直接还原磷矿制备磷酸并副产硅酸盐水泥熟料的方法技术

本发明专利技术公开了一种直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产硅酸盐水泥熟料的方法，可以对磷矿Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］≥６％的各种品位通过提高钙、硅比例，利用磷矿自身含有的钙、硅、铝、铁氧化物，基本不用添加其它原料或少量添加硅质或钙质校正原料，加入碳质还原剂混匀后加水制成球或制成各种形状的制品，经烘干后装入耐火材料容器中进入隧道窑，经预热、升温后得到磷蒸气和一氧化碳，再经过水合塔吸收得到浓磷酸，容器中的物料经冷却得到硅酸盐水泥熟料。本发明专利技术在申请号为２００６１０１２４６９９．８专利申请的基础上，进一步简化了配比，提高钙硅比，降低原材料和能源消耗，可以制得高标号硅酸盐水泥熟料。

Method for preparing phosphoric acid and by-product Portland cement clinker by direct reduction of phosphate rock

The invention discloses a method for direct reduction of phosphate preparation of high concentration phosphoric acid and byproduct of Portland cement clinker, can various grade of phosphate P: 2 O: 5 = 6% by increasing the proportion of calcium, silicon, calcium, silicon, aluminum, using iron oxide containing phosphate itself, the no need to add other materials or adding a small amount of siliceous or calcareous correction raw materials, products with carbonaceous reducing agent after mixing with water into the ball or made into a variety of shapes, after drying of refractory material into a vessel into the tunnel kiln, phosphorus vapor and carbon monoxide by preheating, heating, after hydration tower absorb concentrated phosphoric acid. The container material is cooled by Portland cement clinker. The present invention in application based on 200610124699.8 patent applications, further simplifying the proportion, improve the calcium silicon ratio, reduce the consumption of raw materials and energy, can be made of high grade cement clinker.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备磷酸和硅酸盐水泥熟料的方法，特别是一种采用含P2O5≥6％的中低品位磷矿和磷矿选矿后的尾矿直接制取高浓度磷酸和硅酸盐水泥熟料的方法。
技术介绍
磷酸的工业化生产方法主要有以下几种(1)湿法磷酸用硫酸分解磷矿石制取磷酸，该方法需要大量优质磷矿石和硫酸，同时产生大量磷石膏废渣。(2)热法磷酸用电炉法生产黄磷，然后燃烧吸收制取磷酸，该方法需要大量电能和中高品位磷矿块矿。(3)新的窑法磷酸工艺这种工艺生产中未见成功应用，但专利方法中有报道，如中国长沙矿冶院的专利号为93111447.0“一种直接还原磷矿石生产磷酸的方法”的专利技术专利，该方法需要中品位磷矿石，磷的利用率只有80％左右；中国化工部化肥研究所的专利申请号为89100292.8“一种制取高浓度磷酸的方法”的专利，也需要中品位磷矿石。我公司申报的“利用磷矿选矿后的含磷尾矿制取高浓度磷酸并副产建筑用砖的方法”的专利，申请号为200610018780.8，磷的还原率可以达到90％。本申请人于2006年4月14日申请了名称为“利用磷矿选矿后的含磷尾矿制取磷酸并副产建筑用砖的方法”的专利技术专利，其主要工艺过程是将含磷尾矿和碳质还原剂，硅石粉混合后加入得到混合料，再加入粘和剂混合经陈腐均化，真空挤出机挤出或压砖机压成坯体，经烘干后再浸釉1-3次，码入隧道窑车在隧道窑内经预热，升温到1280℃-1450℃，使料块中的焦碳与磷矿反应生成磷蒸气P4和一氧化碳，往窑内通入空气使P4和CO氧化成P2O5和CO2，把含有P2O5的高温气体抽出来经换热器降温后入水合塔并用循环酸吸收得磷酸，反应完毕后的砖块经冷却换热后即为建筑砖产品。此专利申请有1-3次浸釉工序，其生产过程控制较为复杂，浸釉工序也增加了生产成本。本公司2006年9月30专利申请200610124699.8名称为“直接还原磷矿制备高浓度磷酸并副产多种硅铝酸盐制品的方法”，配料中硅质原料用量大，原料消耗多，能源消耗高。
技术实现思路
