CN1243687C - 磷矿热法制磷酸和水泥的方法 - Google Patents

Abstract

一种“磷矿热法制磷酸和水泥的方法”，是将磷矿石、煤炭、硅石、铝矾土烘干磨细、造粒、干燥，于旋转窑中煅烧反应，反应炉气经除尘、水合吸收、净化处理后得磷酸产品，煅烧反应后的炉渣添加熟石膏、生石灰并磨粉即得水泥产品。工艺过程无废渣、废水产生，余气符合环保排放要求。磷酸成本较电热法制酸节约50%以上；水泥成本较常规水泥节约60%左右的费用。磷酸质量符合GB2091-92国标指标；水泥质量达325标号以上，适宜水泥联产磷酸及有磷矿资源地方新建厂的实施使用。

Description

磷矿热法制磷酸和水泥的方法

一、技术领域：本发明涉及一种生产磷酸及联产水泥的环保工艺新方法

二、背景技术：目前国内生产磷酸的主要工艺方法有：以电炉黄磷产品为原料，经燃烧氧化、水合制得磷酸产品的热法及以无机酸(硫酸、盐酸等)与磷矿粉反应，置换出磷酸和磷石膏废渣，分离磷石膏后得湿法磷酸。黄磷热法工艺的特点是：磷酸产品质量好、含量高、但需消耗大量电能，且生产成本高，电炉制磷要产生大量废渣污染源(即每吨磷酸产生废渣量为4吨左右)。湿法制磷酸的特点是：磷酸生产成本较低；但产品质量差，含量低，一般用于肥料的生产，不能满足工业磷酸盐的用酸质量要求，在制酸过程中，要产生大量磷石膏污染源(每吨标准磷酸要产生废渣约6吨)；且浪费大量硫资源。冶金工业部长沙矿冶研究院发明的“一种直接还原磷矿石生产磷酸的方法”，专利号：931114470：该专利的特点在于生产成本较低，磷矿中的P₂O₅利用率达80％；但存在大量炉渣污染源。

本发明的目的在于克服现有工艺技术的不足，将水泥熟料的煅烧、磷矿石的还原和磷蒸气的氧化于同一旋转窑中一次完成，使磷酸与水泥生产实现联合；较现有工艺技术方法可大大降低磷酸和水泥的生产成本，将炉气粉尘和净化磷酸的残渣全部返回配料中，使磷矿中P₂O₅的利用率达90％以上，避免了废渣和废水污染源的产生。本发明所得磷酸质量符合GB2091-92国标的要求；水泥产品质量可达325标号以上。本发明方法充分利用了化学反应放热和过程余热，其经济效益和环保效益、社会效益十分显著。

三、发明内容：本发明的内容是：按磷矿石比煤炭比硅石比铝矾土等于1∶0.35～0.45∶0.35～0.65∶0.20～0.35(均按干基重量比计)进行配料混均，将混均的物料于磨粉机中磨粉，细度要求180目通过率60～70％；也可将各物料分别磨粉，再按上列比例进行配料混合。将磨细并混合好的物料送入盘式造粒机中，并将物料的20％左右送到造粒机的下面作敷粉循环之用。开启造粒机，同时向造粒机中喷入粘土泥浆(粘土泥浆由粘土、水、五钠等分散剂组成，泥浆比重：1.3～1.4，PH值：6.5～10；固体物含量45％左右；固体物细度小于1mm，五钠含量为泥浆总量的0.5％)进行造粒。控制料球直径6～20mm，料球含水量10～15％。造好的料球落入造粒机下面的干粉料中进行敷粉，以防料球相互粘连。敷粉后的料球和干粉输送到干燥筛分机中干燥并分离粉料和小于6mm的细粒返回造粒机中，粒径大于6mm以上的料球送到旋转窑的加料斗中待用。旋转窑的直径为1.5m以上，长30m以上，要求内衬保温层厚度20cm，耐火层厚度≥10cm；窑的斜度3～6度(水平夹角)。料球从旋转窑的排气端加入，经烘干段、预反应段和反应段完成煅烧反应的全过程。控制料球加入至炉渣排出的停留时间为3～6小时；转窑排渣温度为800～1000℃；转窑排气温度为500～800℃，窑转速为2～6转/分钟。根据转窑温度情况，间断或连续向窑内喷入煤粉和热空气，以维持转窑反应段的正常温度为1300～1450℃(旋转炉的喷煤排渣端至窑的10m左右为反应段，转窑中间部份一般称为预反应段，转窑排气端的10m左右为烘干段)。煅烧反应完成后的炉渣排入空气换热器中进行换热冷却，冷却后的炉渣配入熟石膏、生石灰，经粉碎至325目的通过率大于90％，经检验、包装即为水泥产品。炉渣比熟石膏比生石灰等于1∶0.1～0.35∶0.1～0.3(以干基重量比计)。旋转窑中的炉气被导入四级旋风除尘器中进行收尘处理，所收粉尘连同净化磷酸的残渣一并返回造粒工段中使用。控制第一个旋风除尘器的入气温度为500～800℃，第四个旋风除尘器的出气温度为250～350℃。经除尘处理后的炉气导入水合吸收塔中，并用稀磷酸循环喷淋吸收其中的P₂O₅，使P₂O₅气体水合成磷酸。循环酸的浓度符合要求后，泵入沉降池或过滤机进行净化处理，经检验、定量包装得成品磷酸。制酸后的余气，经两级碱性水溶液洗涤处理后，导入废热回收装置中燃烧其中的一氧化碳气体并回收热能。本发明实施过程中，消除了废渣、废水污染源，并将磷矿中的P₂O₅利用率提高到90％以上。有关化学反应方程式如下：

