磷礦粉制備球團生產黃磷的技術綜述,冶金工程論文

磷礦粉制備球團生產黃磷的技術綜述,冶金工程論文摘要：簡述了黃磷生產的必要性及磷礦粉制備球團的意義,分析了黃磷生產對磷礦的要求和對磷礦粉制備球團的性能要求,從圓盤造球機造球、磷礦粉壓球和磷精礦成球3個方面對磷礦粉制備球團生產黃磷的技術現在狀況進行了總結,并對球團制備工藝的選擇提出了建議。本文關鍵詞語：磷礦粉;造球工藝;壓球工藝;Abstract：Thispaperbrieflydescribesthenecessityofyellowphosphorusproductionandthesignificanceofproducingpelletsfromphosphaterockandanalysestherequirementsforyellowphosphateproductionandtheperformancerequirementsofpelletsproducedfromphosphaterockpowder.Thetechnicalstatusofproducingyellowphosphorusfrompelletsmadefromphosphaterockpowderissummarizedbythreedirectionsofdiskpelletizing,phosphatepowderextrudingballandphosphateconcentratepelletizingandsuggestionsonpelletproductionareputforward.Keyword：phosphaterockpowder;pelletizingprocess;extrudingballprocess;0、引言黃磷是一種重要的化工原料,以其為原料生產的各種磷化物和磷酸鹽品種繁多,用處廣泛[1]。用黃磷制磷酸是磷酸生產工藝中的一種,即熱法磷酸。熱法磷酸的用處比濕法磷酸更廣泛,可生產飼料級、食品級和電子級精細磷酸鹽產品,具有生產高端磷酸鹽產品的優(yōu)勢。濕法磷酸由于含雜質較多,難以生產食品級及電子級磷酸鹽產品,因而黃磷擁有重要的市場地位。生產黃磷需要高檔次的塊礦,然而,我們國家經多年開采,用于黃磷生產的富塊礦所剩不多[2],難以知足黃磷生產需求。同時,黃磷用高檔次磷礦尤其是風化型磷礦在加工和使用經過中會產生大量的粉礦,粉化率通常在20%左右,有的高達50%以上[3],這部分磷礦粉必須制備成球團后才能用于生產黃磷[4]。本文總結了磷礦粉制備球團生產黃磷的技術現在狀況,并對球團制備工藝的選擇提出了建議。1、球團性能要求電爐制磷是將合格的磷礦或球團、硅石、焦炭按一定的配比均勻混合,在密閉電爐內利用電能在高溫下進行化學反響生成黃磷[5]。磷礦石中磷的檔次及雜質含量決定焦炭的用量,而焦炭的用量將決定電爐電耗,磷礦檔次越高,則電耗越低。磷礦粉制備的球團,不僅P2O5檔次要到達生產要求,而且要求有足夠的機械強度。強度要保證其在加工運輸經過中屢次跌落而不破裂,且能承受堆積高度到達5m以上爐內上部球團的靜壓力。同時,球團要求具有一定的粒度,使爐氣均勻地排出以獲得正常的爐氣溫度和爐氣含塵量。磷礦粒度過小或細粉過多,會使氣體經過料層時遭到阻礙,透氣性下降,進而引起爐內結拱造成塌料。而粒度太大,會引起下料管堵塞,甚至加劇爐料中各組分的離析現象。一般球團粒度控制在4~30mm。電爐生產工藝要求入爐球團必須具有良好的熱穩(wěn)定性,在爐內高溫區(qū)不爆裂成細粉和結拱搭橋,確保爐內爐料具有良好的透氣性。2、磷礦粉制備球團工藝磷礦粉制備球團工藝當前主要有造球工藝和壓球工藝,應根據磷礦粉性質不同,采用相應的成球工藝。