉塵量極少的中心內(nèi)層爐氣才 能通過爐氣出口而被排出并導(dǎo)入換熱器中。經(jīng)換熱器換熱降溫后的爐氣導(dǎo)入水 合吸收裝置內(nèi)，用稀磷酸溶液循環(huán)噴淋吸收爐氣中的PA氣體而獲得磷酸，經(jīng)精 制凈化后可得工業(yè)級(jí)或食品級(jí)磷酸產(chǎn)品。水合吸收后的余氣導(dǎo)入尾氣凈化裝置， 用尾氣處理循環(huán)池中的堿性溶液循環(huán)噴淋洗滌，經(jīng)凈化后的余氣用引風(fēng)機(jī)排入 大氣中，燃煤空氣數(shù)為0.9—1.1 (實(shí)際用空氣總量/理論用空氣總量=0.9— 1.1，均按常溫、常壓及煤成分計(jì)算理論空氣用量)，煤粉細(xì)度4—10目左右。
噴粉一次空氣用量為實(shí)際空氣總量的20—30%，噴礦料粉二次空氣用量為實(shí)際空 氣總量的70—80%。本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)式如下
1、 磷礦粉與硅石粉的高溫置換反應(yīng)式
A、 Ca3(P04)2+3Si02 — 3CaSi03+P2Os t
B、 Ca3(P04)2+2Si02 — Ca3Si207+P2Os t
2、 五氧化二磷水合吸收的反應(yīng)式 P205+3H20 —
本發(fā)明的有益效果是采用二氧化硅高溫直接置換出磷礦中的P205，省去 了現(xiàn)有窯法磷酸工藝的還原成磷，磷再氧化的化學(xué)反應(yīng)過程，使操作氣分和控 制方法變得易行、簡單，節(jié)省了還原用碳，使?fàn)t氣流量減少，帶走的熱量降低， 爐氣中粉塵含量較回轉(zhuǎn)窯可降低90%以上;采用熱空氣直接輸送粉料入旋流窯， 較現(xiàn)有窯法磷酸工藝省去了成球、烘干工序和相關(guān)設(shè)備，使工藝流程精簡，設(shè) 備投資可減少60%左右。采用旋流窯進(jìn)行高溫置換反應(yīng)設(shè)備，具有固定安裝、 無運(yùn)動(dòng)部件，密封性好，單位窯容積的發(fā)熱強(qiáng)度高，反應(yīng)速度極快，能安全、 穩(wěn)定、可靠、連續(xù)及運(yùn)行期長的特點(diǎn)。高溫熔融爐渣添加鉀、鈉堿金屬的氧化 物或鹽類，可方便地噴吹或離心拉絲制成礦渣棉產(chǎn)品，使?fàn)t渣帶出熱量得到充 分利用，可使廢渣實(shí)現(xiàn)零排放，本發(fā)明無工藝廢水產(chǎn)生及排放，排放尾氣是C02、
^,02,對(duì)大氣環(huán)境基本無影響。本發(fā)明較現(xiàn)有窯法磷酸工藝(單位時(shí)間、單位 窯容積相比較)，發(fā)熱量提高40多倍，生產(chǎn)效率提高50余倍，實(shí)施本發(fā)明，如 將旋流窯多臺(tái)串聯(lián)或并聯(lián)，可使磷酸年產(chǎn)能力在1000噸或80萬噸范圍任意組 合其規(guī)模。


附圖名稱磷礦置換法生產(chǎn)磷酸工藝流程簡圖
圖中，(1)旋流窯，(2)旋流窯爐氣排出口， (3)熔渣排出口， (4)煤粉 定量加料器，(5)礦料粉定量加料器，(6)熱空氣調(diào)節(jié)閥，(7)高壓風(fēng)機(jī)，(8) 換熱器，(9)水合吸收裝置，(10)尾氣凈化裝置，(11)排空管，(12)引風(fēng)機(jī)， (13)尾氣處理循環(huán)池，(14)尾氣處理循環(huán)泵，(15)磷酸循環(huán)池，(16)磷酸 循環(huán)泵，(17)粉塵排出口。
具體實(shí)施例方式
煤粉經(jīng)加料器(4)用預(yù)熱至30(TC以下的空氣噴入旋流窯(1)內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn) 燃燒，控制空氣系數(shù)1.05，噴煤粉空氣量占總空氣用量的20%，煤粉細(xì)度為6 目通過率60%。當(dāng)窯(1)內(nèi)溫度達(dá)到1450'C時(shí)，將礦物粉經(jīng)定量加料器(5) 用預(yù)熱空氣噴入旋流窯(1)內(nèi)，進(jìn)行高溫熔融置換反應(yīng)，保持旋流窯內(nèi)的溫度 為1450—160(TC。按磷礦中CaO量/Si0^1.35(以干基重量比計(jì))，進(jìn)行磷礦粉 和硅石粉的配料即硅石粉量《a0/1.35-磷礦中Si02量+硅石中Si02的含量?？?