專利名稱：熱分解法制取磷酸及副產(chǎn)水泥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以磷礦粉、濃硫酸為原料，制取工業(yè)磷酸并副產(chǎn)水泥的化工工藝新方法。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外制取磷酸的工藝方法如下A、電爐黃磷熱法制取磷酸是以黃磷與空氣燃燒氧化，與水化合而制成磷酸。B、濕法制取磷酸是以磷礦粉與稀無(wú)機(jī)酸(如硫酸、鹽酸)反應(yīng)，生成磷酸水溶液和磷石膏混合料漿，將料漿洗滌、過(guò)濾，濾液即為30～40％的稀磷酸，濾餅為廢渣磷石膏。C、冶金工業(yè)部長(zhǎng)沙礦冶研究院發(fā)明的“一種直接還原磷礦石生產(chǎn)磷酸的方法”專利號(hào)931114470。該專利方法是將磷礦粉、硅石粉、碳粉按一定比例混合并兩次成球，于高溫下反應(yīng)，反應(yīng)爐氣經(jīng)水合成磷酸。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有磷酸生產(chǎn)方法的不足，利用濃硫酸與磷礦粉反應(yīng)的放熱同時(shí)除去磷酸中的氟化物雜質(zhì)，將反應(yīng)物料進(jìn)行熱分解成較純的P2O5氣體并與固體殘?jiān)玫椒蛛x；用稀磷酸溶液冷即吸收分解后的P2O5氣體，獲得高純的磷酸產(chǎn)品。將分解后的固體殘?jiān)淙敫邘X土(或鋁、硅、鐵混合礦物)、炭粉于煅燒窯中還原反應(yīng)，獲得硫鋁硅酸鹽水泥熟料。煅燒爐氣用純堿水溶液洗滌吸收，得亞硫酸鈉水溶液用于反應(yīng)氟廢氣的洗滌吸收，獲得氟硅酸鈉副產(chǎn)品?；厥辗杷徕c產(chǎn)品后的廢液與部份稀磷酸溶液混合后，用于濃硫酸的稀釋之用。
本發(fā)明方法較熱法磷酸相比，可節(jié)省電能80％左右，可降低磷酸生產(chǎn)成本40％左右，且無(wú)“三廢”產(chǎn)生(每噸黃磷產(chǎn)生廢渣8～10噸，廢水60m3)。較濕法磷酸相比，解決了濕法的過(guò)濾難、雜質(zhì)多、濃度低的不足，可降低生產(chǎn)成本30％(均折算成含H3PO485％計(jì))，可提高磷礦中P2O5的利用率6％左右，生產(chǎn)效率提高3倍，勞動(dòng)強(qiáng)度降低2倍，可減少?gòu)U渣量3～4噸，減少?gòu)U水量2～3噸，具有磷酸濃度可達(dá)85％以上(濕法的濃度為30～45％)，質(zhì)量?jī)?yōu)(濕法酸含有大量化學(xué)、物理雜質(zhì)，本發(fā)明的磷酸質(zhì)量符GB2091-92國(guó)標(biāo)的指標(biāo))，投資省、流程簡(jiǎn)單、產(chǎn)量高的特點(diǎn)。和931114470專利方法相比較具有分解反應(yīng)溫度低、反應(yīng)速度快，生產(chǎn)效率提高3倍以上，工業(yè)實(shí)施難度大大降低，磷礦中P2O5的利用率可提高20％左右(931114470方法的還原率為80％左右)。避免了固體廢渣的產(chǎn)生(931114470方法每噸標(biāo)酸要產(chǎn)生廢渣3噸左右)。綜上所述，本發(fā)明方法在節(jié)能、環(huán)保、投資、成本及效益、礦產(chǎn)資源充分有效利用方面均顯示出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明方法是將70～95％含量的硫酸與磷礦粉按一定配比加入攪拌反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，控制反應(yīng)后的物料中游離硫酸含量0.5～3％。