一種低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法，以P2O5含量≤25%的磷礦石為原料，生產過程中將烘干工序放置在成球工序之前，成球后進行黃磷還原生產。本發(fā)明克服了現有技術的不足，順應國家可持續(xù)發(fā)展政策，提供了一種在成球之前將洗選后的濕精礦進行閃速干燥、動態(tài)煅燒即就是先將磷礦燒透徹再成球再進行還原處理的黃磷制備方法，該方法符合國家節(jié)能減排政策，在現有基礎上做到最少能耗、最低成本，最大程度上利用磷礦石，解決現有技術能耗大、生產成本高、不符合國家節(jié)能減排政策問題。
【專利說明】一種低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備黃磷的方法，具體涉及一種低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法。
【背景技術】
[0002]我國憐礦石平均品位世界最低，90%以上憐礦石品位低于26%,平均品位僅為16.85%，除少數富礦可直接作為生產磷復肥和黃磷原料外，大部分礦石需經選礦才能利用，選礦難度大，大多中小企業(yè)采取“采富棄貧”開采模式，造成磷礦資源大量浪費。
[0003]磷礦石資源屬于不可再生資源，目前正逐步顯現出稀缺特性。國家已意識到磷礦石重要性，將分散磷礦資源向大型優(yōu)勢企業(yè)集中，要求對低品味磷礦進行洗選利用。
[0004]現行方案是將洗選之后的濕精礦直接進行成球，成球后進行干燥、煅燒進料倉。由于在煅燒工序要將成型的球磷礦燒透徹才能達到煅燒效果，并且磷礦球本身擠壓緊密，在干燥過程中熱利用率低，因此要將成型的磷礦球干燥透徹需要的能耗就會很大，因此將濕精礦直接進行成球，讓精礦石緊密縮成一團進行干燥處理后再進行黃磷的生產，不符合國家節(jié)能減排的基本方針。另外，先成球再干燥、煅燒的這種工藝生產環(huán)境差，對隧道窯耐火材質要求高，設備損壞率高，影響正常生產。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明克服了現有技術的不足，順應國家可持續(xù)發(fā)展政策，提供了一種在成球之前將洗選或者粉化預處理之后的含濕磷礦粉進行閃速干燥、動態(tài)煅燒即先將磷礦燒透成球后再在電爐內進行還原反應的黃磷制備方法，該方法先將精礦干粉充分烘干、再壓縮成球，并將干燥、煅燒過程產生的熱量循環(huán)利用于整個工藝生產中，不同于現有技術的常規(guī)制備黃磷順序，符合國家節(jié)能減排政策，降低成本，做到充分利用低品質磷礦石資源，降低能耗，加快我國黃磷企業(yè)實現國家節(jié)能減排和低碳經濟的發(fā)展方針。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法包括以下步驟:
以P2O5含量< 25%的磷礦石為原料，生產過程中將烘干工序放置在成球工序之前，成球后進行黃磷還原生產。
[0007]所述烘干工序為:將預處理后的含濕磷礦粉閃速干燥后得到磷礦干粉，所述磷礦干粉再經煅燒工序煅燒，所述磷礦干粉進入換熱料倉冷卻成為磷礦熟料，所述煅燒工序產生的尾氣的熱量經換熱器的冷流體吸收后作為閃速干燥的干燥熱源和煅燒工序的干燥熱源使用。
[0008]所述磷礦干粉進入換熱料倉冷卻成為磷礦熟料的具體步驟為:磷礦干粉進入換熱料倉，換熱料倉中的換熱器和磷礦干粉進行質熱交換，磷礦干粉被冷卻成為磷礦熟料，磷礦干粉的熱量轉移給換熱器，部分熱量傳遞給煅燒工序，部分熱量傳遞給閃速干燥作為熱源使用。[0009]所述閃速干燥是采用螺旋加料器將含濕磷礦粉輸送入干燥器內經干燥得到磷礦干粉，并且用旋風除塵器將磷礦干粉收集起來，所述磷礦干粉是由干燥器內通入干燥熱源熱風以5-20m/s的速度進行干燥。
[0010]所述煅燒工序為動態(tài)煅燒工序:將閃速干燥后得到的磷礦干粉預熱后再送入煅燒爐內，和煅燒爐內的干燥熱源一高溫煙氣混合一起向上運動，所述磷礦干粉經煅燒爐內的高溫煙氣的快速分散作用瞬間質熱交換使所述磷礦干粉快速升溫到煅燒溫度充分煅
