[发明专利]煤灰渣在磷矿还原制取黄磷中的应用、磷矿还原制取黄磷的方法

说明书

本发明涉及矿产资源综合领域和节能降耗技术领域，具体涉及一种煤灰渣在磷矿还原制取黄磷中的应用、一种磷矿还原制取黄磷的方法。所述方法包括：在非氧化气氛中，将含有磷矿、还原剂和助熔剂的混合物料进行还原反应，得到的黄磷炉气经水洗冷却，使得所述黄磷炉气中磷蒸汽以液态或固态形式储存在水中，得到黄磷；其中，所述助熔剂选自煤灰渣和可选的硅石；其中，所述还原反应的温度不低于1300℃。本发明提供的方法能有效提高磷矿还原率，缩短还原反应时间；该方法实现煤灰渣资源化循环利用。

技术领域

本发明涉及矿产资源综合领域和节能降耗技术领域，具体涉及一种煤灰渣在磷矿还原制取黄磷中的应用、一种磷矿还原制取黄磷的方法。

背景技术

黄磷是生产精细磷化工产品及高品质磷酸的原料。目前电炉法是工业生产黄磷的唯一方法，即将磷矿、硅石和焦炭按照一定比例混合，在电炉中通过电极加热至1400-1500℃，将磷矿中的磷还原为单质磷。磷矿石中的氟磷酸钙在高温条件下以硅石作为助熔剂、碳作为还原剂得到磷蒸汽和一氧化碳，磷蒸汽经过水洗冷却后获得黄磷。目前除了传统的添加剂硅石外，一些研究者通过添加Al₂O₃、MgO、硅酸盐含钾矿物、碱金属盐等降低磷矿还原的熔融温度，从而达到提高磷矿与碳的传质效率的目的，但由于效果不显著以及经济性问题，鲜有企业采用。

我国是一个“多煤少油缺气”的国家，在一次性能源消费中，煤炭占70％以上。目前，煤灰渣主要被用作水泥混合材或混凝土掺合料，由于其处理工艺复杂，很难得到利用。根据煤质的不同，燃烧1吨煤大约能产生100-300kg的煤灰渣。产生的煤灰渣大多运到固定场地集中堆放，在倒运过程中经常发生落料和扬尘现象，造成环境污染；堆放到场地的煤灰渣由于长时间和空气接触氧化，产生自燃，导致周边CO浓度超标，严重危害人类的健康。

综上所述，为解决电炉法生产黄磷能耗高、磷矿还原率低、煤灰渣堆放污染环境等问题，本发明公开了一种煤灰渣作为助熔剂强化磷矿还原制取黄磷的方法，不仅能实现煤灰渣资源化利用，还能提高磷矿还原率，显著降低黄磷生产能耗。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术问题，提供一种煤灰渣在磷矿还原制取黄磷中的应用、一种磷矿还原制取黄磷的方法，该方法有效提高磷矿还原率，缩短还原时间；同时，该方法也实现煤灰渣的资源化利用。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种煤灰渣在磷矿还原制取黄磷中的应用。

优选地，所述煤灰渣中，SiO₂含量为35-50wt％，Al₂O₃含量为10-35wt％，Fe₂O₃含量为5-20wt％，MgO含量为0.5-10wt％，CaO含量为3-15wt％，C含量为10-25wt％。

本发明第二方面提供一种磷矿还原制取黄磷的方法，所述方法包括：在非氧化气氛中，将含有磷矿、还原剂和助熔剂的混合物料进行还原反应，得到的黄磷炉气经水洗冷却，使得所述黄磷炉气中磷蒸汽以液态或固态形式储存在水中，得到黄磷；

其中，所述助熔剂选自煤灰渣和可选的硅石；

其中，所述还原反应的温度不低于1300℃。

优选地，所述方法包括以下步骤：

(1)将所述磷矿、还原剂和助熔剂各自独立地经干燥后进行混合，得到水含量≤0.2wt％的所述混合物料；

(2)在非氧化气氛中，将所述混合物料进行所述还原反应，得到的所述黄磷炉气进行所述水洗冷却，得到所述黄磷。

优选地，所述还原剂中C含量和所述磷矿中P₂O₅含量的摩尔比≥5:1，优选为5.5-7：1。

优选地，所述助熔剂中，煤灰渣和硅石的重量比为20-100：0-80，优选为80-100：0-20。