反應(yīng)放熱使物料溫度升至100～200℃，反應(yīng)產(chǎn)生的含氟廢氣由廢氣抽吸泵抽入洗滌吸收塔中，用亞硫酸鈉水溶液吸收得副產(chǎn)品氟硅酸鈉。回收氟硅酸鈉后的廢液與一部份稀磷酸液混合后用于濃硫酸的調(diào)配循環(huán)使用。反應(yīng)后的物料加入物料量2～4倍的熱分解后的殘?jiān)盗希M(jìn)行攪拌混合，使混合后的物料粘度降低，利于熱分解反應(yīng)不粘壁為佳。將混合好的物料送入回轉(zhuǎn)窯中于300～1000℃的條件下進(jìn)行熱分解反應(yīng)，控制物料在分解窯中停留時(shí)間為20～60分鐘，以分解后的殘?jiān)蠵2O5含量≤0.5％為佳，分解爐氣經(jīng)旋風(fēng)除塵后，送水合吸收塔中，用稀磷酸溶液循環(huán)冷卻吸收，當(dāng)循環(huán)磷酸含量達(dá)87％以上時(shí)，即泵入成品磷酸貯池進(jìn)行靜止沉降，檢驗(yàn)、包裝得磷酸產(chǎn)品。熱分解反應(yīng)后的殘?jiān)?，一部份作返料送物料混合工序作減粘料使用，其余部份用作水泥配料之用。水泥配料比為(均以干基重量比計(jì))，分解后的殘?jiān)?0～80％，高嶺土(或鋁、硅、鐵混合礦物)15～25％；炭粉2.5～4％。將配好混均的水泥料磨至100～200目的粉狀，于回轉(zhuǎn)煅燒窯中，在1250～1350℃的條件下進(jìn)行還原煅燒，控制物料在窯中的停留時(shí)間為60～120分鐘。煅燒后的物料經(jīng)冷卻，磨細(xì)至320目的通過(guò)率80％，稱量、包裝、熟化后即為副產(chǎn)水泥。煅燒反應(yīng)的爐氣中含有SO24～10％，用于硫酸生產(chǎn)的原料氣，也可用純堿水溶液洗滌吸收得亞硫酸鈉液，用于廢氟氣的洗滌吸收。
有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式如下
1、磷礦粉與濃硫酸的反應(yīng)
2、氟化氫與磷礦中的SiO2反應(yīng)
3、四氟化硅與亞硫酸鈉水溶液的反應(yīng)
4、磷酸的熱分解反應(yīng)
5、分解氣中P2O5在冷卻吸收塔中的反應(yīng)
6、副產(chǎn)水泥的主要化學(xué)成份SiO211.5～21.5％；Al2O35～10.5％；Fe2O30.8～2.5％CaO總30～50％；SO36.5～40％；P2O5≤0.5％。
7、水泥強(qiáng)度可達(dá)35～39MPa，相當(dāng)于400號(hào)快硬水泥的強(qiáng)度。
8、磷酸產(chǎn)品質(zhì)量含H3PO4≥85％，雜質(zhì)指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)。
本發(fā)明方法的工藝流程圖見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖
。
四、實(shí)施例本發(fā)明方法的實(shí)施所用主要設(shè)備如下1、磷礦粉加料器3～10kg/分鐘(可調(diào)節(jié))；一臺(tái)；2、硫酸貯罐一個(gè)；8m3。
3、硫酸調(diào)配槽一個(gè)，5m3。
4、硫酸計(jì)量泵一套，5～20kg/分鐘(可調(diào)節(jié))。
5、密封雙螺旋攪拌機(jī)長(zhǎng)1.5m×寬0.46m，兩套，一套反應(yīng)，一套混料。
6、回轉(zhuǎn)煅燒窯φ內(nèi)徑0.8m×長(zhǎng)15m；兩套，一套分解，一套煅燒。
7、廢氣抽吸處理裝置兩套，反應(yīng)廢氣，煅燒廢氣各用一套。
8、磷酸冷卻吸收塔φ0.4m×高5m，兩個(gè)串連使用。
9、分解氣體抽吸裝置一套。
10、貯罐、貯池、閥、管道、溫度測(cè)試、顯示、電器等。
