中、低品位磷礦燒結(jié)料制磷的優(yōu)越性

中、低品位磷礦燒結(jié)料制磷的優(yōu)越性孫志立【摘要】Adescriptionisgivenofphysicochemicalpropertiesandchemicalcompositionofmedium-gradeandlow-gradephosphaterockresource,andacontrastiveanalysisiscarriedoutofadvantagesandeconomicandtechnicalindexesofsinteringweatheredoreswithhighignitionlossandpoormechanicalstrengthusedinproductionofyellowphosphorus.Resultsshowthatsinteringcanmakefulluseofcheapmedium-gradeandlow-gradeweatheredore,orefinesandphosphorusfurnacetailgas,andplayanactiveroleinpromotingtechnologicalupgradingandinnovationofenterprise,reducingcost,sustainabledevelopingandlong-termstablesupplyofphosphaterockresources.%闡述了中、低品位磷礦資源的物化特性、化學組分，并對黃磷生產(chǎn)中采用的高灼失、機械強度差的風化礦進行燒結(jié)處理的優(yōu)越性和經(jīng)濟技術(shù)指標進行對比分析。結(jié)果表明：燒結(jié)處理可以充分利用廉價的中、低品位風化礦、粉礦和磷爐尾氣，對企業(yè)技術(shù)升級換代、降低成本、可持續(xù)發(fā)展及磷礦資源的長期穩(wěn)定供給有著積極的推動作用?！酒诳Q】《化肥工業(yè)》【年(卷)，期】2014(000)001【總頁數(shù)】4頁(P1-3,18)【關(guān)鍵詞】中;低品位;磷礦燒結(jié);黃磷生產(chǎn)【作者】孫志立【作者單位】貴州源翼礦業(yè)集團有限公司貴州甕安550405【正文語種】中文1.1礦區(qū)概況礦區(qū)地處云南滇池、宣威、金沙江3個磷礦區(qū)域的中心點上（屬云南會澤縣），位于揚子地臺的西南緣，次級川滇隆起與滇東凹陷帶的交界處，緊鄰落因古陸邊緣。晉寧期小江斷裂沿隆起凹陷交界發(fā)生斷陷形成了滇東凹陷帶，為古陸包圍的海灣狀沉積盆地，形成相對閉塞的環(huán)境，為磷礦的形成創(chuàng)造了有利的理化條件，大量繁殖的生物遺體、海水攜帶的磷質(zhì)及古陸風化物提供的磷質(zhì)在這一特定環(huán)境下不斷堆積形成礦層（礦體）。該礦區(qū)現(xiàn)已探明磷礦儲量20億t，可開采的磷礦儲量在10億t左右，以中、低品位為主，有用的礦物為磷灰石，脈石礦物主要為白云石、石英和玉髓。根據(jù)化學多元素分析研究，若欲用此種礦獲得較高品位的磷精礦（選礦），不僅需要排除大部分白云石礦物，而且需要降低最終磷精礦中的硅質(zhì)礦物含量。由于磷礦與白云石、石英等脈石礦物共生關(guān)系復雜，呈微細相互充填膠結(jié)、包裹嵌布，不論是磷礦鮞粒中還是膠結(jié)物中都分布著細小的白云石、石英等雜質(zhì)顆粒，按目前的技術(shù)水平，以低成本工業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)選磷礦幾乎是不可能的。1.2磷礦特點及化學組分該礦區(qū)磷礦的特點是機械強度差（風化礦多）、灼失高（碳酸鹽分解CO2的量）、品位偏低（多為中、低品位）等。礦區(qū)磷礦化學組分統(tǒng)計見表1。從表1統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可得出：與上述礦區(qū)的磷礦特點是相吻合的；4號礦由于受取樣工具和現(xiàn)場限制，代表性有所下降（P2O5含量很低，而SiO2含量很高），但其他數(shù)據(jù)符合磷礦構(gòu)造的相應變化規(guī)律，如CO2的含量相應降低。1.3碳酸鹽對磷酸鹽化學還原反應的影響該礦區(qū)所產(chǎn)磷礦中的碳酸鹽主要是以白云石［CaMg（CO3）2］和石英等形式存在（表1所示CO2質(zhì)量分數(shù)平均為9.66%）。碳酸鹽的分解溫度為700~1000°C,反應分解出來的CO2隨即被C還原成CO或反應生成低級氧化物，即灼失，灼失高表明分解出來的CO2多。