[发明专利]直接还原磷矿制取高浓度磷酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磷酸制取技术领域，特别是采用中低品位磷矿直接还原制取高浓度磷酸(和副产品水泥、建材制品)的方法。

背景技术

工业化生产磷酸的主要方法以下几种：(1)以黄磷为原料，经氧化燃烧、水合吸收制取磷酸；该方法制得的产品质量好、浓度高但其原料生产需消耗大量的电能和中高品位的磷矿，能耗高、成本高，常规称为热法磷酸。(2)用硫酸分解磷矿制取磷酸；该方法生产成本相对较低，但需要消耗大量的硫酸和优质磷矿石，产品质量差，酸浓度低，一般只用于生产肥料，难以满足工业磷酸盐生产用酸要求。而且以上两种生产方法均有大量的固体废渣排放，给环境造成很大压力。(3)新的窑法磷酸生产工艺，目前国内报道已建成两套生产装置，该方法用碳作还原剂、二氧化硅作助剂直接还原磷矿制取磷酸；但该方法为了解决料坯还原碳早燃和五氧化二磷反吸，在料坯制作过程中，往往采用一次成型、二到三次包裹的方法，料坯制作工艺复杂、工作量大、能耗高，消耗大量高价值的包裹剂，增加了窑法磷酸生产成本，降低了窑法磷酸的市场竞争力。

发明内容

本发明的目的是提供一种直接还原中低品位磷矿制取高浓度磷酸和副产水泥、建材制品的方法。该方法避免了料坯还原碳早燃和五氧化二磷反吸现象的发生，矿石磷利用率超过90％，所得磷酸可直接用于部分磷酸盐生产，其烧渣直接或添加少量熟石灰、石膏就能作为水泥或建材原料。

本发明的目的是这样实现的：利用热法和湿法磷酸生产不能利用的中低品位磷矿为主要原料与硅藻土、焦碳或煤等制取高品质、高浓度磷酸和副产水泥、建材制品。具体方法是：

用磷矿石、硅藻土、焦碳或煤制作的料坯还原氧化制取磷酸的过程分为三个区域，预热区、还原区和氧化燃烧区，并用不同的设备组件构成；用制作的料坯进入复合窑预热区，预热至1150-1200℃，然后再进入还原区，在1250-1450℃使料坯中的焦碳或煤与磷矿发生还原反应，生成的磷蒸气P₄和一氧化碳气体再进入复合窑内的氧化燃烧区，在氧化燃烧区加入空气使磷蒸气P₄和一氧化碳气体氧化成P₂O₅和二氧化碳混合窑气，把高温混合窑气抽出来经除尘后引入水合吸收塔用循环酸吸收制得磷酸，还原反应完毕的料坯从还原区排出，经冷却换热后即为水泥熟料或建材原料，按现有技术的方法制得水泥和建材制品(如砖、保温材料等)。

磷蒸气P₄和一氧化碳气体在氧化燃烧区氧化反应产生的大量热量经辐射间接加热料坯，补充料坯预热和还原反应的热能。

本发明的工作原理如下：

本发明是以复合窑为主要反应设备来完成磷矿粉的还原和单质磷的氧化反应，通过对窑气水合吸收来制取磷酸。磷矿粉的还原用焦碳或煤作为还原剂，加入粘土硅藻土或硅石作为助剂参与还原反应，生成硅酸钙(C_aO·SiO₂)，铝酸三钙(3C_aO·AI₂O₃)，在还原区反应如下：

4Ca₅F(PO₄)₃+30C+18SiO₂+AI₂O₃→17C_aO·SiO₂+3C_aO·AI₂O₃+3P₄↑+30CO↑+SiF₄↑反应产生的磷蒸气和一氧化碳气体进入复合窑内的氧化燃烧区，再与在氧化燃烧区加入的空气发生氧化反应：

P₄+5O₂→2P₂O₅↑+ΔH

2CO+O₂→2CO₂↑+ΔH

磷蒸气和一氧化碳气体和空气中的氧气发生反应放出大量的热，经辐射间接加热料坯，使料坯预热和进行还原反应，根据需要补加的外部热源进入还原区直接加热还原料坯，并进一步带动还原反应生成的磷蒸气P₄和一氧化碳气体进入复合窑内的氧化燃烧区。还原反应完毕的料坯从还原区排出，经冷却换热后即为水泥熟料或建材制品。