CN103466573A - 一种低品质磷矿石制备黄磷的节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低品质磷矿石制备黄磷的节能方法，以P₂O₅含量≤25%的磷矿石为原料，生产过程中将烘干工序放置在成球工序之前，成球后进行黄磷还原生产。本发明克服了现有技术的不足，顺应国家可持续发展政策，提供了一种在成球之前将洗选后的湿精矿进行闪速干燥、动态煅烧即就是先将磷矿烧透彻再成球再进行还原处理的黄磷制备方法，该方法符合国家节能减排政策，在现有基础上做到最少能耗、最低成本，最大程度上利用磷矿石，解决现有技术能耗大、生产成本高、不符合国家节能减排政策问题。

Description

一种低品质磷矿石制备黄磷的节能方法

技术领域

本发明涉及一种制备黄磷的方法，具体涉及一种低品质磷矿石制备黄磷的节能方法。

背景技术

我国磷矿石平均品位世界最低，90%以上磷矿石品位低于26%，平均品位仅为16.85%，除少数富矿可直接作为生产磷复肥和黄磷原料外，大部分矿石需经选矿才能利用，选矿难度大，大多中小企业采取“采富弃贫”开采模式，造成磷矿资源大量浪费。

磷矿石资源属于不可再生资源，目前正逐步显现出稀缺特性。国家已意识到磷矿石重要性，将分散磷矿资源向大型优势企业集中，要求对低品味磷矿进行洗选利用。

现行方案是将洗选之后的湿精矿直接进行成球，成球后进行干燥、煅烧进料仓。由于在煅烧工序要将成型的球磷矿烧透彻才能达到煅烧效果，并且磷矿球本身挤压紧密，在干燥过程中热利用率低，因此要将成型的磷矿球干燥透彻需要的能耗就会很大，因此将湿精矿直接进行成球，让精矿石紧密缩成一团进行干燥处理后再进行黄磷的生产，不符合国家节能减排的基本方针。另外，先成球再干燥、煅烧的这种工艺生产环境差，对隧道窑耐火材质要求高，设备损坏率高，影响正常生产。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，顺应国家可持续发展政策，提供了一种在成球之前将洗选或者粉化预处理之后的含湿磷矿粉进行闪速干燥、动态煅烧即先将磷矿烧透成球后再在电炉内进行还原反应的黄磷制备方法，该方法先将精矿干粉充分烘干、再压缩成球，并将干燥、煅烧过程产生的热量循环利用于整个工艺生产中，不同于现有技术的常规制备黄磷顺序，符合国家节能减排政策，降低成本，做到充分利用低品质磷矿石资源，降低能耗，加快我国黄磷企业实现国家节能减排和低碳经济的发展方针。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种低品质磷矿石制备黄磷的节能方法包括以下步骤：

以P₂O₅含量≤25%的磷矿石为原料，生产过程中将烘干工序放置在成球工序之前，成球后进行黄磷还原生产。

所述烘干工序为：将预处理后的含湿磷矿粉闪速干燥后得到磷矿干粉， 所述磷矿干粉再经煅烧工序煅烧，所述磷矿干粉进入换热料仓冷却成为磷矿熟料，所述煅烧工序产生的尾气的热量经换热器的冷流体吸收后作为闪速干燥的干燥热源和煅烧工序的干燥热源使用。

所述磷矿干粉进入换热料仓冷却成为磷矿熟料的具体步骤为：磷矿干粉进入换热料仓，换热料仓中的换热器和磷矿干粉进行质热交换，磷矿干粉被冷却成为磷矿熟料，磷矿干粉的热量转移给换热器，部分热量传递给煅烧工序，部分热量传递给闪速干燥作为热源使用。

所述闪速干燥是采用螺旋加料器将含湿磷矿粉输送入干燥器内经干燥得到磷矿干粉，并且用旋风除尘器将磷矿干粉收集起来，所述磷矿干粉是由干燥器内通入干燥热源热风以5-20m/s的速度进行干燥。

所述煅烧工序为动态煅烧工序：将闪速干燥后得到的磷矿干粉预热后再送入煅烧炉内，和煅烧炉内的干燥热源——高温烟气混合一起向上运动，所述磷矿干粉经煅烧炉内的高温烟气的快速分散作用瞬间质热交换使所   述磷矿干粉快速升温到煅烧温度充分煅烧。

