一种适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团及其制备方法，复合球团为外壳包覆内球的核壳形结构，所述内球包括内球料和粘结剂，所述外壳包括外壳料和粘结剂；所述内球料包括磷矿石、碳质还原剂和调整剂，内球中粘结剂的添加量为内球料质量的1％

【技术实现步骤摘要】
一种适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团及其制备方法


[0001]本专利技术主要涉及磷酸生产
，尤其涉及一种适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团配方及制备方法。

技术介绍

[0002]上世纪60年代，美国Lapple等人首先提出了用回转窑生产磷酸新工艺，基于他们的研究结果，美国西方石油公司(ORC)于上世纪80年代开展了半工业试验，形成了窑法磷酸工艺雏形，简称窑法磷酸工艺或称KPA法。该工艺是将磷矿的还原与黄磷的氧化在同一个回转窑内进行，由于黄磷和碳氧化放出的热量高于磷矿还原的吸热量，进而大大降低磷矿还原的能耗，同时该工艺还可以处理低品位磷矿。
[0003]目前，窑法磷酸的原料配方有两种，一是高钙配方(CaO/SiO2摩尔比2～8)，该配方比较适合我国磷矿特点，加入的硅石量较少，入窑原料中P2O5含量高，单位容积产量大，但该配方所需还原温度高达1450℃以上，生产难于实现。二是高硅配方(CaO/SiO2摩尔比0.2～0.5)，该配方还原温度低，仅1300～1350℃，而且磷挥发率高，一直是人们研究的重点，也开展了半工业试验。但是，该配方通常需要加入大量的硅石，使得入窑P2O5含量低，单位容积产量降低，另外回转窑极易形成Si、P为主要元素组成的结圈，导致窑法磷酸工艺一直不能稳定长期运行，尚未能实现工业化。
[0004]解决窑法磷酸工艺易结圈问题，是实现窑法磷酸工艺工业化应用的关键。为此，人们提出了很多改进措施，具体包括：高温固结预处理、改进回转窑法、复合球团工艺、催化剂还原法等。
[0005]高温固结预处理法可见中国专利CN112320775A公开了一种窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统及生产方法，通过窑外预热高温固结预先脱除球团中的大部分杂质，解决了低温固结球团入窑带来的各种因素引起的回转窑结圈问题，但是额外的高温固结工艺不可避免的增加整体工艺的能耗。
[0006]改进回转窑法可见中国专利CN104211032A公开了一种改进式的窑法磷酸工艺用还原磷矿石回转窑及解决窑尾结圈的方法，其具体是使窑烟气在进入出口烟道时不发生较大偏移，进而阻止窑尾处产生离心物理沉降，使窑气中的偏磷酸直接随出窑烟气进入水化塔。但是，该工艺也仅缓解了回转窑结圈问题，无法用根本上避免回转窑的结圈问题。
[0007]催化剂还原法见中国专利CN101850953A公开的一种降低窑法磷酸高钙配方反应温度和加速的方法，本专利技术在窑法磷酸高钙配方中按总物料重量百分比的0.5％
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12％加入矿物活化剂，使窑法磷酸高钙配方的氧化钙理降低二氧化硅量的3倍左右，反应温度从1450℃
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1520℃降低到1260℃
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1350℃。无论如何他们加入的活化剂为氟盐、磷酸、氯化物、硫、硫化物、硫酸、硫酸盐等物质，这将磷矿中引入了其他杂质元素，使得后续的磷酸产品中出常规工艺无法遇见的杂质；也会导致还原渣成为危险固废，难以安全处置。
[0008]复合球团工艺见中国专利CN104211028A公开了用于窑法磷酸工艺的复合球团原料及其成型方法，它采用外壳包覆内球的核壳形结构，内球由内球料和粘结剂组成，外壳由
包裹料和粘结剂组成，内球料主要由碳质还原剂粉、磷酸石粉和硅石粉组成，包裹料主要由碳质还原剂粉和硅石粉组成，内球与外壳通过粘结剂复合成核壳形结构。但是该工艺一方面单纯的包裹不含P的硅石粉，显著降低了整个球团的P品位，降低了工艺效益；也未考虑到SiO2软化温度低的问题，在试验条件并不能彻底解决回转窑的结圈问题。另外，复合球团工艺也可见中国专利申请CN104531984A公开了一种适合窑法磷酸回转窑工艺的冷固结球团的制备方法，其也是采用硅石粉作为包裹，同样存在上述问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种辅助原料消耗少、质量更稳定、强度更高、入炉原料P2O5品位较高且有效抑制回转窑结圈的反应料球配方及其制备方法，以解决当前窑法磷酸工艺无法长期稳定工业运行难题。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0011]一种适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团，所述复合球团为外壳包覆内球的核壳形结构，所述内球包括内球料和粘结剂，所述外壳包括外壳料和粘结剂；所述内球料包括磷矿石、碳质还原剂和调整剂，内球中粘结剂的添加量为内球料质量的1％
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15％；所述外壳料包括磷矿石、碳质还原剂和调整剂，所述外壳中粘结剂的添加量为外壳料质量的1％