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[0011]將煅燒產生的尾氣經換熱器處理后作為閃速干燥以及煅燒工序內的干燥熱源使用。
[0012]所述預熱的熱源由煅燒產生的尾氣經換熱器處理后提供。
[0013]所述成球步驟為:將磷礦熟料連續(xù)輸送入成球機中，采用液壓擠壓成球得到成品磷礦球。
[0014]所述閃速干燥中進口溫度為300 V -600 °C，出口溫度55°C≤ T < 100 V或100C ≤ T < 150C或 150C ≤ 200C。
[0015]所述煅燒溫度為700°C ≤ T < 800°C或 800°C ≤ T < 900°C或 900°C ≤ T < IlOO0C或 1000°C≤ T < 1100°C或 1100°C≤ T < 1150°C或 1150°C≤ 1200°C，所述磷礦干粉在煅燒爐內停留時間為1-1Os。
[0016]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
(I)本發(fā)明先將含濕磷礦粉烘干，然后再進行成球，由于散著的磷礦干粉總表面積比成球后的比表面積大很多倍，因而能夠快速傳熱被干燥，節(jié)約了徹底烘干時間，乃至整個生產工藝時間，符合高效節(jié)能的大規(guī)模生產宗旨，能避免現行方案的將洗選之后的濕精礦直接進行成球，成球后進行干燥、煅燒進料倉的方法產生的高能耗問題，也因此煅燒溫度比常規(guī)的溫度要低，不僅能煅燒磷礦干粉，而且也減少能耗。總之，本發(fā)明創(chuàng)新的采用烘干、成球順序的調換與現有生產黃磷的生產順序不一致，使得生產過程中的熱利用率提高，充分利用了低品質磷礦石，電耗至少降低了 27%，能耗至少降低了 32.14%。
[0017](2)本發(fā)明將低品質磷礦石經洗選為成為精礦石后進入全封閉負壓操作，使高溫煙氣和精選礦石干粉能混合充分，并且使精選礦石干粉和高溫煙氣瞬間質熱交換而煅燒，確保精選礦石干粉無過燒無欠燒、無無粉塵外漏，使得低品質磷礦石的回收率高達99.5%以上，最終CO2去除率達95%。
[0018](3)預處理磷礦粉被螺旋加料器以螺旋的方式送入干燥器內干燥，充分和熱風接觸，能快速高效利用熱能。
[0019](4)磷礦干粉先進行預熱再進入煅燒爐內，能在進入煅燒爐之前縮短和煅燒爐的溫度差，而節(jié)約升溫時間和提高熱能利用效率。
[0020](5)在煅燒爐內精選磷礦干粉和高溫氣混合呈旋流態(tài)運動，能快速分散精選磷礦干粉擴大其受熱面積，迅速傳熱，減少耗能時間和生產工藝時間；煅燒余熱和尾氣被送入干燥器循環(huán)利用，大大節(jié)省了生產需要消耗的電能。
[0021](6)換熱器的使用更是加大了熱交換面積，將交換出來的熱量循環(huán)利用到干燥煅燒工藝中使整個流程成為一個高效節(jié)能的熱能供應系統(tǒng)，符合國家節(jié)能減排的總體方針。
[0022]本發(fā)明的生產工藝為連續(xù)性生產工藝，產品質量穩(wěn)定，密閉性的生產環(huán)境，特別是尾氣被重復循環(huán)放入閃速干燥、動態(tài)煅燒工藝中，大大節(jié)約能源，并且尾氣排放達到了國家環(huán)保要求，對環(huán)保友好；
整套流程設置干燥器、煅燒爐、換熱器、預熱一系列連續(xù)性組合形式的生產工藝形成了高效節(jié)能的熱能供應系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0023]下面根據具體實施實例對本發(fā)明作進一步闡述。
[0024]但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于下述實施例。
[0025]實施例1
以P2O5 24.59%, CaO 43.61%，SiO2 9.7%，CO2 10.86%的磷礦石作為原礦，將原礦進行預處理后，和現有技術不同，先進行烘干工序，再進行成球，得到含量為P2O5 29.80%, CaO42.24%,，SiO2 14.12%，C02<0.5%的磷礦石，最后采用電爐還原生產法得到黃磷。
