專利名稱：直接還原磷礦制備磷酸并副產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備磷酸和硅酸鹽水泥熟料的方法，特別是一種采用含P2O5≥6％的中低品位磷礦和磷礦選礦后的尾礦直接制取高濃度磷酸和硅酸鹽水泥熟料的方法。
背景技術(shù)：
磷酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法主要有以下幾種(1)濕法磷酸用硫酸分解磷礦石制取磷酸，該方法需要大量優(yōu)質(zhì)磷礦石和硫酸，同時產(chǎn)生大量磷石膏廢渣。(2)熱法磷酸用電爐法生產(chǎn)黃磷，然后燃燒吸收制取磷酸，該方法需要大量電能和中高品位磷礦塊礦。(3)新的窯法磷酸工藝這種工藝生產(chǎn)中未見成功應(yīng)用，但專利方法中有報道，如中國長沙礦冶院的專利號為93111447.0“一種直接還原磷礦石生產(chǎn)磷酸的方法”的發(fā)明專利，該方法需要中品位磷礦石，磷的利用率只有80％左右；中國化工部化肥研究所的專利申請?zhí)枮?9100292.8“一種制取高濃度磷酸的方法”的專利，也需要中品位磷礦石。我公司申報的“利用磷礦選礦后的含磷尾礦制取高濃度磷酸并副產(chǎn)建筑用磚的方法”的專利，申請?zhí)枮?00610018780.8，磷的還原率可以達(dá)到90％。
本申請人于2006年4月14日申請了名稱為“利用磷礦選礦后的含磷尾礦制取磷酸并副產(chǎn)建筑用磚的方法”的發(fā)明專利，其主要工藝過程是將含磷尾礦和碳質(zhì)還原劑，硅石粉混合后加入得到混合料，再加入粘和劑混合經(jīng)陳腐均化，真空擠出機擠出或壓磚機壓成坯體，經(jīng)烘干后再浸釉1-3次，碼入隧道窯車在隧道窯內(nèi)經(jīng)預(yù)熱，升溫到1280℃-1450℃，使料塊中的焦碳與磷礦反應(yīng)生成磷蒸氣P4和一氧化碳，往窯內(nèi)通入空氣使P4和CO氧化成P2O5和CO2，把含有P2O5的高溫氣體抽出來經(jīng)換熱器降溫后入水合塔并用循環(huán)酸吸收得磷酸，反應(yīng)完畢后的磚塊經(jīng)冷卻換熱后即為建筑磚產(chǎn)品。此專利申請有1-3次浸釉工序，其生產(chǎn)過程控制較為復(fù)雜，浸釉工序也增加了生產(chǎn)成本。
本公司2006年9月30專利申請200610124699.8名稱為“直接還原磷礦制備高濃度磷酸并副產(chǎn)多種硅鋁酸鹽制品的方法”，配料中硅質(zhì)原料用量大，原料消耗多，能源消耗高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在申請?zhí)枮?00610124699.8專利的基礎(chǔ)上，利用磷礦采選過程中的P2O5≥6％的各種品位磷礦為原料，通過改變配比，制取高濃度磷酸，其磷的利用率達(dá)到95％，并得到硅酸鹽水泥熟料的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種直接還原磷礦制備磷酸并副產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，將磷礦和碳質(zhì)還原劑混合均勻后成型，將成型后的物料盛放于物料容器中，經(jīng)過烘干后，放于隧道窯車中在隧道窯內(nèi)經(jīng)預(yù)熱，升溫到1200℃-1600℃，使容器中的物料反應(yīng)，生成磷蒸汽和一氧化碳從容器中逸出，在煙道中進一步氧化成P2O5和CO2，把含有P2O5的高溫氣體抽出來經(jīng)換熱器降溫后，進入水合塔并用循環(huán)酸吸收得到磷酸，容器中的物料經(jīng)冷卻換熱后即為硅酸鹽水泥熟料。
選用的磷礦中P2O5≥6％，按照分子數(shù)比為CaO∶SiO2＝1-6∶0.8-1。
當(dāng)選用的磷礦不滿足分子數(shù)比CaO∶SiO2＝1-6∶0.8-1的條件時，需添加鈣質(zhì)或硅質(zhì)校正原料后再與磷礦和碳質(zhì)還原劑混合均勻后成型。
所述的鈣質(zhì)校正原料是石灰石或方解石或石灰等含CaO為主的原料，所述的硅質(zhì)校正原料是指硅石或粘土或硅藻土或硅灰石等含SiO2為主的原料。
所述碳質(zhì)還原劑為焦碳、煤或煤矸石或木質(zhì)粉末，以固定碳含量計P2O5％∶C％＝1∶0.2-1.5。
將磷礦和碳質(zhì)還原劑、鈣質(zhì)或硅質(zhì)校正原料混合均勻后成型是指通過再加水，在成球盤中制成Φ5-50mm料球、或者是直接粉料、或擠壓成各種形狀的制品。
物料容器為耐火制品。
