[發明專利]一種用磷礦石熔融生產五氧化二磷的方法

有效

• 申請號: 200710050248.9
• 申請日: 2007-10-16
• 公開（公告）號: CN101172588A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 李進;李光明;王佳才;鄒建
• 申請（專利權）人: 李進
• 主分類號: C01B25/12
• 分類號: C01B25/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于磷化工技術領域，具體介紹了一種用中低品位磷礦石直接加熱熔融生產五氧化二磷的方法。

背景技術

五氧化二磷是磷酸的酸酐，是制取磷酸的重要中間體，目前世界上生產五氧化二磷工藝方法是將黃磷在絕干空氣中氧化燃燒，生成高溫的五氧化二磷蒸氣，該蒸氣經冷卻后析出制得五氧化二磷產品。

在工業上，五氧化二磷水合便生成磷酸，五氧化二磷是磷酸的代名詞，為了深入了解本發明的技術背景，有必要介紹磷酸的生產方法。

目前世界上生產磷酸的工業方法有三種：一種是用硫酸分解磷礦石得到磷酸，稱為濕法磷酸；一種是用電爐將磷礦石用焦炭還原成黃磷，再將黃磷在另一套裝置中氧化成五氧化二磷經水合得到磷酸，稱為電熱法磷酸；第三種方式為窯法磷酸，是將磷礦石、硅石、焦炭按一定比例混合配礦后，造粒或成型并用釉質等材料浸漬包被，送入回轉窯或隧道窯中進行固態還原氧化反應，產生P₄蒸氣與CO可燃性混合氣體，該混合氣體直接與空氣發生氧化反應，生成P₂O₅和CO₂氣體并放出大量熱量，該反應熱提供給混合物料還原反應吸熱所需，氧化產生的P₂O₅氣體經水合制成磷酸。

以上三種磷酸生產工藝各有特點和缺陷。

濕法磷酸生產成本較低，但要消耗大量硫酸，我國是硫資源缺乏的國家，每年要向國外進口大量硫磺，硫磺的持續漲價，已經嚴重威脅到我國磷化工及磷肥產業的生存和發展；同時，濕法磷酸在生產過程中，要產生大量磷石膏，占用土地，污染環境；其次，濕法磷酸生產只能使用P₂O₅＞28％的高品位磷礦，我國是一個貧磷礦國家，從而造成磷礦開采大量棄貧采富，礦山采礦率不足30％，嚴重浪費我國磷資源，這種生產磷酸的方法是難以為繼的；最后，磷酸品質差、濃度低，不凈化只能生產肥料，磷的轉化率只能達到90％，所以濕法磷酸應用領域主要集中肥料產業。

熱法黃磷制酸已有上百年的歷史，生產的磷酸品質高，能生產下游各種精細磷酸鹽，但由于采用電爐法工藝電能消耗高，每生產一噸黃磷需耗15000度電，產生的廢氣一氧化碳難以利用，污染大并且產生磷泥，磷酸生產與黃磷裝置分置，使磷氧化反應放出的熱量沒有很好利用白白浪費。

美國早在上個世紀三十年代開展了窯法磷酸研究，西方石油公司采用KPA工藝，在一個設備里利用磷的氧化熱提供給還原磷礦所需，所得P₂O₅提供給水合塔生產磷酸，采用的主要設備是回轉窯，并獲得美國專利，專利號U.S.P4397826，但該方法未能實現工業化。

國內窯法工藝吸取了國外的經驗，以隧道窯及回轉窯作反應器，采用新工藝對混合物料成型、包被，將氧化區與還原區隔開。回轉窯工藝以長沙礦冶研究院為代表，以發明名稱為“一種直接還原磷礦石生產磷酸的方法”獲得中國專利，專利號為ZL93111447.0，隧道窯工藝以化工部肥料研究所為代表，以發明名稱為“一種制取高濃度磷酸的方法”獲得中國專利，專利號為ZL89100292.8。但上述兩種窯法工藝都存在氧化還原難以完全分區，物料需要特別成型、浸漬、包被處理，工藝路線長生產成本高，五氧化二磷后續產品磷酸品質低于熱法磷酸，磷礦石的轉化率低，只能達到85％，造成對磷資源的浪費，廢渣中殘留磷高，廢渣難于被建材產業直接利用，廢熱利用難度大對能源的有效利用率低，系統因易結圈和氣密困難，連續操作困難等缺點。

中國科學院化工冶金研究所提出了工藝改進方法，并獲得名稱為“熔融還原熱法制取磷酸及磷酸鹽的工藝”的中國專利，專利號為ZL97100773.X，該工藝將噴射冶金技術，熔融還原技術和煤氣、元素磷氧化燃燒制備磷酸技術結合為一體，即煤-氧-礦復合噴吹，在熔融條件下完成元素磷的還原，并在同一個反應器內完成元素磷的氧化燃燒，進而制取五氧化二磷或磷酸鹽。該工藝方法仍然存在諸多缺陷，如：系統的啟動需要高溫磷鐵水，只能以間歇式生產不能實現連續化運行；氧化區的高溫五氧化二磷氣體與熔融還原區由于無明顯還原性氣氛隔離帶，容易造成五氧化二磷返吸，使還原率降低只能達到90％；高速磷礦粉、煤粉與五氧化二磷氣體逆流接觸，使五氧化二磷氣體帶塵，嚴重影響產品質量；廢渣磷含量高，難以利用等缺陷，該技術難以實現工業化。

發明的內容