本专利技术的目的是在申请号为200610124699.8专利的基础上，利用磷矿采选过程中的P2O5≥6％的各种品位磷矿为原料，通过改变配比，制取高浓度磷酸，其磷的利用率达到95％，并得到硅酸盐水泥熟料的方法。本专利技术的目的是这样实现的一种，将磷矿和碳质还原剂混合均匀后成型，将成型后的物料盛放于物料容器中，经过烘干后，放于隧道窑车中在隧道窑内经预热，升温到1200℃-1600℃，使容器中的物料反应，生成磷蒸汽和一氧化碳从容器中逸出，在烟道中进一步氧化成P2O5和CO2，把含有P2O5的高温气体抽出来经换热器降温后，进入水合塔并用循环酸吸收得到磷酸，容器中的物料经冷却换热后即为硅酸盐水泥熟料。选用的磷矿中P2O5≥6％，按照分子数比为CaO∶SiO2＝1-6∶0.8-1。当选用的磷矿不满足分子数比CaO∶SiO2＝1-6∶0.8-1的条件时，需添加钙质或硅质校正原料后再与磷矿和碳质还原剂混合均匀后成型。所述的钙质校正原料是石灰石或方解石或石灰等含CaO为主的原料，所述的硅质校正原料是指硅石或粘土或硅藻土或硅灰石等含SiO2为主的原料。所述碳质还原剂为焦碳、煤或煤矸石或木质粉末，以固定碳含量计P2O5％∶C％＝1∶0.2-1.5。将磷矿和碳质还原剂、钙质或硅质校正原料混合均匀后成型是指通过再加水，在成球盘中制成Φ5-50mm料球、或者是直接粉料、或挤压成各种形状的制品。物料容器为耐火制品。本专利技术提供的，工作原理与申请号为200610124699.8专利基本相同，但本专利申请进一步简化配比，引入钙质校正原料直接提高了原料配比中P2O5的相对浓度，降低原材料和能源消耗；产出高标号的硅酸盐水泥熟料，降低了成本。具体实施例方式本专利技术的工作原理如下本专利技术是以隧道窑为主要反应设备来完成磷矿的还原和磷的氧化反应，通过烟气吸收塔(水合塔)制得磷酸。磷矿的还原用焦碳或煤或煤矸石或木质粉末等含碳原料中的一种或几种混用作为还原剂，加入钙质或硅质校正原料参与氧化还原反应，生成硅酸三钙(3CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)、铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)，化学反应如下4Ca5(PO4)3F+30C+6SiO2+2Al2O3+Fe2O3+7CaO→6(3CaO·SiO2)+3CaO·Al2O3+4CaO·Al2O3·Fe2O3+2CaF2+30CO↑+3P4↑反应产生的磷蒸气及CO气体在窑内供给过量的O2使之发生氧化反应P4+5O2→2P2O5+ΔH2CO+O2→2CO2+ΔH氧化反应放出的热量用于维持反应温度，可以减少燃料用量，节约能源，降低成本。反应后的固体主要是硅酸三钙，铝酸三钙和铁铝酸四钙，都是硅酸盐水泥熟料的主要成分矿物。本专利技术的工艺流程如下磷矿、碳质还原剂、钙质或硅质校正原料按一定比例混合均匀后再加水，在成球盘中制成Φ5-50mm料球、或者是直接粉料、或挤压成泥条或其它形状，再盛放于耐火物料容器中，经过烘干后，放于隧道窑车中在隧道窑内经预热，升温到1200℃-1600℃，使容器中的物料反应，生成磷蒸汽和一氧化碳从容器中逸出，在烟道中进一步氧化成P2O5和CO2，把含有P2O5的高温气体抽出来经换热器降温后，进入水合塔并用循环酸吸收得到磷酸，容器中的物料经冷却换热后即为硅酸盐水泥熟料。例1用湖北神农架矿业公司磷矿，化学分析CaO42.8％\MgO1.2％\P2O530.7％\SiO211.2％\Al2O31.0％\Fe2O30.7％；焦碳分析C 81％；按照分子数CaO∶SiO2＝1-6∶0.8-1比例要求，本样品为4.1∶1，不用加入校正原料；磷矿∶焦碳按照P2O5％∶C％＝1∶0.2-1.5配料混合好，混合料要求细度≥100目；拌匀后在成球盘中均匀加入8％左右水把料制成Φ5-50mm小球状，再装入610×610×450mm方形耐火物料容器中，装满后码入1.5×1.5M窑车，经烘干后进入36.98×1.9×1.5M隧道窑经过预热，升温到1350℃-1550℃，物料容器在窑内总运行时间12小时，其运行过程采用PLC编程自动控制。其高温气体抽出入Φ1.4×8.2M水合塔用循环酸吸收得磷酸，经检测，得到的磷酸浓度为85％；物料容器经冷却换热后出窑就是硅酸盐水泥熟料。其质量符合硅酸盐水泥熟料质量标准。熟料含P2O5≤1.0％。物料容器可重复使用。例2用湖北神农架矿业公司含磷尾矿，远安煤矸石，宜昌石灰，化学分析 按照P2O5％∶C％＝1∶0.8配好煤矸石后，再按照分子数CaO∶SiO2＝4∶1的比例配入钙质校正原料生石灰，混合均匀，混合料要求≥100目，拌匀后在成球盘中均匀加入8％左右水，把料制成Φ5-50mm料球，经烘干后装入610×610×450mm方形耐火物料容器中，码入1.5×1.5M窑车，进入36.98×1.9×1.5M隧道窑经过预热，升温到1200-1450℃，物料容器在窑内总运行时间16小时，其运行过程采用PLC编程自动控制。其高温气体抽出入Φ1.4×8.2M水合塔用循环酸吸收得磷酸，经检测，得到磷酸浓度为85％，物料容器经冷却换热后得硅酸盐水泥熟料，物料中P2O5≤0.8％，其质量符合硅酸盐水泥质量要求。例3用湖北神农架矿业公司磷矿，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接还原磷矿制备磷酸并副产硅酸盐水泥熟料的方法，其特征在于：将磷矿和碳质还原剂混合均匀后成型，将成型后的物料盛放于物料容器中，经过烘干后，放于隧道窑车中在隧道窑内经预热，升温到１２００℃－１６００℃，使容器中的物料反应，生成磷蒸汽和一氧化碳从容器中逸出，在烟道中进一步氧化成Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］和ＣＯ↓［２］，把含有Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］的高温气体抽出来经换热器降温后，进入水合塔并用循环酸吸收得到磷酸，容器中的物料经冷却换热后即为硅酸盐水泥熟料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：张定斌，汤才洲，
申请(专利权)人：湖北三新磷酸有限公司，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]