本發(fā)明提供的直接還原磷礦制備磷酸并副產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，工作原理與申請?zhí)枮?00610124699.8專利基本相同，但本專利申請進一步簡化配比，引入鈣質(zhì)校正原料直接提高了原料配比中P2O5的相對濃度，降低原材料和能源消耗；產(chǎn)出高標(biāo)號的硅酸鹽水泥熟料，降低了成本。
具體實施例方式
本發(fā)明的工作原理如下本發(fā)明是以隧道窯為主要反應(yīng)設(shè)備來完成磷礦的還原和磷的氧化反應(yīng)，通過煙氣吸收塔(水合塔)制得磷酸。磷礦的還原用焦碳或煤或煤矸石或木質(zhì)粉末等含碳原料中的一種或幾種混用作為還原劑，加入鈣質(zhì)或硅質(zhì)校正原料參與氧化還原反應(yīng)，生成硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)、鐵鋁酸四鈣(4CaO·Al2O3·Fe2O3)，化學(xué)反應(yīng)如下4Ca5(PO4)3F+30C+6SiO2+2Al2O3+Fe2O3+7CaO→6(3CaO·SiO2)+3CaO·Al2O3+4CaO·Al2O3·Fe2O3+2CaF2+30CO↑+3P4↑反應(yīng)產(chǎn)生的磷蒸氣及CO氣體在窯內(nèi)供給過量的O2使之發(fā)生氧化反應(yīng)P4+5O2→2P2O5+ΔH2CO+O2→2CO2+ΔH氧化反應(yīng)放出的熱量用于維持反應(yīng)溫度，可以減少燃料用量，節(jié)約能源，降低成本。
反應(yīng)后的固體主要是硅酸三鈣，鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣，都是硅酸鹽水泥熟料的主要成分礦物。
本發(fā)明的工藝流程如下磷礦、碳質(zhì)還原劑、鈣質(zhì)或硅質(zhì)校正原料按一定比例混合均勻后再加水，在成球盤中制成Φ5-50mm料球、或者是直接粉料、或擠壓成泥條或其它形狀，再盛放于耐火物料容器中，經(jīng)過烘干后，放于隧道窯車中在隧道窯內(nèi)經(jīng)預(yù)熱，升溫到1200℃-1600℃，使容器中的物料反應(yīng)，生成磷蒸汽和一氧化碳從容器中逸出，在煙道中進一步氧化成P2O5和CO2，把含有P2O5的高溫氣體抽出來經(jīng)換熱器降溫后，進入水合塔并用循環(huán)酸吸收得到磷酸，容器中的物料經(jīng)冷卻換熱后即為硅酸鹽水泥熟料。
例1用湖北神農(nóng)架礦業(yè)公司磷礦，化學(xué)分析CaO42.8％\MgO1.2％\P2O530.7％\SiO211.2％\Al2O31.0％\Fe2O30.7％；焦碳分析C 81％；按照分子數(shù)CaO∶SiO2＝1-6∶0.8-1比例要求，本樣品為4.1∶1，不用加入校正原料；磷礦∶焦碳按照P2O5％∶C％＝1∶0.2-1.5配料混合好，混合料要求細(xì)度≥100目；拌勻后在成球盤中均勻加入8％左右水把料制成Φ5-50mm小球狀，再裝入610×610×450mm方形耐火物料容器中，裝滿后碼入1.5×1.5M窯車，經(jīng)烘干后進入36.98×1.9×1.5M隧道窯經(jīng)過預(yù)熱，升溫到1350℃-1550℃，物料容器在窯內(nèi)總運行時間12小時，其運行過程采用PLC編程自動控制。其高溫氣體抽出入Φ1.4×8.2M水合塔用循環(huán)酸吸收得磷酸，經(jīng)檢測，得到的磷酸濃度為85％；物料容器經(jīng)冷卻換熱后出窯就是硅酸鹽水泥熟料。其質(zhì)量符合硅酸鹽水泥熟料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。熟料含P2O5≤1.0％。物料容器可重復(fù)使用。
例2用湖北神農(nóng)架礦業(yè)公司含磷尾礦，遠(yuǎn)安煤矸石，宜昌石灰，化學(xué)分析

按照P2O5％∶C％＝1∶0.8配好煤矸石后，再按照分子數(shù)CaO∶SiO2＝4∶1的比例配入鈣質(zhì)校正原料生石灰，混合均勻，混合料要求≥100目，拌勻后在成球盤中均勻加入8％左右水，把料制成Φ5-50mm料球，經(jīng)烘干后裝入610×610×450mm方形耐火物料容器中，碼入1.5×1.5M窯車，進入36.98×1.9×1.5M隧道窯經(jīng)過預(yù)熱，升溫到1200-1450℃，物料容器在窯內(nèi)總運行時間16小時，其運行過程采用PLC編程自動控制。其高溫氣體抽出入Φ1.4×8.2M水合塔用循環(huán)酸吸收得磷酸，經(jīng)檢測，得到磷酸濃度為85％，物料容器經(jīng)冷卻換熱后得硅酸鹽水泥熟料，物料中P2O5≤0.8％，其質(zhì)量符合硅酸鹽水泥質(zhì)量要求。