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15％；所述内球与外壳通过粘结剂复合成核壳结构。
[0012]上述的一种适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团配方，不仅考虑了传统配方中的关键指标CaO和SiO2含量，更重要的是基于我们对磷矿非熔融体系还原涉及的P2O5‑
CaO
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MgO
‑
SiO2‑
Al2O3‑
F多元体系相变规律及其中磷还原/氟挥发行为研究的最新成果，还考虑的配方中的Mg、Al含量及氟的迁移行为对球团熔点/强度的影响，在此基础上，创造性地提出了一种新的用于窑法磷酸工艺的复合球团配方，可有效解决传统高硅配料回转窑易结圈的问题，又避免了高钙配料所需还原温度过高的问题。
[0013]优选的，所述碳质还原剂粉包括无烟煤、烟煤、焦炭或石油焦中的一种或多种。
[0014]优选的，所述粘结剂为包括羧甲基淀粉钠、膨润土、腐植酸钠溶液、沥青、腐植酸铵、水玻璃、亚硫酸盐纸浆废液、糖浆或木质素磺酸盐中的一种或多种。
[0015]优选的，所述调整剂含Ca、Si、Al或Mg元素中的一种或多种。
[0016]优选的，所述调整剂包括石英石、河沙、白云石、石灰石、氧化铝、氧化镁或碳酸镁中的一种或多种。
[0017]优选的，所述内球料包含CaO、SiO2、MgO和Al2O3，所述内料球中CaO/SiO2的摩尔比控制在0.35～2.0之间、且(MgO+Al2O3)的总质量占总内球料质量的百分含量2～15％，以有效碳计量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6～8倍。
[0018]优选的，所述外壳料包含CaO、SiO2、MgO和Al2O3，所述外壳料中CaO/SiO2的摩尔比控制在2.0
‑
7.0之间、且(MgO+Al2O3)总质量占总外壳料质量的百分含量10～50％，以有效碳计量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7～9倍。
[0019]本申请内外调节不同的内球料和外球料(或称外壳料)配方比，内球料配方中CaO/SiO2的摩尔比控制在0.35～2.0之间、且(MgO+Al2O3)的总质量占总内球料质量的百分含量2～15％，一方面保证内球中P非常高的还原挥发率，另一方面，促使F尽可能多的以SiF4形式挥发至外壳中，调整外壳物理化学性能。外壳配方又可以充分吸收内球挥发出的部分SiF4，
协同对CaO/SiO2的摩尔比、(M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团，其特征在于，所述复合球团为外壳包覆内球的核壳形结构，所述内球包括内球料和粘结剂，所述外壳包括外壳料和粘结剂；所述内球料包括磷矿石、碳质还原剂和调整剂，内球中粘结剂的添加量为内球料质量的1％
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15％；所述外壳料包括磷矿石、碳质还原剂和调整剂，所述外壳中粘结剂的添加量为外壳料质量的1％
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15％；所述内球与外壳通过粘结剂复合成核壳结构。2.如权利要求1所述的适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团，其特征在于，所述碳质还原剂粉包括无烟煤、烟煤、焦炭或石油焦中的一种或多种。3.如权利要求1所述的适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团，其特征在于，所述粘结剂为包括羧甲基淀粉钠、膨润土、腐植酸钠溶液、沥青、腐植酸铵、水玻璃、亚硫酸盐纸浆废液、糖浆或木质素磺酸盐中的一种或多种。4.如权利要求1所述的适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团，其特征在于，所述调整剂含Ca、Si、Al或Mg元素中的一种或多种。5.如权利要求4所述的适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团，其特征在于，所述调整剂包括石英石、河沙、白云石、石灰石、氧化铝、氧化镁或碳酸镁中的一种或多种。6.如权利要求1所述的适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团，其特征在于，所述内球料包含CaO、SiO2、MgO和Al2O3，所述内料球中CaO/SiO2的摩尔比控制在0.35～2.0之间、且(MgO+Al2O3)的总质量占总内球料质量的百分含量2～15％，以有效碳计量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6～8倍。7.如权利要求1所述的适合窑法磷酸回转窑工艺的复合球团，其特征在于，所述外壳料包含CaO、SiO2、MgO和Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：任国兴，杨润德，冉孟杰，魏世发，李肇佳，
申请(专利权)人：长沙矿冶研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：