制噴礦料粉的二次空氣量為總空氣量的80%，燃煤廢氣和置換反應(yīng)產(chǎn)生的P205 氣體經(jīng)旋流窯爐氣排出口 (2)排入換熱器(8)內(nèi)，經(jīng)換熱器(8)降溫后的爐 氣導(dǎo)入水合吸收裝置(9)內(nèi)，用磷酸循環(huán)池(15)內(nèi)的稀磷酸經(jīng)循環(huán)泵(16) 泵入裝置(9)內(nèi)循環(huán)吸收爐氣中的&05而獲得磷酸溶液并流入循環(huán)池(15)內(nèi)。 水合吸收后的余氣導(dǎo)入尾氣凈化裝置(10)內(nèi)，用尾氣處理循環(huán)池(13)內(nèi)的 堿性溶液(如10%的NaOH水溶液)經(jīng)循環(huán)泵(14)泵入尾氣凈化裝置(10)內(nèi) 對(duì)余氣進(jìn)行循環(huán)噴淋洗滌，洗滌液返回循環(huán)池(13)內(nèi)循環(huán)使用。凈化后的余 氣由引風(fēng)機(jī)(12)經(jīng)放空管(11)排入大氣中。高溫置換反應(yīng)后的熔渣經(jīng)熔渣 排出口 (3)排出窯外，添加2%左右的堿金屬鈉、鉀氧化物或鹽類，可噴吹或 離心拉絲制成礦渣棉產(chǎn)品。常溫空氣由高壓風(fēng)機(jī)(7)壓入換熱器(8)內(nèi)進(jìn)行 換熱預(yù)熱，供噴煤粉和噴礦料粉使用，熱空氣量由熱空氣調(diào)節(jié)閥(6)進(jìn)行調(diào)節(jié) 噴煤和噴礦料粉的空氣用量。換熱器(8)內(nèi)產(chǎn)生的粉塵經(jīng)粉塵排出口 (7)排 出返回配料使用。當(dāng)磷酸循環(huán)池(15)內(nèi)的磷酸含量達(dá)到86%左右時(shí)，可泵出 部分進(jìn)行精制凈化處理而得工業(yè)級(jí)或食品級(jí)磷酸產(chǎn)品。泵出循環(huán)池(15)內(nèi)的 部分磷酸后，應(yīng)補(bǔ)加相應(yīng)的清水于循環(huán)池(15)內(nèi)，使余下的磷酸被稀釋后供 水合吸收使用。
權(quán)利要求
1. 一種磷礦置換法生產(chǎn)磷酸的方法，是用二氧化硅做置換劑，在高溫熔融狀態(tài)下，直接將磷礦中的P2O5置換成氣體并水合吸收獲得磷酸，磷礦中的氧化鈣與二氧化硅化合成硅酸鈣熔融爐渣，其反應(yīng)式為Ca3(PO4)2+3SiO2→3CaSiO3+P2O5↑，Ca3(PO4)2+2SiO2→Ca3Si2O7+P2O5↑，P2O5+3H2O→2H3PO4，其特征是按磷礦CaO量/SiO2量＝0.90—1.85(均按重量比計(jì))進(jìn)行配料，磷礦粉、硅石粉細(xì)度≧80目，燃煤空氣系數(shù)為0.9—1.1，煤粉細(xì)度4—10目，保持高溫熔融置換反應(yīng)的溫度為1400—1600℃。
全文摘要
一種磷礦置換法生產(chǎn)磷酸的方法，是將二氧化硅和磷礦粉，于旋流窯中進(jìn)行高溫熔融置換反應(yīng)，置換出的P₂O₅氣體，經(jīng)水合吸收精制凈化后，獲得工業(yè)級(jí)或食品級(jí)磷酸產(chǎn)品，熔融爐渣添加鉀、鈉堿金屬氧化物或鹽類，噴吹拉絲可制得礦渣棉產(chǎn)品，本發(fā)明較現(xiàn)有窯法磷酸工藝相比，省去了磷礦的還原、磷的氧化反應(yīng)，省去了礦料的成球(成型)、烘干工序及設(shè)備，節(jié)省了還原用碳，節(jié)約設(shè)備投資60％左右，爐氣粉塵減少90％，單位窯容積、單位時(shí)間的生產(chǎn)能力提高50余倍，反應(yīng)速度提高20倍以上，具有流程精簡、操作控制簡單、易行、可靠、穩(wěn)定的特點(diǎn)，工藝過程無廢渣、廢水產(chǎn)生及排放，放空尾氣對(duì)大氣基本無影響，適宜年產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸1000噸至80萬噸磷酸生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)施使用。
文檔編號(hào)C01B25/18GK101412507SQ20081023352
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者李興德 申請(qǐng)人:李興德