1、旋转窑煅烧物料的主要反应式：

2、旋转窑中磷蒸气与热空气的反应式：

3、水合吸收塔中合成磷酸的反应式：

4、水泥中主要成份之间的反应式：

本发明的工艺流程见说明书附图

四、实施例

以年产3000吨85％的磷酸联产12000吨水泥的生产装置的生产为例。其主要设备如下：

1、雷蒙磨：三套，生产能力8～10T/小时台，带风选收尘装置。

2、园盘造粒机：一套，造粒盘直径：φ3.2m，边高：400mm。转速：10转/分钟。

3、旋转煅烧窑：直径φ1.9m×长30m；转速2～6转/分钟；水平钭度5度。

4、水合循环吸收塔：二个，直径φ1.2m×高8m；内衬50mm石墨板。

5、尾气洗涤塔：二个直径φ1.2m×5m，碳钢内防腐。

6、泥浆配制罐：二个，容量20m³/个，带搅拌装置。

7、双螺旋混料装置：二套，生产能力30m³/小时套。

8、水泥包装线：一条，生产能力6吨/小时。

9、矿石粗碎机：一台，生产能力50T/小时，粉碎细度≤6mm。

A、备料：将磷矿石(P₂O₅含量≥28％)；白煤(含碳≥70％)，硅石(含SiO₂≥95％)；铝矾土(含Al₂O₃≥60％)分别烘干，按磷矿石比白煤比硅石比铝矾土等于1∶0.4∶0.5∶0.25的比例混合，送入雷蒙磨粉碎(如矿石粒径大于10mm的原矿，应先粗碎至6mm以下才能进雷蒙磨)，控制雷蒙磨的进风压力和收集粉料的粒径为180目的通过率60～70％为佳。

B、泥浆的配制：选用陶器用粘土，加水搅拌成浆状，控制泥浆比重为1.30～1.35；固体物含量45％左右；固体物粒径≤1mm。为防止泥浆沉淀，改善其湿润性和流动性，按泥浆重量的0.5％添加三聚磷酸钠(五钠)于泥浆中，控制PH值：6.5～7.5。

C、造粒及干燥：将磨细的混合物料输送到盘式造粒机的造粒盘中，同时向造粒盘中喷入泥浆。物料在滚动中被湿润、粘结成粒，粒径逐步增大并落入盘下的干粉料中进行敷粉，以防球粒之间相互粘连。敷粉后的球粒连同干粉一并送入干燥机中去烘干，干燥后的料球和干粉经6mm筛孔机进行筛分，小于6mm的粒料和干粉返回造粒机中再造粒；大于6mm的粒料输送到旋转窑的出气端经加料器加料煅烧反应。合格料粒直径10～20mm的量占60％以上。

D、煅烧反应及炉气水合制酸：

先向旋转窑中喷入柴油和空气进行燃烧，使反应段升温至500℃左右，然后改向窑中喷入煤粉和热空气，使窑的出气温度达500～600℃时，即可向窑中加入料粒。控制料粒在旋转窑中的停留时间为4～5小时，控制排渣温度为900～1000℃，此时的加料速度最大为4000kg/小时。排渣温度低于800℃时，应增加喷煤粉和热空气的速度，并降低加料速度，排渣温度达到950℃时，可停止或减少喷煤粉和热空气量。煅烧反应的炉气经四级串连的旋风除尘器进行收尘处理，控制第四个旋风除尘器的出气温度为：250～350℃。经除尘处理后的炉气导入水合吸收塔中。在水合塔的上部喷入循环磷酸吸收炉气中的P₂O₅气体成为磷酸。当循环磷酸含量达86％以上时，即可泵入沉降池或过滤机中进行净化处理。净化后的磷酸经检验合格后，定量包装得成品磷酸。吸收制酸后的余气，导入纯碱水溶液(Na₂CO₃含量20％)喷淋洗涤塔中，循环喷淋洗涤。经洗涤后的余气，导入石灰窑中，燃烧其中的一氧化碳气体并利用其热能。旋风除尘器收集的粉尘和净化磷酸后的残渣合并一同返回选粒机中。

E、水泥的生产：旋转窑中煅烧反应后的炉渣，排入空气换热装置中进行热交换。被加热的空气送入旋转窑喷煤粉使用；换热后的炉渣经冷却至100℃以下时，按炉渣比熟石膏比生石灰等于1∶0.15∶0.1的重量比例添加熟石膏和生石灰，混合均匀后送入雷蒙磨中粉碎，细度要求325目的通过率大于90％，磨细后的水泥料经检验、包装、入库陈化即为水泥产品。

Claims (2)

1、一种磷矿热法制磷酸的方法，是将磷矿石、煤炭、硅石、铝矾土烘干、磨粉、造粒并干燥，于旋转窑中煅烧反应，反应炉气经除尘、水合吸收，净化获得磷酸产品；其特征是：磷矿石比煤炭比硅石比铝矾土等于1∶0.35～0.45∶0.35～0.65∶0.20～0.35(均按干基重量比计)，煅烧时间为3～6小时；煅烧反应温度为：1300～1450℃。

2、一种磷矿热法制磷酸所得炉渣制水泥的方法，是将制磷酸后的炉渣进行热交换冷却、添加熟石膏、生石灰并混均，磨细获得水泥产品；其特征是：炉渣比熟石膏比生石灰等于1∶0.1～0.35∶0.1～0.3(均按干基重量比计)。

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