一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法技术

本发明专利技术公开了一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，其特征是包括：原料预处理；取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，硅质原料粉或者钙质原料粉，造孔材料粉；将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合，再筛分，筛上物为制得的还原剂芯；将还原剂芯、磷矿石粉，硅质原料粉或钙质原料粉，造孔材料投入造球机中混合，制得有外部反应层的球团生球；干燥，得到球团；将球团送入窑内保温煅烧后，自然冷却，得到轻质骨料；煅烧中产生的窑气制备成磷酸。采用本发明专利技术，在窑法制磷酸的同时联产适用于制备混凝土的轻质骨料，并有效解决了现有窑法磷酸中的碳烧损问题，有效地解决了现有中残渣大量堆积、难以处理的问题，实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磷化合物的制备及废弃物的利用方法，涉及一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法。本专利技术特别适用于采用中低品位磷矿为原料的窑法制备磷酸、同时获得适用于建筑材料领域中制备(轻质)混凝土的轻质骨料。
技术介绍
近年来，我国经济迅猛发展、能源的需求增加以及环保意识的提高，节能环保问题已经成为关注的焦点。同时，我国磷矿资源储备位居世界第二，但高品位磷矿资源较少、中低品位资源居多。而磷酸作为一种重要的化工原料，在化工、冶金、石油、电子、医药、食品及农业的领域都有广泛的应用，对我国国民经济发展起着重要作用。目前，我国工业生产磷酸的工艺都存在大量问题，其中：1.湿法磷酸只能利用中高品位磷矿制取磷酸，而制得的磷酸中几乎含有磷矿中除钙以外的所有杂质，净化工艺复杂且成本高，同时湿法工艺会带来大量难以处理的磷石膏，污染环境；2.热法磷酸可制备获得高品质磷酸，但主要设备为电弧炉，其能耗高，同时该工艺也只能利用中高品位磷矿。现有技术中，为了解决电能紧张、硫铁矿资源不足及高品位磷矿逐渐减少等问题，美国OccidentalResearchCorporation(ORC)于20世纪八十年代提出了窑法磷酸工艺。窑法磷酸工艺是将磷矿石、硅石和碳质还原剂外加一定量的膨润土混合造球，经干燥后送入窑内煅烧还原，窑内温度控制在1400℃～1500℃，磷矿中的磷以磷蒸汽的形式从球团中还原挥发出来，同时在窑的中部通入空气将单质磷氧化为五氧化二磷，氧化所放出的热又可以提供给还原反应，含有五氧化二磷的窑气经水化吸收制得磷酸。该工艺能有效地利用中低品位磷矿还原制备高品质磷酸，同时具备能耗小、工艺简单、可合理利用反应热。但是，大量的研究表明该工艺仍存在许多问题，在规模化的工业实践中难以实现，其主要表现在：①碳烧损：用于窑法磷酸工艺中的球团是由磷矿石、硅石、碳质还原剂等原料均匀混合制得，在窑内温度升高至磷矿还原温度前球团中的碳质还原便会与窑内的氧气、二氧化碳等反应，导致大部分碳质还原剂提前烧损未能起到还原磷矿的作用，降低了磷矿还原率；对于该问题目前大多通过在窑内通入氮气等保护气体、在球团外增加包裹层等方法进行解决，这大大提高了窑法制取磷酸生产成本。②残渣难以处理：在窑法磷酸工艺残渣处理问题上已进行了许多研究，但都未取得实质上的突破。2007年，湖北三新磷酸有限公司采用隧道窑法工艺，年产磷酸200千吨，空心砖、耐火砖3.8亿块；但该工艺中的料砖在窑内煅烧还原磷矿后往往会出现变形、开裂、粘连等问题，降低了空心砖、耐火砖的质量，未能达到残渣有效利用的问题。而且目前大部分窑法磷酸工艺生产中，由于料球中碳烧损等问题导致磷矿还原率降低，残球中P2O5含量相对较高，这使得目前窑法磷酸工艺中的残渣不宜作为掺合料用于水泥中，影响了残渣回收利用的价值。因此，为了能合理开发利用我国大量储备的中低品位磷矿资源，同时达到节能减排、无环境污染的目的。针对窑法磷酸工艺存在的问题，开发新技术解决窑法磷酸工艺中的球团碳质还原剂烧损问题、并能合理处理利用残渣以满足窑法磷酸的生产及发展需要是本领域的研究热点。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法。本专利技术提供一种满足窑法磷酸生产需要的以磷矿、硅质或钙质原料、造孔材料为主要成分的外部反应层包裹碳质还原剂、粘结剂组成的还原剂芯的球团，并且该球团可在窑法制磷酸的同时联产适用于制备轻质混凝土的轻质骨料，并有效解决了现有窑法磷酸工艺中普通球团的碳烧损问题，从而在达到高磷矿还原率、残球可处理利用的前提下，为我国开发利用大量储备的中低品位磷矿资源提供了一种新思路。本专利技术的内容是：一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，其特征是包括下列步骤：a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨(一般可以是40～80min)，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将硅质原料或钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨(一般可以是40～60min)，制成粒度为D50≤60μm的硅质原料粉或钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；所述硅质原料为硅石；所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，硅质原料粉或者钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳(C)计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述硅质原料粉的用量以硅质原料粉中SiO2的物质的量计量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量，所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.05％～1.5％；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量(即摩尔量)是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6～7倍；所述以SiO2计量的硅质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0～9倍，所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0～9倍；所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉(磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉即：磷矿石粉和硅质原料粉或磷矿石粉和钙质原料粉，后同)总质量的0％～15％；所述造孔材料为天然植物纤维、植物