為了表述統(tǒng)一，以下都用CO2表示碳酸鹽灼失量。由于碳酸鹽在700~1000C時的分解率在82%以上，而爐內(nèi)的化學還原反應溫度高達1400C,故磷礦中碳酸鹽的分解率可視為100%。碳酸鹽的分解和CO2的還原會使磷礦的粒徑在爐內(nèi)發(fā)生變化，當爐料依次落入熔池時，隨溫度的逐漸升高，磷礦發(fā)生爆裂，使料層中粉塵增多（粉塵增加率高達12%~21%），料層的透氣性和熱交換功能下降；其次，爐內(nèi)電極電流易發(fā)生波動（打?。?，頂部爐料容易結(jié)拱、塌料頻繁，熔池電阻、電流不易控制，爐壓劇增，嚴重時弓I起電極密封處噴火而燒壞電極懸掛等設施，還給爐面操作工的正常操作或維護帶來潛在的安全隱患。實踐數(shù)據(jù)統(tǒng)計證明：磷礦中的CO2質(zhì)量分數(shù)每增加1%，每噸黃磷增加電耗200kW-h、焦炭30kg、泥磷10%~20%。此外，在700-900C條件下，CO2與電極會發(fā)生氧化反應，從而增大電極損耗。1.4中、低品位磷礦的利用及經(jīng)濟技術(shù)指標對比分析中、低品位磷礦中，除少部分可用于熱法黃磷生產(chǎn)或鈣鎂磷肥等加工外，其余大部需經(jīng)過浮選富集處理后方可滿足高濃度磷復肥加工用礦要求。由于國內(nèi)富礦儲量日漸減少，在磷礦資源貧化、高純和高附加值磷化工產(chǎn)品需求增加的情況下，磷化工企業(yè)已經(jīng)不能保證得到磷礦資源的長期供應。根據(jù)國內(nèi)外卜磷礦資源的實際供應情況，中、低品位磷礦的開發(fā)研究利用已被認為是未來磷礦利用的發(fā)展趨勢，國內(nèi)外卜許多公司多年來都已進行了中、低品位磷礦選礦技術(shù)的研究開發(fā)，積累了豐富的經(jīng)驗，并將成為增加可利用磷礦資源量、提高資源利用率和磷礦供應保障程度的中堅力量。以表1磷礦中各組分統(tǒng)計的平均值、電價0.5元/林可加、焦炭1300元/t計，則生產(chǎn)1t黃磷增加的電費為9.66x200x0.5=966.00（元），增加的焦炭費用為9.66x30x1.3=376.74（元）；按正常的磷收率為85%、CO2質(zhì)量分數(shù)每上升1%噸黃磷增加10~20kg泥磷（泥磷中磷含量按30%折算成黃磷）、黃磷價格15800元/t計，則生產(chǎn)1t黃磷因增加的泥磷量多支出費用為9.66x15（取中間值）x30%x15.8=686.83（元）。以上3項合計，生產(chǎn)1t黃磷由于CO2含量上升所增加的費用是2029.57元。從經(jīng)濟技術(shù)指標對比分析可知，由于磷礦中CO2含量偏高、機械強度差、粉礦率高，除噸黃磷直接增加的費用外，還影響負荷、產(chǎn)量的提高和企業(yè)的經(jīng)濟效益。2.1預處理燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)工藝用于煉鐵原料鐵礦的燒結(jié)處理，在鋼鐵工業(yè)一直得到廣泛的應用。20世紀70年代，前蘇聯(lián)就已成功地將這一成熟工藝移植至磷礦的預處理燒結(jié)工藝上。云南安寧草鋪大黃磷項目在引進的60kt/a黃磷裝置（設2臺制磷電爐）中采用了900kt/a燒結(jié)裝置，近幾年裝置生產(chǎn)一直很正常，開車率在70%左右時便能滿足2臺大型制磷電爐的原料供應。磷礦燒結(jié)的主要原料是磷礦粉、焦粉和制磷電爐尾氣，此3種物料在中、小型制磷電爐生產(chǎn)過程中恰恰都是難以保存和處理的副產(chǎn)品。磷礦粉和焦粉（粒度分別在10mm以下和3mm以下）按一定比例混合，加水潤濕后造粒，然后送入燒結(jié)臺車，經(jīng)尾氣燃燒裝置高溫點火，使混合料層中的焦粉燃燒；在高溫下，物料開始軟化，顆粒表面有一定的粘接相-液相生成，物料粘接形成燒結(jié)塊，經(jīng)冷卻、破碎、篩分得到所需粒度的合格爐料，粒度不合格的爐料作為底料和返料。燒結(jié)過程是一個物化過程，燒結(jié)后強度提高。磷礦石中游離的白云石在1150°C的高溫下脫碳分解，形成的游離鈣、鎂氧化物又與二氧化硅作用生成易熔的硅酸鹽，結(jié)晶水及有機質(zhì)分解揮發(fā)，物料隨之軟化、粘結(jié)，冷卻后結(jié)塊。降低升華電耗，熱穩(wěn)定性好。磷礦經(jīng)高溫燒結(jié)后，脫除了其中的結(jié)晶水、有機物等；CO2分解可達99%以上；機械強度高，運輸過程中不易破碎，粉化率降低。制磷電爐開車率高。