将煅烧产生的尾气经换热器处理后作为闪速干燥以及煅烧工序内的干燥热源使用。

所述预热的热源由煅烧产生的尾气经换热器处理后提供。

所述成球步骤为：将磷矿熟料连续输送入成球机中，采用液压挤压成球得到成品磷矿球。

所述闪速干燥中进口温度为300℃-600℃，出口温度550℃≤T＜100℃或100℃≤T＜150℃或150℃≤T≤200℃。

所述煅烧温度为700℃≤T＜800℃或800℃≤T＜900℃或900℃≤T＜1100℃或1000℃≤T＜1100℃或1100℃≤T＜1150℃或1150℃≤T≤1200℃，所述磷矿干粉在煅烧炉内停留时间为1-10s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明先将含湿磷矿粉烘干，然后再进行成球，由于散着的磷矿干粉总

表面积比成球后的比表面积大很多倍，因而能够快速传热被干燥，节约了彻底烘干时间，乃至整个生产工艺时间，符合高效节能的大规模生产宗旨，能避免现行方案的将洗选之后的湿精矿直接进行成球，成球后进行干燥、煅烧进料仓的方法产生的高能耗问题，也因此煅烧温度比常规的温度要低，不仅能煅烧磷矿干粉，而且也减少能耗。总之，本发明创新的采用烘干、成球顺序的调换与现有生产黄磷的生产顺序不一致，使得生产过程中的热利用率提高，充分利用了低品质磷矿石，电耗至少降低了27%，能耗至少降低了32.14%。

（2）本发明将低品质磷矿石经洗选为成为精矿石后进入全封闭负压操作，使高温烟气和精选矿石干粉能混合充分，并且使精选矿石干粉和高温烟气瞬间质热交换而煅烧，确保精选矿石干粉无过烧无欠烧、无无粉尘外漏，使得低品质磷矿石的回收率高达99.5%以上，最终CO₂去除率达95%。

（3）预处理磷矿粉被螺旋加料器以螺旋的方式送入干燥器内干燥，充分和热风接触，能快速高效利用热能。

（4）磷矿干粉先进行预热再进入煅烧炉内，能在进入煅烧炉之前缩短和煅烧炉的温度差，而节约升温时间和提高热能利用效率。

（5）在煅烧炉内精选磷矿干粉和高温气混合呈旋流态运动，能快速分散精选磷矿干粉扩大其受热面积，迅速传热，减少耗能时间和生产工艺时间；煅烧余热和尾气被送入干燥器循环利用，大大节省了生产需要消耗的电能。

（6）换热器的使用更是加大了热交换面积，将交换出来的热量循环利用到干燥煅烧工艺中使整个流程成为一个高效节能的热能供应系统，符合国家节能减排的总体方针。

本发明的生产工艺为连续性生产工艺，产品质量稳定，密闭性的生产环境，特别是尾气被重复循环放入闪速干燥、动态煅烧工艺中，大大节约能源，并且尾气排放达到了国家环保要求，对环保友好；

整套流程设置干燥器、煅烧炉、换热器、预热一系列连续性组合形式的生产工艺形成了高效节能的热能供应系统。

具体实施方式

下面根据具体实施实例对本发明作进一步阐述。

但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例1

以P₂O₅ 24.59%，CaO 43.61%，SiO₂ 9.7%，CO₂ 10.86%的磷矿石作为原矿，将原矿进行预处理后，和现有技术不同，先进行烘干工序，再进行成球，得到含量为P₂O₅ 29.80%，CaO 42.24%,，SiO₂ 14.12%，CO₂<0.5%的磷矿石，最后采用电炉还原生产法得到黄磷。

选择低品质的磷矿石作为黄磷生产原料避免了现如今大多中小企业采取的“采富弃贫”开采模式，从而合理利用矿产资源，避免了磷矿资源的大量浪费。

另外，现有的制备黄磷方法都是采用先成球再烘干再还原的方式，由于成球过程中会牢牢挤压球体，而造成磷矿球颗粒之间紧密排列、毫无空隙可言，而在干燥过程中由于磷矿球的比表面积小不如磷矿粉的比表面积大，传热不好，彻底烘干耗时长，一方面热利用率低，另一方面彻底烘干需要的热量骤增，总之，现有工艺的先成球再烘干这一工艺特点造成了以下2个问题：