B、備料1、磷礦采用云南省昆陽(yáng)磷礦的礦石，其主成份含量為P2O533.41％；CaO46.65％；SiO210.48％，礦石經(jīng)雷蒙磨粉至150目的通過(guò)率達(dá)80％后備用。
2、硫酸外購(gòu)98％的濃硫酸，用稀磷酸及回收氟硅酸鈉后的廢液稀釋至含H2SO480％后備用。
3、純堿外購(gòu)含Na2CO398％，用水溶解成25％的濃度后，供煅燒廢氣的洗滌吸收之用。
4、高嶺土烘干至含水量≤1％后粉碎至100目的通過(guò)率≥80％。
C、生產(chǎn)操作控制方法
先調(diào)節(jié)磷礦粉與硫酸(含H2SO480％計(jì))的配料重量比為1∶1.16，(經(jīng)小試后，反應(yīng)完全的物料中游離硫酸含量為1.2％)。調(diào)節(jié)磷礦粉的加料速度為5kg/分鐘，調(diào)節(jié)硫酸的加料速度為5.8kg/分鐘，使磷礦粉加料開(kāi)關(guān)與硫酸加料開(kāi)關(guān)連動(dòng)。檢查其它各設(shè)備均能正常運(yùn)行后，即可進(jìn)行生產(chǎn)。先啟動(dòng)廢氣抽吸裝置，啟動(dòng)攪拌反應(yīng)器，啟動(dòng)礦粉，硫酸加料裝置，同時(shí)向雙螺旋攪拌反應(yīng)器中恒量加入礦粉和硫酸。然后啟動(dòng)雙螺旋混料器，同時(shí)向混料器送入反應(yīng)物料和物料量3倍的殘?jiān)盗??；旌虾玫奈锪蠎?yīng)呈半干狀，粘性小。將混合好的物料連續(xù)送入熱分解回轉(zhuǎn)窯中，進(jìn)行熱分解反應(yīng)。分解窯用有煙煤粉和熱空氣作燃料進(jìn)行升溫，事先應(yīng)控制熱分解窯的燃燒段溫度為800～1000℃，窯尾的溫度為300～600℃后方能加料。物料從窯尾端加入，殘?jiān)鼜母G的加熱端排出，分解氣體從加料端(窯尾)排出。分解反應(yīng)后的氣體經(jīng)旋風(fēng)除塵器處理后，導(dǎo)入串聯(lián)的冷卻吸收塔中，用稀磷酸溶液循環(huán)冷卻吸收。吸收后的余氣經(jīng)抽吸泵抽吸排空。由分解窯前端排出的殘?jiān)?，約三分之一的量作返料送至混料器中作減粘料循環(huán)使用，其余殘?jiān)魉嗯淞鲜褂谩Ｋ嗯淞媳葹闅堅(jiān)?8％，高嶺土18％；焦炭粉4％，均按干基重量比計(jì)，配好的水泥料經(jīng)雷蒙磨粉碎至150目的通過(guò)率≥80％后，送入煅燒回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行煅燒還原反應(yīng)。煅燒窯噴入有煙煤粉和熱空氣進(jìn)行加熱，控制煅燒窯加熱段的溫度為1250～1350℃，窯尾溫度為500～800℃，水泥料從窯尾部加入，物料在窯中停留時(shí)間為80分鐘，熟料從窯前端排出。煅燒爐氣從窯尾端導(dǎo)入旋風(fēng)除塵器進(jìn)行除塵處理后，導(dǎo)入爐氣吸收洗滌塔中，用純堿水溶液吸收洗滌處理后，由抽吸裝置排空。煅燒好的水泥熟料經(jīng)冷卻至100℃以下后，經(jīng)雷蒙磨粉至320目的通過(guò)率≥80％，即為水泥產(chǎn)品，進(jìn)行稱量、包裝、熟化后即可出廠。當(dāng)洗滌煅燒爐氣的循環(huán)溶液的PH值達(dá)5～6時(shí)，即可泵至反應(yīng)廢氟氣的吸收洗滌工序并更換純堿水溶液重新洗滌煅燒爐氣。當(dāng)洗滌吸收廢氟氣的循環(huán)液中，氟硅酸鈉沉淀物達(dá)250克/升左右時(shí)，即可將此循環(huán)液泵入離心機(jī)中分離出氟硅酸鈉副產(chǎn)品，廢液加入稀磷酸溶液后送至濃硫酸調(diào)配處貯存?zhèn)溆?，并用新的亞硫酸鈉溶液吸收洗滌反應(yīng)廢氟氣。本中試生產(chǎn)裝置能連續(xù)生產(chǎn)，日產(chǎn)85％的合格磷酸量為3000～3500kg；日產(chǎn)水泥量為6000～7000kg，磷酸產(chǎn)品質(zhì)量符合GB2091-92國(guó)標(biāo)的指標(biāo)，水泥質(zhì)量可達(dá)國(guó)標(biāo)32.5MPa標(biāo)號(hào)的指標(biāo)。磷酸產(chǎn)品的利潤(rùn)率大于38％，水泥產(chǎn)品的利潤(rùn)率大于35％，水泥中的P2O5含量≤0.5％，全過(guò)程可徹底避免固體廢渣、廢水的外排，排空余氣符合環(huán)保法規(guī)的排放要求。