采用燒結(jié)料入爐，爐內(nèi)結(jié)拱、塌料、導氣管堵塞等現(xiàn)象減少，下料均勻，爐氣溫度穩(wěn)定，制磷電爐運行平穩(wěn)，功率因數(shù)高，故障停爐次數(shù)減少，特別是電極折斷次數(shù)大大減少，從而提高了開車率。⑶生產(chǎn)能力提高。采用燒結(jié)料入爐，爐內(nèi)料層透氣均勻，爐氣與爐料的熱交換好，爐氣出口溫度低，爐料的電阻率較塊礦高，容易獲得最大電阻的爐料，電爐效率升高，負荷可提高8.5%，產(chǎn)量可提高10.0%。(4)泥磷量大幅減少。由于燒結(jié)料帶入的雜質(zhì)、粉塵減少，泥磷量比原來減少70%以上。2.3燒結(jié)裝置的優(yōu)化和創(chuàng)新燒結(jié)料入爐雖然有諸多優(yōu)點，但由于燒結(jié)裝置的一次性投資大，是磷礦燒結(jié)預處理技術(shù)未能得到廣泛推廣應用的根本原因。目前，國內(nèi)全部使用燒結(jié)料、采用制磷電爐生產(chǎn)黃磷的僅有云南安寧草鋪大型黃磷企業(yè)一家，其900kt/a帶式燒結(jié)裝置投資7億元以上，是當前世界上用于黃磷原料預處理燒結(jié)最大的帶式燒結(jié)裝置。據(jù)有關(guān)資料報道，云南已建成1臺100kt/a新型磷礦燒結(jié)機，在設備投資和燒結(jié)工藝上都有了較大的改進，稱為步進式平面循環(huán)燒結(jié)機。該燒結(jié)機是在總結(jié)、消化吸收國內(nèi)、夕卜帶式燒結(jié)機的基礎上進行了發(fā)展和完善，是近幾年優(yōu)化創(chuàng)新開發(fā)的一種新型燒結(jié)裝置，具有投資省、結(jié)構(gòu)簡單實用、建設周期短(總建設期180d左右)、投資回收期短、運行費用低、除塵效果好、擴容改造方便等特點，燒結(jié)和冷卻在同—臺車組上進行，產(chǎn)量高、質(zhì)量好、操作維護方便，完全可與進口帶式燒結(jié)機相媲美，相同規(guī)模、產(chǎn)量的步進式平面循環(huán)燒結(jié)機投資不到帶式燒結(jié)機的1/6，設計利用系數(shù)最高可達1.65，設備利用率可達95%以上。（1） 噸合格燒結(jié)料成本眾所周知，目前我國礦山多數(shù)是按統(tǒng)礦方式供礦，進入工廠的磷礦中＜5mm的粉礦質(zhì)量分數(shù)達30%-40%，磷礦經(jīng)破碎、干燥、篩分處理后，粉礦質(zhì)量分數(shù)高達40%-50%，即2t磷礦才能加工成1t合格的入爐礦。由于礦區(qū)磷礦品位低、SiO2和CO2含量高，除了用于電熱法制磷外，很難用于其他產(chǎn)品的生產(chǎn)，這部分粉礦不管在礦山還是在工廠，堆放保存都較困難。按磷礦粉（含P2O5質(zhì)量分數(shù)24%左右）售價200元/t、焦粉800元/t計，磷礦粉預處理燒結(jié)成本（消耗量按黃磷生產(chǎn)指標：生產(chǎn)1t合格燒結(jié)料消耗磷礦粉1.18t、焦粉0.12t、動力電110kW?h、其他費用34元）如下：磷礦粉為1.18x200=236（元/t）,焦粉為0.12x800=96（元/t）,動力電（取年產(chǎn)30kt大型制磷電爐的1/2）為55x0.5=27.5（元/t）,其他費用（取年產(chǎn)30kt大型制磷電爐的1/2）為17.0元/t,合計376.5元/t。（2） 投資回收期計算通過以上研究分析、成本核算并結(jié)合該磷礦的實際情況，可先采用礦山的原礦加工成合格的塊礦（入爐料），粉礦用于制取燒結(jié)料，采用塊礦、燒結(jié)料按質(zhì)量比5:5,4:6,3:7和2:8的比例逐漸減少塊礦用量，增加燒結(jié)料入爐。若能將合格塊礦出售，全部用燒結(jié)料更好。若建1套200kt/a燒結(jié)料生產(chǎn)裝置并配套2臺25000kVA制磷電爐，投資2500萬元左右；若采用塊礦（合格爐料）入爐，塊礦到廠價不低于350元/t;以生產(chǎn)1t黃磷消耗10t塊礦或燒結(jié)料計算，則制取1t黃磷的成本分別為3500元和3765元。塊礦入爐由于CO2等未脫除，生產(chǎn)1t黃磷增加的費用是1773.26元；而采用燒結(jié)料，這一項幾乎為零，但增加了燒結(jié)裝置的一次性投資。若采用塊礦與燒結(jié)料按質(zhì)量比5:5比例混合入爐，2臺制磷電爐的生產(chǎn)運行率為70%，經(jīng)計算，投資回收期約為2.37年。若全部采用燒結(jié)料，在相同條件下，投資回收期僅1.19年。磷礦燒