1、         烘干需时加长，能耗加大；

2、         生产效率低下，也不符合节能高效的大规模生产宗旨。

本发明针对上述两个问题，采用先烘干再成球的工艺顺序，将处于粉状的

磷矿进行干燥，利用其粉状的比表面积远远大于成球以后的比表面积，传热迅速，能够快速达到煅烧温度彻底烘干，节约能耗和时间，此工艺顺序的调换替工厂生产节时减能，符合高效节能的大规模生产宗旨。

    预处理可以采用洗选或者粉化处理的方式进行。

实施例2

和实施例1类似，都是将成球工序放置在烘干工序之后，区别在于：实施例2在烘干工序中采用了闪速干燥的方式，具体为：

以P₂O₅ 24.59%，CaO 43.61%，SiO₂ 9.7%，CO₂ 10.86%的磷矿石作为原矿，将原矿进行粉化预处理后，得到含湿磷矿粉，用螺旋加料器将含湿磷矿粉送入干燥器内，利用煅烧产生尾气的热量经换热器的冷流体吸收后作为干燥热源——热风使用，热风以5-9m/s的速度在进口温度为300-350℃或者350-400℃将含湿磷矿粉闪速干燥得到磷矿干粉，此时干燥器出口处出口温度为50≤T＜100℃，将磷矿干粉用旋风分离器收集完全并进行预热后，放入煅烧炉，经煅烧温度为700≤T＜800或者800≤T＜900或者900≤T＜1000℃煅烧1-10s后除尘得到磷矿熟料，并收集起煅烧尾气。预热热源由煅烧尾气经换热器处理后提供，具体由煅烧尾气经换热器处理后得到的热量提供。

由烘干工序得到的磷矿熟料自身具有粘接性，将磷矿熟料用液压挤压成球后，得到含量为P₂O₅ 30.01%，CaO 42.04%,，SiO₂ 13.81%，CO₂<0.5%的磷矿球120kg/个，将此磷矿石作为富矿直接用于黄磷电炉生产。

使用螺旋加料器送料，是将含湿磷矿粉螺旋式的加入干燥器内，让含湿磷矿粉分散开来和热风充分接触，增大传热表面积，这样有利于提高干燥效率，减少耗能。

用煅烧产生的尾气经过换热器处理后作为预热热源使用，这样不用再耗费电力提高热源，从而节省耗能。而预热的设置是为了能够在煅烧工序过程中更快的达到煅烧温度，从而能更加节省磷矿干粉煅烧透彻的时间。

实施例3

和实施例2步骤类似，与实施例2不同的是，煅烧工序采用了动态煅烧工序，具体为：

以P₂O₅ 24.59%，CaO 43.61%，SiO₂ 9.7%，CO₂ 10.86%的磷矿石作为原矿，将原矿进行洗选预处理后，得到含湿磷矿粉，用螺旋加料器将含湿磷矿粉送入干燥器内，利用煅烧产生尾气的热量经换热器的冷流体吸收后作为干燥热源——热风使用，热风以10-15m/s的速度在进口温度为400-450℃或者450-500℃将磷矿粉闪速干燥得到磷矿干粉，此时干燥器出口处出口温度为100≤T＜150℃，将磷矿干粉用旋风分离器收集完全并进行预热后，放入煅烧炉，煅烧时磷矿干粉和煅烧炉内的干燥热源高温烟气混合，呈旋流态化向上运动，磷矿干粉被高温烟气快速分散很大程度的增加了整个磷矿干粉的比表面积，因此磷矿干粉和高温烟气能瞬间进行质热交换，而磷矿干粉能达到1000≤T＜1100℃的煅烧温度，煅烧1-10s后的磷矿干粉被送入旋风分离器进行气固分离，冷却后的磷矿干粉再经除尘得到磷矿熟料，并收集起煅烧尾气。

此时磷矿熟料自身具有粘接性，将磷矿熟料用液压挤压成球，得到成品磷矿球120kg/个，此时磷矿球含量为P₂O₅ 31.32%，CaO 41.82%,，SiO₂ 13.52%，CO₂<0.4%将磷矿球作为富矿直接用于黄磷电炉生产。

用煅烧产生的尾气的热量被换热器内的冷流体吸收后作为煅烧炉内的干燥热源——高温烟气使用。煅烧时，磷矿干粉和高温烟气呈旋流态化向上运动，这种运动态势能快速分散磷矿干粉，从而大大增加了磷矿干粉的比表面积，进而能迅速传热，磷矿干粉和高温烟气瞬间进行质热交换，磷矿干粉得到充分煅烧，过程耗时少耗能也少，并且利用煅烧产生的尾气提供热源能进行重复利用，达到高效节能的目的。

