[发明专利]磷矿粉快速热熔法生磷酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以磷矿粉和硅石粉为原料，煤粉为加热能源的快速热熔法生磷酸的工艺方法，属化工技术领域。

背景技术

现有工业化生产磷酸的主要方法有：湿法磷酸、热法磷酸和窑法磷酸。热法磷酸工艺是：以电炉黄磷产品为原料，黄磷与空气氧化反应生成五氧化二磷气体，用水吸收得热法磷酸产品。热法磷酸工艺主要不足在于：需要高电耗黄磷产品为原料，磷酸生产成本高。湿法磷酸的工艺方法是：以磷矿石和无机酸(如硫酸、盐酸)反应，过滤分离磷石膏，得低浓度的磷酸。湿法磷酸工艺方法主要的不足在于：磷酸浓度低，磷酸中各种杂质含量高，消耗大量硫酸并产生大量磷石膏污染物，该工艺技术在国家2012年产业结构调整目录中已被列为限制发展目录。窑法磷酸工艺方法是以磷矿石、硅石、碳质还原剂为原料，以煤或煤气为加热能源，使磷矿石中的五氧化二磷还原成单质磷蒸气，并氧化成五氧化二磷气体，用水吸收得磷酸产品。目前我国的窑法磷酸工艺方法按窑型分有：湖北保康的回转窑法磷酸、湖北宜昌的燧道窑法磷酸和贵州的高炉法磷酸。以专利号：931114470为代表的窑法磷酸生产工艺方法，是将磷矿粉、碳粉(焦碳粉或煤粉)、硅石粉按一定比例配料、磨粉、混合、成球(或成型)、烘干后，进入回转窑进行还原，氧化煅烧反应。物料从回转窑高端加入窑内，低端喷入煤粉和空气加热，并排出固体炉渣，炉气从窑高端排出并导入水合吸收装置进行水合反应而得磷酸。反应式为：

Ca₃(PO₄)₂+5C+3SiO₂→3CaSiO₃+P₂+5CO，

P₂+2.1/2O₂→P₂O₅，

P₂O₅+3H₂O→2H₃PO₄。

回转窑法磷酸最大的缺点是反应时间长(物料在回转窑中停留4-5时)，反应温度控制难，回转窑结圈堵料，设备无法连续运转。燧道窑法磷酸最大的缺点是设备单位体积的产能低，占地面积大，反应速度慢，不适于大规模工业化生产。高炉法磷酸工艺实质上是高炉黄磷增加了磷泥氧化成五氧化二磷并水合成磷酸。最大的缺点是高炉黄磷的设备投资大、控制复杂、能耗高、磷泥氧化的热能回收困难、流程长。目前国内的窑法磷酸工艺技术均还在研发过程中，尚无完善成功的工业生产装置运行。本发明的目的在于克服现在工业磷酸生产方法的不足，提出一种有别于现有磷酸生产的新工艺方法——磷矿粉快速热熔法生磷酸的方法。

发明内容

本发明是以磷矿粉和硅石粉为原料，煤粉为加热能源的快速热熔法生磷酸的工艺方法，其特征是：磷矿粉和硅石粉在1450-1800℃的条件下，2分钟内完成磷酸钙与二氧化硅的化学反应，生成硅酸钙熔融炉渣和五氧化二磷炉气，硅酸钙熔融炉渣补加碳酸钙或氧化钙粉可获得水泥熟料，五氧化二磷炉气经换热、除尘、水合吸收获得磷酸。化学反应如下：

A.Ca₃(PO₄)₂+3SiO₂→3CaSiO₃+P₂O₅↑

B.Ca3(PO₄)₂+2SiO₂→Ca₃Si₂O₇+P₂O₅↑

C.P₂O₅+3H₂O→2H₃PO₄