例3用湖北神農(nóng)架礦業(yè)公司磷礦，化學(xué)分析CaO48.80\SiO28.65\P2O533.24\Al2O30.57\Fe2O30.86\MgO2.12\LOSS5.05稻谷殼粉固定碳C42.8\揮發(fā)份52.4\酸不溶物0.16，硅石粉SiO297.33，本例按照分子數(shù)CaO∶SiO2＝4.5∶1，加入硅石粉作為校正原料，按照P2O5％∶C％＝1∶1.2配入稻谷殼粉，混合均勻，要求混合料細(xì)度≥100目，拌勻后在成球盤中均勻加入8％左右水，把料制成Φ5-50mm小球狀，經(jīng)烘干后裝入610×610×450mm方形耐火物料容器中，碼入1.5*1.5M窯車，進入36.98×1.9×1.5M隧道窯經(jīng)過預(yù)熱，升溫到1200℃-1600℃，物料容器在窯內(nèi)總運行時間12小時，其運行過程采用PLC編程自動控制。其高溫氣體抽出入Φ1.4×8.2M水合塔用循環(huán)酸吸收得磷酸，磷酸濃度為85％，物料容器產(chǎn)品為硅酸鹽水泥熟料，物料中P2O5≤0.7％。
權(quán)利要求
1.一種直接還原磷礦制備磷酸并副產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，其特征在于將磷礦和碳質(zhì)還原劑混合均勻后成型，將成型后的物料盛放于物料容器中，經(jīng)過烘干后，放于隧道窯車中在隧道窯內(nèi)經(jīng)預(yù)熱，升溫到1200℃-1600℃，使容器中的物料反應(yīng)，生成磷蒸汽和一氧化碳從容器中逸出，在煙道中進一步氧化成P2O5和CO2，把含有P2O5的高溫氣體抽出來經(jīng)換熱器降溫后，進入水合塔并用循環(huán)酸吸收得到磷酸，容器中的物料經(jīng)冷卻換熱后即為硅酸鹽水泥熟料。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的直接還原磷礦制備磷酸并副產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，其特征在于選用的磷礦中P2O5≥6％，按照分子數(shù)比為CaO∶SiO2＝1-6∶0.8-1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直接還原磷礦制備磷酸并副產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，其特征在于當(dāng)選用的磷礦不滿足分子數(shù)比為CaO∶SiO2＝1-6∶0.8-1的條件時，需添加鈣質(zhì)或硅質(zhì)校正原料后再與磷礦和碳質(zhì)還原劑混合均勻后成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直接還原磷礦制備磷酸并副產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，其特征在于所述的鈣質(zhì)校正原料是石灰石或方解石或石灰等含CaO為主的原料，所述的硅質(zhì)校正原料是指硅石或粘土或硅藻土或硅灰石等含SiO2為主的原料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直接還原磷礦制備磷酸并副產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，其特征在于所述碳質(zhì)還原劑為焦碳、煤或煤矸石或木質(zhì)粉末，以固定碳含量計P2O5％∶C％＝1∶0.2-1.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直接還原磷礦制備磷酸并副產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，其特征在于將磷礦和碳質(zhì)還原劑、鈣質(zhì)或硅質(zhì)校正原料混合均勻后成型是指通過再加水，在成球盤中制成Φ5-50mm料球、或者是直接粉料、或擠壓成各種形狀的制品。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接還原磷礦制備磷酸并副產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，其特征在于物料容器為耐火制品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直接還原磷礦制備高濃度磷酸并副產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，可以對磷礦P
文檔編號C04B12/02GK101033061SQ20071000768
公開日2007年9月12日 申請日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月30日
發(fā)明者張定斌, 湯才洲 申請人:湖北三新磷酸有限公司