采用本发明的动态煅烧并且因煅烧的是磷矿干粉，因此磷矿干粉能够在很短的时间内充分得到透彻干燥，省去了现有工艺因煅烧的是磷矿球需要的30min以上的干燥时间，大大节约了能耗以及工艺时间。凡是涉及到此步骤的均是为此目的而进行的。

实施例4

 和实施例3类似，区别在于，实施例4采用的工艺条件和实施例3略有不同：

以P₂O₅ 24.59%，CaO 43.61%，SiO₂ 9.7%，CO₂ 10.86%的磷矿石作为原矿，原矿经洗选预处理后，得到含湿精矿，将含湿精矿经螺旋加料器送入干燥器内，利用煅烧产生尾气的热量经换热器的冷流体吸收后作为干燥热源——热风使用，热风以10-15m/s的速度在进口温度为500-550℃或者550-600℃将含湿磷矿粉闪速干燥得到磷矿干粉，此时干燥器出口处出口温度为150≤T＜200℃，将磷矿干粉用旋风分离器收集完全并进行预热后，放入煅烧炉，磷矿干粉和煅烧炉内的高温烟气混合，呈旋流态化向上运动，磷矿干粉被高温烟气快速分散大大增加了整个磷矿干粉的比表面积，因此磷矿干粉和高温烟气能瞬间进行质热交换，使得磷矿干粉能达到1100≤T＜1150℃的煅烧温度，煅烧1-10s后的磷矿干粉随煅烧炉内的负压气流进入旋风分离器进行气固分离。

再将前序所得的磷矿干粉送入换热料仓，通过换热料仓内的换热器换热冷却并将冷却放出的煅烧热量部分传递给煅烧工序，部分煅烧热量传递给闪速干燥工序作为热源使用，同时将煅烧产生的尾气的热量经换热器的冷流体吸收后作为闪速干燥工序的干燥热源——热风和煅烧工序的干燥热源——高温烟气干燥使用。

冷却后的磷矿干粉再经除尘得到磷矿熟料，并收集起煅烧尾气。再经液压挤压成球后，得到成品磷矿球120kg/个，其含量为P₂O₅ 31.53%，CaO 41.80%,，SiO₂ 13.42%，CO₂<0.3%，将此成品磷矿球作为富矿直接用于黄磷电炉生产。

煅烧后的磷矿干粉因为温度较高，因而要进入换热料仓冷却，换热料仓中的换热器和磷矿干粉进行质热交换，部分热量传递给煅烧工序，部分热量传递给闪速干燥工序作为热源使用，这样在耗能方面再次得到节省，充分达到节能的目的。

实施例5

和实施例4类似，区别在于：实施例4采用的工艺条件和实施例5略有不同，具体为：

以P₂O₅ 24.59%，CaO 43.61%，SiO₂ 9.7%，CO₂ 10.86%的磷矿石作为原矿，将原矿洗选处理后，得到含湿磷矿粉，将含湿磷矿粉经螺旋加料器送入干燥器内，利用煅烧产生尾气的热量经换热器的冷流体吸收后作为干燥热源——热风使用，热风以15-20m/s的速度在进口温度为300-350℃将含湿磷矿粉闪速干燥得到磷矿干粉，此时干燥器出口处出口温度为180≤T≤200℃，将磷矿干粉用旋风分离器收集完全并进行预热后，放入煅烧炉，磷矿干粉和煅烧炉内的高温烟气混合，呈旋流态化向上运动，磷矿干粉被高温烟气快速分散大大增加了整个磷矿干粉的比表面积，因此磷矿干粉和高温烟气能瞬间进行质热交换，而磷矿干粉能达到1150≤T≤1200℃的煅烧温度，煅烧1-10s后的磷矿干粉随煅烧炉内的负压气流进入旋风分离器进行气固分离。

再将前序所得的磷矿干粉送入换热料仓，通过换热料仓内的换热器换热冷却并将冷却放出的部分热量传递给煅烧工序，部分热量传递给闪速干燥作为热源使用，同时将煅烧产生的尾气的热量经换热器的冷流体吸收后作为闪速干燥工序的干燥热源——热风和煅烧工序的干燥热源——高温烟气干燥使用。

