[發明專利]一種混合碳源熔融還原中低品位磷礦的方法

無效

• 申請號: 201410241210.X
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN104016321A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 吳元欣;馬超;胡彪;楊世金;戢峻;金放
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C01B25/18
• 分類號: C01B25/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明涉及一種利用混合碳源熔融還原中低品位磷礦的方法，屬磷酸制取技術領域。

技術背景

熱法磷酸相比于濕法磷酸污染小，純度高，能夠有效利用低品位磷礦并且可以進一步用于制備食品級磷酸和電子級磷酸鹽制品，應用范圍寬泛，市場需求也越來越大。熱法磷酸的發展主要受限于能耗過大，生產效益差。郭占成(中國專利公開號CN1160018A)針對這一核心問題提出了熔融還原熱法磷酸新工藝，并且通過對能源消耗進行分析證明熔融還原法的成本要比傳統電爐法低的多，這一突破性的研究大大提高了熱法磷酸的市場競爭力。

熔融還原SR法(Smelting?Reduction)源于煉鐵技術，是指非高爐煉鐵方法中那些冶煉液態體的工藝過程，即在熔融狀態下完成還原反應(還原鐵礦石)的工藝方法。熔融還原工藝起源于20世紀30年代的Basset生鐵水泥法，該方法是一直采用回轉窯同時生產鐵水和水泥熟料的方法；后續發展為Elred法、Inred法和Plasmasmelt法，開始使用電力作為還原反應所需要的熱能；在20世紀80-90年代熔融還原工藝主要有Corex法、DIOS法、HIsmelt法以及Romelt法等，其中Corex法應用最為廣泛，在其他熔融還原技術還處在中間試驗和研究階段的時候，該工藝已經日臻完善。

相對于煉鐵而言,熔融還原煉磷更容易實現。熔融還原煉鐵存在預還原與終還原的銜接問題,對熔融終還原爐,不僅要求得到合格成分的鐵水,而且對煤氣成分、數量和溫度都有嚴格的限制,以滿足預還原的要求。此外,熔融還原煉鐵目前的主要技術難點是F₂O₅含量的爐渣對爐襯的侵蝕和高二次燃燒率下防止金屬的再氧化。而一段法熔融還原熱法磷酸工藝不存在如上問題,而且它只需對爐氣進行回收處理,因此過程操作彈性大、容易實現。

雖然熔融還原磷礦工藝大幅降低了熱法磷酸的能耗，但是利用該工藝進行工業生產的企業寥寥無幾，熔融還原磷礦工藝的反應溫度仍需達到1450℃左右，還原率才能達到95％以上。大多數企業更愿意使用生產成本低的濕法磷酸工藝，熔融還原磷礦的工藝需要進一步深化研究，嘗試將反應溫度降到更低。

在中國實用新型專利說明書CN101092654A中闡述了利用熔融還原法對高磷礦進行脫磷處理的方法，該方法同樣使用了熔融還原工藝，但是該方法與本發明目的不一樣，最重要的是該方法反應溫度仍然需要達到1500℃左右，對于反應溫度要求較高，從而反應裝置的要求也更高，不利于節約成本。在中國實用新型專利說明書CN101157448A中闡述了直接還原磷礦制取高濃度磷酸的方法，同樣是為了還原磷礦，反應溫度仍然維持在1450℃。

發明內容

本發明針對現有熔融還原磷礦工藝反應溫度高，生產成本任然大幅度高于濕法磷酸的弊端，提出了一種使用混合碳源熔融還原磷礦的方法。利用本發明可以大幅度降低反應溫度，提高還原率。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種混合碳源熔融還原中低品位磷礦的方法，其特征在于：將混合碳源、助熔劑和磷礦粉分別進行篩分，均篩分到120～180目，將三者干燥后混合均勻加入到石墨坩堝中，待反應電爐加熱到指定溫度1150～1300℃時放入石墨坩堝進行還原反應，待反應0.8～1.5小時后取出，用喹鉬檸酮重量法測定磷含量，計算還原率；其中反應爐中還原得到的磷蒸汽在電爐內部上方的燃燒發生氧化生成P₂O₅，P₂O₅經過吸收裝置進行吸收獲得磷酸。

按上述方案，混合碳源是分別用石墨、活性炭和焦炭中的任意兩種進行混合，配比范圍為：石墨和活性炭按質量比1:0.15～0.75進行混合，石墨和焦炭按質量比1：0.5～4.5進行混合，活性炭和焦炭按質量比1:0.5～1.5進行混合。

按上述方案，混合碳源是用石墨、活性炭和焦炭三種進行混合，配比范圍為：石墨和活性炭及焦炭按質量比1:0.15～0.75:0.05～0.1或1:1～2.5:3.5～5.5進行混合。

按上述方案，混合碳源的碳過剩系數為1.0～2.6(碳的用量為混合物料中P₂O₅還原所需固定碳理論用量的1.0～2.6倍)，助熔劑為二氧化硅，其中硅與磷礦粉中鈣摩爾比范圍為1.0～3.5。

本發明具有以下優點：

1)本發明極大地提高了熔融還原中低品位磷礦的反應效率，還原磷礦的能力明顯增強，還原率達到95％以上；