[0026]選擇低品質的磷礦石作為黃磷生產原料避免了現如今大多中小企業(yè)采取的“采富棄貧”開采模式，從而合理利用礦產資源，避免了磷礦資源的大量浪費。
[0027]另外，現有的制備黃磷方法都是采用先成球再烘干再還原的方式，由于成球過程中會牢牢擠壓球體，而造成磷礦球顆粒之間緊密排列、毫無空隙可言，而在干燥過程中由于磷礦球的比表面積小不如磷礦粉的比表面積大，傳熱不好，徹底烘干耗時長，一方面熱利用率低，另一方面徹底烘干需要的熱量驟增，總之，現有工藝的先成球再烘干這一工藝特點造成了以下2個問題:
1、烘干需時加長 ，能耗加大；
2、生產效率低下，也不符合節(jié)能高效的大規(guī)模生產宗旨。
[0028]本發(fā)明針對上述兩個問題，采用先烘干再成球的工藝順序，將處于粉狀的 磷礦進行干燥，利用其粉狀的比表面積遠遠大于成球以后的比表面積，傳熱迅速，能夠
快速達到煅燒溫度徹底烘干，節(jié)約能耗和時間，此工藝順序的調換替工廠生產節(jié)時減能，符合高效節(jié)能的大規(guī)模生產宗旨。
[0029]預處理可以采用洗選或者粉化處理的方式進行。
[0030]實施例2
和實施例1類似，都是將成球工序放置在烘干工序之后，區(qū)別在于:實施例2在烘干工序中采用了閃速干燥的方式，具體為:
以P2O5 24.59%，CaO 43.61%, SiO2 9.7%，CO2 10.86%的磷礦石作為原礦，將原礦進行粉化預處理后，得到含濕磷礦粉，用螺旋加料器將含濕磷礦粉送入干燥器內，利用煅燒產生尾氣的熱量經換熱器的冷流體吸收后作為干燥熱源一熱風使用，熱風以5-9m/s的速度在進口溫度為300-350°C或者350-400°C將含濕磷礦粉閃速干燥得到磷礦干粉，此時干燥器出口處出口溫度為50 < T < 100°C，將磷礦干粉用旋風分離器收集完全并進行預熱后，放入煅燒爐，經煅燒溫度為700≥T < 800或者800≥T < 900或者900≥T < 1000°C煅燒1-1Os后除塵得到磷礦熟料，并收集起煅燒尾氣。預熱熱源由煅燒尾氣經換熱器處理后提供，具體由煅燒尾氣經換熱器處理后得到的熱量提供。
[0031]由烘干工序得到的磷礦熟料自身具有粘接性，將磷礦熟料用液壓擠壓成球后，得到含量為 P2O5 30.01%, CaO 42.04%,，SiO2 13.81%, C02〈0.5% 的磷礦球 120kg/ 個，將此磷礦石作為富礦直接用于黃磷電爐生產。
[0032]使用螺旋加料器送料，是將含濕磷礦粉螺旋式的加入干燥器內，讓含濕磷礦粉分散開來和熱風充分接觸，增大傳熱表面積，這樣有利于提高干燥效率，減少耗能。
[0033]用煅燒產生的尾氣經過換熱器處理后作為預熱熱源使用，這樣不用再耗費電力提高熱源，從而節(jié)省耗能。而預熱的設置是為了能夠在煅燒工序過程中更快的達到煅燒溫度，從而能更加節(jié)省磷礦干粉煅燒透徹的時間。
[0034]實施例3
和實施例2步驟類似，與實施例2不同的是，煅燒工序采用了動態(tài)煅燒工序，具體為:以P2O5 24.59%，CaO 43.61%, SiO2 9.7%，CO2 10.86%的磷礦石作為原礦，將原礦進行洗選預處理后，得到含濕磷礦粉，用螺旋加料器將含濕磷礦粉送入干燥器內，利用煅燒產生尾氣的熱量經換熱器的冷流體吸收后作為干燥熱源一熱風使用，熱風以10-15m/s的速度在進口溫度為400-450°C或者450-500°C將磷礦粉閃速干燥得到磷礦干粉，此時干燥器出口處出口溫度為100 < T < 150°C，將磷礦干粉用旋風分離器收集完全并進行預熱后，放入煅燒爐，煅燒時磷礦干粉和煅燒爐內的干燥熱源高溫煙氣混合，呈旋流態(tài)化向上運動，磷礦干粉被高溫煙氣快速分散很大程度的增加了整個磷礦干粉的比表面積，因此磷礦干粉和高溫煙氣能瞬間進行質熱交換，而磷礦干粉能達到1000 < T < 1100°C的煅燒溫度，煅燒1-1Os后的磷礦干粉被送入旋風分離器進行氣固分離，冷卻后的磷礦干粉再經除塵得到磷礦熟料，并收集起煅燒尾氣。
[0035]此時磷礦熟料自身具有粘接性，將磷礦熟料用液壓擠壓成球，得到成品磷礦球120kg/ 個，此時磷礦球含量為 P2O5 31.32%, CaO 41.82%,，SiO2 13.52%, C02〈0.4% 將磷礦球
作為富礦直接用于黃磷電爐生產。