冷却后的磷矿干粉再经除尘得到磷矿熟料，再经液压挤压成球后，得到成品磷矿球120kg/个，其含量为P₂O₅ 32.21%，CaO 41.71%,，SiO₂ 13.35%，CO₂<0.3%，将此成品磷矿球作为富矿直接用于黄磷电炉生产。

由上述实施例制备出来的黄磷在生产过程中的实际节约成本效果如下表所示：

           

从表1和表2可以看出，本发明（采用先将湿矿彻底干燥、煅烧然后制球进行黄磷的生产方法）和现有技术（先采用湿矿制球再干燥、煅烧进行黄磷生产的方法）相比，电耗最少降低了27.02%，矿耗最少降低了31.69%，矿耗费用虽然略微有所上升，但是电耗费消耗降低很多，实际成本降低了至少1330.8元，实现最少能耗、最低成本生产黄磷的目的。采用闪速干燥和动态煅烧工序，还能进一步减少能耗（电耗降低能达29.50%，矿耗降低能达36.65%）、提高生产效率、降低黄磷生产成本（实际成本降低了1593.6元）。

Claims (10)

1.一种低品质磷矿石制备黄磷的节能方法，包括烘干和成球工序，其特征在于：生产过程中将烘干工序放置在成球工序之前，成球后进行黄磷还原生产。

2.根据权利要求1所述的低品质磷矿石制备黄磷的节能方法，其特征在于：所述成球步骤为：将磷矿熟料连续输送入成球机中，采用液压挤压成球得到成品磷矿球。

3.根据权利要求1所述的低品质磷矿石制备黄磷的节能方法，其特征在于：所述烘干工序为：将预处理后的含湿磷矿粉闪速干燥后得到磷矿干粉， 所述磷矿干粉再经煅烧工序煅烧，所述磷矿干粉进入换热料仓冷却成为磷矿熟料，所述煅烧工序产生的尾气的热量经换热器的冷流体吸收后作为闪速干燥的干燥热源和煅烧工序的干燥热源使用。

4.根据权利要求3所述的低品质磷矿石制备黄磷的节能方法，其特征在于：所述磷矿干粉进入换热料仓冷却成为磷矿熟料的具体步骤为：磷矿干粉进入换热料仓，换热料仓中的换热器和磷矿干粉进行质热交换，磷矿干粉被冷却成为磷矿熟料，磷矿干粉的热量转移给换热器，部分热量传递给煅烧工序，部分热量传递给闪速干燥作为热源使用。

5.根据权利要求3所述的低品质磷矿石制备黄磷的节能方法，其特征在于：所述闪速干燥是采用螺旋加料器将含湿磷矿粉输送入干燥器内，经干燥热源干燥得到磷矿干粉，并且用旋风除尘器将磷矿干粉收集起来。 

6.根据权利要求5所述的低品质磷矿石制备黄磷的节能方法，其特征在于：所述闪速干燥的干燥热源是向干燥器内通入的热风，所述热风的速度为5-20m/s。

7.根据权利要求3所述的低品质磷矿石制备黄磷的节能方法，其特征在于：所述煅烧工序为动态煅烧工序：将闪速干燥后得到的磷矿干粉预热后再送入煅烧炉内，由煅烧产生的尾气经换热器的冷流体吸收后成为高温烟气作为锻造工序的干燥热源，将闪速干燥后得到的磷矿干粉和高温烟气混合一起向上运动，所述磷矿干粉经煅烧炉内的高温烟气的快速分散作用瞬间质热交换使所述磷矿干粉快速升温到煅烧温度充分煅烧。

8.根据权利要求7所述的低品质磷矿石制备黄磷的节能方法，其特征在于：所述磷矿干粉预热的热源由煅烧产生的尾气提供。

9.根据权利要求3-8任意一项所述的低品质磷矿石制备黄磷的节能方法，其特征在于：所述闪速干燥中的进口温度为300℃-600℃，所述闪速干燥的出口温度50℃≤T＜100℃或100℃≤T＜150℃或150℃≤T≤200℃。

10.根据权利要求7所述的低品质磷矿石制备黄磷的节能方法，其特征在于：所述煅烧工序的煅烧温度为700℃≤T＜800℃或800℃≤T＜900℃或900℃≤T＜1100℃或1000℃≤T＜1100℃或1100℃≤T＜1150℃或1150℃≤T≤1200℃，所述磷矿干粉在煅烧炉内停留时间为1-10s。