淀粉、煤粉、焦炭粉、有机纤维、以及任何高温下可燃烧的(颗粒状及纤维状)物质中的任一种或两种以上的混合物；所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过3～6目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；所述造球机为现有任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；所述筛分所用筛分机为现有任何类型的筛分机；还原剂芯中的碳质还原剂粉与氧气反应产生的一氧化碳作为球团外部反应层中所进行的磷矿还原反应的还原剂；此外还原剂芯与反应层界面处，碳质还原剂粉可直接与反应层中的磷矿石粉进行反应；d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，硅质原料粉或钙质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；所述造球机为任何类型的造球机，以圆盘造球机为最优选择；球团生球的外部反应层既是作为内部还原剂芯的保护层，解决了现有技术中普通球团中存在的碳烧损问题；又是作为窑法制磷酸时还原磷矿的主要反应区域；同时，外部反应层中添加的造孔材料在燃烧后形成孔隙既便于产物从球团内部传递到球团外部，也增加了内部产生的还原剂物质与反应层中磷矿的接触面积；e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在100℃～110℃温度下干燥6h～12h，得到球团；所述干燥设备为现有任何类型的干燥设备；f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以5℃/min～20℃/min的升温速度为，升温至1250℃～1400℃，并在1250℃～1400℃下保温煅烧(还原磷矿，时间为)3～5h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料；本专利技术的内容中还可以包括下列步骤：g、烧结处理：球团在1250℃～1400℃下经保温煅烧3～5h后，还可以对球团进行烧结处理，以提高球团冷却后的强度，具体方法是：球团经保温煅烧后(还原磷矿)，再在1250℃～1500℃的烧结温度下，烧结0min～60min(较好的为10min～6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，其特征是包括下列步骤：a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将硅质原料或钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的硅质原料粉或钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；所述硅质原料为硅石；所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，硅质原料粉或者钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述硅质原料粉的用量以硅质原料粉中SiO2的物质的量计量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量；所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.05%～1.5%；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6～7倍；所述以SiO2计量的硅质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0～9倍，所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0～9倍；所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉总质量的0～15% ；所述造孔材料为天然植物纤维、植物淀粉、煤粉、焦炭粉、有机纤维中的任一种或两种以上的混合物；所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过3～6目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，硅质原料粉或钙质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的球团生球送入干燥设备中，在100℃～110℃温度下干燥6h～12h，得到球团；f、球团入窑煅烧：将球团送入窑内，以5℃/min～20℃/min的升温速度为，升温至1250℃～1400℃，并在1250℃～1400℃下保温煅烧3～5h，煅烧中产生的窑气用于制备磷酸；保温煅烧后，经自然冷却，即得到轻质骨料。...

【技术特征摘要】
1.一种窑法制磷酸联产轻质骨料的方法，其特征是包括下列步骤：a、原料预处理：将磷矿石破碎后投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤25μm的磷矿石粉；将硅质原料或钙质原料，以及碳质还原剂分别投入磨机粉磨，制成粒度为D50≤60μm的硅质原料粉或钙质原料粉，以及碳质还原剂粉；将造孔材料粉碎，制成粒度为D50≤80μm的造孔材料粉；所述硅质原料为硅石；所述钙质原料为石灰石粉或生石灰；b、配料：取原料碳质还原剂粉、粘结剂、磷矿石粉，硅质原料粉或者钙质原料粉，以及造孔材料粉，备用；所述碳质还原剂粉用量以碳质还原剂粉中有效碳计量，所述磷矿石粉的用量以磷矿石粉中P2O5的物质的量计量，所述硅质原料粉的用量以硅质原料粉中SiO2的物质的量计量，所述钙质原料粉的用量以钙质原料粉中CaO的物质的量计量；所述粘结剂用量为碳质还原剂粉总质量的0.05%～1.5%；所述以有效碳计的碳质还原剂粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的6～7倍；所述以SiO2计量的硅质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0～9倍，所述以CaO计量的钙质原料粉的物质的量是以P2O5计量的磷矿石粉的物质的量的0～9倍；所述造孔材料粉的用量为磷矿石粉和硅质原料粉或钙质原料粉总质量的0～15%；所述造孔材料为天然植物纤维、植物淀粉、煤粉、焦炭粉、有机纤维中的任一种或两种以上的混合物；所述粘结剂为无机粘结剂或/和有机粘结剂；c、制备还原剂芯：将碳质还原剂粉与粘结剂投入造球机中混合均匀，再过3～6目筛进行筛分，筛上物即为制得的还原剂芯；d、制备有外部反应层的球团生球：将还原剂芯、磷矿石粉，硅质原料粉或钙质原料粉，以及造孔材料投入造球机中混合均匀，即制得有外部反应层的球团生球；e、干燥有外部反应层的球团生球：将制得的有外部反应层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：严云，肖博，胡志华，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51