[0036]用煅燒產生的尾氣的熱量被換熱器內的冷流體吸收后作為煅燒爐內的干燥熱源一高溫煙氣使用。煅燒時，磷礦干粉和高溫煙氣呈旋流態(tài)化向上運動，這種運動態(tài)勢能快速分散磷礦干粉，從而大大增加了磷礦干粉的比表面積，進而能迅速傳熱，磷礦干粉和高溫煙氣瞬間進行質熱交換，磷礦干粉得到充分煅燒，過程耗時少耗能也少，并且利用煅燒產生的尾氣提供熱源能進行重復利用，達到高效節(jié)能的目的。
[0037]采用本發(fā)明的動態(tài)煅燒并且因煅燒的是磷礦干粉，因此磷礦干粉能夠在很短的時間內充分得到透徹干燥，省去了現有工藝因煅燒的是磷礦球需要的30min以上的干燥時間，大大節(jié)約了能耗以及工藝時間。凡是涉及到此步驟的均是為此目的而進行的。
[0038]實施例4
和實施例3類似，區(qū)別在于，實施例4采用的工藝條件和實施例3略有不同:
以P2O5 24.59%, CaO 43.61%，SiO2 9.7%，CO2 10.86%的磷礦石作為原礦，原礦經洗選預處理后，得到含濕精礦，將含濕精礦經螺旋加料器送入干燥器內，利用煅燒產生尾氣的熱量經換熱器的冷流體吸收后作為干燥熱源一熱風使用，熱風以10-15m/s的速度在進口溫度為500-550°C或者550-600°C將含濕磷礦粉閃速干燥得到磷礦干粉，此時干燥器出口處出口溫度為150 < T < 200°C，將磷礦干粉用旋風分離器收集完全并進行預熱后，放入煅燒爐，磷礦干粉和煅燒爐內的高溫煙氣混合，呈旋流態(tài)化向上運動，磷礦干粉被高溫煙氣快速分散大大增加了整個磷礦干粉的比表面積，因此磷礦干粉和高溫煙氣能瞬間進行質熱交換，使得磷礦干粉能達到1100 ( T < 1150°C的煅燒溫度，煅燒1-1Os后的磷礦干粉隨煅燒爐內的負壓氣流進入旋風分離器進行氣固分離。
[0039]再將前序所得的磷礦干粉送入換熱料倉，通過換熱料倉內的換熱器換熱冷卻并將冷卻放出的煅燒熱量部分傳遞給煅燒工序，部分煅燒熱量傳遞給閃速干燥工序作為熱源使用，同時將煅燒產生的尾氣的熱量經換熱器的冷流體吸收后作為閃速干燥工序的干燥熱源——熱風和煅燒工序的干燥熱源——高溫煙氣干燥使用。
[0040]冷卻后的磷礦干粉再經除塵得到磷礦熟料，并收集起煅燒尾氣。再經液壓擠壓成球后，得到成品磷礦球120kg/個，其含量為P2O5 31.53%，CaO 41.80%,，SiO2 13.42%，C02<0.3%，將此成品磷礦球作為富礦直接用于黃磷電爐生產。
[0041]煅燒后的磷礦干粉因為溫度較高，因而要進入換熱料倉冷卻，換熱料倉中的換熱器和磷礦干粉進行質熱交換，部分熱量傳遞給煅燒工序，部分熱量傳遞給閃速干燥工序作為熱源使用，這樣在耗能方面再次得到節(jié)省，充分達到節(jié)能的目的。
[0042]實施例5
和實施例4類似，區(qū)別在于:實施例4采用的工藝條件和實施例5略有不同，具體為:以P2O5 24.59%, CaO 43.61%，SiO2 9.7%，CO2 10.86%的磷礦石作為原礦，將原礦洗選處理后，得到含濕磷礦粉，將含濕磷礦粉經螺旋加料器送入干燥器內，利用煅燒產生尾氣的熱量經換熱器的冷流體吸收后作為干燥熱源一熱風使用，熱風以15-20m/s的速度在進口溫度為300-350°C將含濕磷礦粉閃速干燥得到磷礦干粉，此時干燥器出口處出口溫度為180 ^ 20(TC，將磷礦干粉用旋風分離器收集完全并進行預熱后，放入煅燒爐，磷礦干粉和煅燒爐內的高溫煙氣混合，呈旋流態(tài)化向上運動，磷礦干粉被高溫煙氣快速分散大大增加了整個磷礦干粉的比表面積，因此磷礦干粉和高溫煙氣能瞬間進行質熱交換，而磷礦干粉能達到1150 < 1200°C的煅燒溫度，煅燒1-1Os后的磷礦干粉隨煅燒爐內的負壓氣流進入旋風分離器進行氣固分離。
[0043]再將前序所得的磷礦干粉送入換熱料倉，通過換熱料倉內的換熱器換熱冷卻并將冷卻放出的部分熱量傳遞給煅燒工序，部分熱量傳遞給閃速干燥作為熱源使用，同時將煅燒產生的尾氣的熱量經換熱器的冷流體吸收后作為閃速干燥工序的干燥熱源——熱風和煅燒工序的干燥熱源——高溫煙氣干燥使用。
[0044]冷卻后的磷礦干粉再經除塵得到磷礦熟料，再經液壓擠壓成球后，得到成品磷礦球 120kg/ 個，其含量為 P2O5 32.21%, CaO 41.71%,，SiO2 13.35%, C02〈0.3%,將此成品磷礦球作為富礦直接用于黃磷電爐生產。