權(quán)利要求
1.一種“熱分解法制取磷酸及副產(chǎn)水泥的方法”，是以磷礦粉和硫酸進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的物料加入分解反應(yīng)后的殘?jiān)M(jìn)行攪拌混合，混合好的物料于300～1000℃的分解窯中進(jìn)行熱分解反應(yīng)，熱分解后的氣體經(jīng)除塵后導(dǎo)入吸收水合塔中，用稀磷酸水溶液循環(huán)吸收冷卻其中的P2O5氣體，獲得磷酸產(chǎn)品，熱分解后的殘?jiān)徊糠萦米鞣盗涎h(huán)，其余殘?jiān)淙敫邘X土(或鋁、硅、鐵混合礦物)、炭粉，經(jīng)煅燒還原反應(yīng)后得硫鋁硅酸鹽水泥熟料，經(jīng)粉細(xì)后即得水泥產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于硫酸加入量以控制反應(yīng)后的物料中游離硫酸含量為0.5～3％為佳，硫酸使用濃度為70～95％；硫酸與磷礦的反應(yīng)溫度控制在100～200℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于硫酸與磷礦粉反應(yīng)后，加入反應(yīng)物料量2～4倍熱分解反應(yīng)后的殘?jiān)M(jìn)行攪拌混合，混合好的物料于300～1000℃的條件下進(jìn)行熱分解，物料熱分解時(shí)間為20～60分鐘，并控制分解后殘?jiān)蠵2O5含量≤0.5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于水泥配料比為熱分解后的殘?jiān)?0～80％，高嶺土(或鋁、硅、鐵混合礦物)15～25％；炭粉2.5～4％，均以干基重量比計(jì)。混均后的物料于1250～1350℃進(jìn)行還原煅燒反應(yīng)，控制物料在煅燒窯中停留時(shí)間為60～120分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以磷礦粉和濃硫酸反應(yīng)，反應(yīng)物料經(jīng)熱分解，用稀磷酸溶液冷卻吸收分解爐氣獲得≥85％的工業(yè)磷酸產(chǎn)品，熱分解后的殘?jiān)淙敫邘X土，碳粉并煅燒反應(yīng)，獲得硫鋁貝利特水泥。本發(fā)明所得磷酸質(zhì)量符合GB2091－92國(guó)標(biāo)的指標(biāo)，水泥質(zhì)量可達(dá)400標(biāo)號(hào)，具有投資小、產(chǎn)量大、成本低、質(zhì)量?jī)?yōu)、節(jié)能、無(wú)污染、礦資源利用率達(dá)99％的特點(diǎn)。磷酸產(chǎn)品的利潤(rùn)率可達(dá)38％，水泥產(chǎn)品的利潤(rùn)率可達(dá)35％，適用于有磷礦資源和磷酸消耗大戶新建磷酸廠實(shí)施使用，也適用于有旋轉(zhuǎn)窯或旋窯水泥廠家實(shí)施使用。
文檔編號(hào)C04B7/00GK1603230SQ200410085440
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月7日
發(fā)明者李興德 申請(qǐng)人:李興德