[实用新型]用于配碳磷矿球团的预热高温固结竖式炉

说明书

本实用新型公开了一种用于配碳磷矿球团的预热高温固结竖式炉，包括竖式炉体，竖式炉体于内腔设置有筛分组件，筛分组件将竖式炉体的内腔分隔为上固结腔和下排灰腔。该高温固结竖式炉具有结构简单紧凑、可实现高温固结和筛分功能、能简化工序的优点。

技术领域

本实用新型主要涉及磷酸生产技术领域，尤其涉及一种用于配碳磷矿球团的预热高温固结竖式炉。

背景技术

窑法磷酸是上世纪80年代美国Occidental Research Corporation(ORC公司)开发的可直接利用中低品位磷矿用回转窑作为反应器生产高浓度磷酸的工艺技术(简称窑法磷酸工艺，或KPA法)，它将磷矿石、硅石、碳质还原剂加皂土制成碳素球团，球团w(P₂O₅)10％～13，n(CaO)/n(SiO₂)为0.26～0.55。在回转窑中还原区高温气体温度约1350℃时磷蒸气从料球中逸出，氧化成P₂O₅，同时放出热量供给还原反应。气态P₂O₅经水合后生成磷酸,循环吸收后成浓磷酸。

窑法磷酸的最大优点是用一般的生产设备和中低品位磷矿石来生产高质量、高浓度的磷酸。与电炉法磷酸相比，能耗大大降低；与湿法磷酸相比，它不受硫资源限制，不产生磷石膏，具有生产工序简单、投资较少、绿色环保，产品酸浓度高、质量好的特点，该工艺思路显示了一种良好的工业应用前景。

1982年ORC公司进行了Φ0.84m(内)×9.14m回转窑中试装置的中间试验，并进行了磷矿石回转窑还原的数学模型研究。但他们未认识到工艺过程中P₂O₅反吸(即：气相中的P₂O₅与球团表面的磷矿粉反应生产磷酸盐在球团表面形成一层富磷的白壳)引起的磷损耗，因此中试效果欠佳。如何在一个回转窑内有效地隔离氧化区和还原区，使磷的还原和氧化反应同时顺利完成，并充分利用其反应热，与此同时尽量避免P₂O₅反吸发生保证磷的还原率，成为了制约窑法磷酸工艺的瓶颈。Joseph A.Megy提出过一些改进的技术方法(参见U SP 4351809,1982)，用惰性气体做隔离层，阻止球团与氧化气氛的窑气接触，其具体办法是在回转窑窑体上钻许多小孔，不断地从球料层下方通入惰性气体，以清洗反应床，防止球团中的炭被氧化。这种用惰性气体保护的方法取得了一定效果，但是由于采用低温固结球团入窑，回转窑预热段(球团从200℃—1200℃)太长，因此通入预热段的球团表面的保护气量很大，不仅成本很高，而且使回转窑的结构和操作变得十分复杂。Walter.C.Lapple则采用在料球层上覆盖“游离”焦炭粒的方法(参见U S P，3241917,1996，以此来保护料球中的炭不被氧化，ORC公司在中试时采用这种方法，虽然加入的“游离”焦炭量为料球量的若干倍，但是在窑体转动过程中，“游离”焦炭与料球分离，保护效果并不明显。上述这些措施都未取得满意的结果，至今未见上述的KPA技术进行过任何工业化、规模化或商业化的应用。

鉴于上述问题，我们(长沙矿冶研究院)经过反复研究，曾提出过一种克服上述问题的解决方案(参见CN1026403C、CN1040199C号中国专利文献)，即采用一种双层复合球团直接还原磷矿石生产磷酸的工艺(简称：CDK窑法磷酸工艺)。所谓双层复合球团，就是在磷矿配碳球团的外表面再包裹上一层主要是含碳的包裹层，就像穿了一层衣服一样，靠这层“衣服”中的碳与外部氧化性物质反应后局部产生CO等还原性气氛将内部的固相还原区和外部的气相氧化区隔开，避免P₂O₅反吸。中试和半工业试验均证明双层复合球团能解决在一个回转窑内有效隔离氧化区和还原区的问题。

然而，我们后续的研究发现，采用双层复合球团隔离氧化区和还原区付出的代价较高，还引起一系列新的技术问题，其主要缺陷在于：

1)多种因素引起的回转窑结圈问题，使回转窑难以长周期连续稳定运行，如：