[0045]由上述實施例制備出來的黃磷在生產過程中的實際節(jié)約成本效果如下表所示:
【權利要求】
1.一種低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法，包括烘干和成球工序，其特征在于:生產過程中將烘干工序放置在成球工序之前，成球后進行黃磷還原生產。
2.根據權利要求1所述的低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法，其特征在于:所述成球步驟為:將磷礦熟料連續(xù)輸送入成球機中，采用液壓擠壓成球得到成品磷礦球。
3.根據權利要求1所述的低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法，其特征在于:所述烘干工序為:將預處理后的含濕磷礦粉閃速干燥后得到磷礦干粉，所述磷礦干粉再經煅燒工序煅燒，所述磷礦干粉進入換熱料倉冷卻成為磷礦熟料，所述煅燒工序產生的尾氣的熱量經換熱器的冷流體吸收后作為閃速干燥的干燥熱源和煅燒工序的干燥熱源使用。
4.根據權利要求3所述的低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法，其特征在于:所述磷礦干粉進入換熱料倉冷卻成為磷礦熟料的具體步驟為:磷礦干粉進入換熱料倉，換熱料倉中的換熱器和磷礦干粉進行質熱交換，磷礦干粉被冷卻成為磷礦熟料，磷礦干粉的熱量轉移給換熱器，部分熱量傳遞給煅燒工序，部分熱量傳遞給閃速干燥作為熱源使用。
5.根據權利要求3所述的低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法，其特征在于:所述閃速干燥是采用螺旋加料器將含濕磷礦粉輸送入干燥器內，經干燥熱源干燥得到磷礦干粉，并且用旋風除塵器將磷礦干粉收集起來。
6.根據權利要求5所述的低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法，其特征在于:所述閃速干燥的干燥熱源是向干燥器內通入的熱風，所述熱風的速度為5-20m/s。
7.根據權利要求3所述的低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法，其特征在于:所述煅燒工序為動態(tài)煅燒工序:將閃速干燥后得到的磷礦干粉預熱后再送入煅燒爐內，由煅燒產生的尾氣經換熱器的冷流體吸收后成為高溫煙氣作為鍛造工序的干燥熱源，將閃速干燥后得到的磷礦干粉和高溫煙氣混合一起向上運動，所述磷礦干粉經煅燒爐內的高溫煙氣的快速分散作用瞬間質熱交換使所述磷礦干粉快速升溫到煅燒溫度充分煅燒。
8.根據權利要求7所述的低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法，其特征在于:所述磷礦干粉預熱的熱源由煅燒產生的尾氣提供。
9.根據權利要求3-8任意一項所述的低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法，其特征在于:所述閃速干燥中的進口溫度為300°C -600°C，所述閃速干燥的出口溫度50°C< T< 100°C或 100°C≤ T < 150°C或 150°C≤ T ≤ 200°C。
10.根據權利要求7所述的低品質磷礦石制備黃磷的節(jié)能方法，其特征在于:所述煅燒工序的煅燒溫度為700°C≤T < 800°C或800°C≤T < 900°C或900°C≤T < 1100°C或IOOO0C^ T < 1100°C或 1100°C≤ T < 1150°C或 1150°C≤ T ≤ 1200°C，所述磷礦干粉在煅燒爐內停留時間為1-l0s。
【文檔編號】C01B25/027GK103466573SQ201310417284
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】羅宗恬, 董和平, 林江, 程子亮, 王長勝, 杜星, 羅輝, 張偉 申請人:成都樂氏化工工程有限公司