下面主要從圓盤造球機造球、磷礦粉壓球和磷精礦成球3個方面進行闡述。2.1、圓盤造球機造球造球又叫滾動成型,是細磨物料在造球設備中被水潤濕并在機械力及毛細力作用下的連續(xù)經過,生球經預熱、焙燒后獲得成品球。為保證物料能夠成球并具有相應強度,造球經過中需參加粘結劑。磷礦粉造球流程如此圖1所示。圖1造球工藝流程根據原料不同,有單一的磷礦粉直接造球[6],也有磷礦粉中摻雜一種或多種物料混合造球[7-9],還有用硅石粉、煤粉包裹造球或多層包裹造球。在造球經過中,在磷礦粉中參加一定比例的煤粉和硅石[10],混合造球,能夠簡化后續(xù)配料步驟。多層包裹造球是指球團由內殼和外殼構成,外殼包覆內球,內球由內球料和粘結劑組成,外殼由包裹料和粘結劑組成,用此方式方法生成的復合球團質量更穩(wěn)定、強度更高層次且性能更好[11]。楊貞銀等[12]將配好料的磷礦粉、硅石粉、煤粉、羧甲基淀粉鈉、膨潤土同時置入強力混合機,將混合后的物料置入圓盤造球機,物料在不斷滾動下構成內球團;另取磨細的硅石粉、煤粉混合后用作包裹料,將包裹料與內球團同時置入另一圓盤造球機,包裹料與內球團在不斷滾動下構成合格球團。粘結劑的選取將決定球團的質量。粘結劑的作用是使球團具有良好的成球性能,即強度高、不粉化、抗摔和高溫不爆裂等,同時不帶入雜質且成本較低。當前粘結劑有無機粘結劑和有機粘結劑兩種,應根據磷礦性質的不同采用不同的粘結劑。無機粘結劑以膨潤土為主;有機粘結劑有腐植酸鈉、LS型系列粘結劑、植物膠等,其具有粘結性強、不會帶入雜質的特點,因此越來越遭到重視。長沙礦冶研究院[13]提出了冷固結雙層復合料造球技術,以有機物為粘結劑造球,經枯燥后入回轉窯進行反響,顯著提高了球團強度,大大減少了復原經過中球團的破裂。范福軍[14]等采用腐植酸鈉作為粘結劑,比膨潤土有更好的粘結性和球團強度,潤磨能夠顯著改善球團的抗壓強度和落下強度。羅宗恬[15]等采用LS型系列粘結劑,成球固結后的磷礦球在黃磷電爐內熔融前不粉化、不爆裂。2.2、磷礦粉壓球壓球團是將所需的全部物料均勻混合、壓制、枯燥后制成的球團,采用的主要設備是對輥壓球機。壓球工藝比造球工藝簡單,是將磷礦粉與一種或幾種物料混合后壓球,以提高球團部分性能。壓球在粘結劑的采用方面比造球要求高,造球是通過焙燒來提高球團的性能,而壓球通過低溫枯燥來實現,因而粘結劑的選擇更關鍵。磷礦粉壓球還具有工程投資省、粉料粒度范圍選擇廣、污染小等特點,工藝流程如此圖2所示。圖2壓球工藝流程磷礦粉壓球一般利用對輥的方式方法[16]將磷礦粉、焦炭粉和硅石粉經干混、濕混、碾壓、攪拌、對輥擠壓等工序制成球坯狀黃磷爐料,以大幅提高物料反響性能,降低電耗和減少污染[17]。張興華[18]在磷礦粉(100目)中參加由腐植酸和氫氧化鈉混合制成的粘結劑,攪拌均勻后壓制成球團,該方式方法充分利用了粉磷礦石,與塊礦爐料相比,其有害碳酸鹽雜質脫除率高、電耗下降、污染排放量減少、生產成本降低。李紅科[19]等將磷礦粉、煤及硅石混合配料,配入粘結劑,混勻并壓制成型,得到反響原料球團;將所述反響原料球團布入焙燒設備內焙燒處理,得到高溫球團;將所述高溫球團直接裝入電爐進行復原冶煉。2.3、磷精礦成球除用磷礦粉制備球團外,還可采用磷精礦制備球團,這可拓寬黃磷生產用礦來源,利用低檔次磷礦生產黃磷。磷精礦中磷含量雖較高,但因是粉狀物料不宜直接入電爐制黃磷,必須進行造球或壓球。磷精礦粒度較細,這使其具有良好的成球性能,成球時粘結劑的添加量較低。黃紹云[20]等對磷精礦成球進行了研究,以硫磷鋁鍶礦磷精礦為原料,采用對輥成球工藝壓球,這種成球方式能夠降低枯燥精礦的能耗,節(jié)省再次磨細的費用,成球機生產能力大,便于大型化生產。宋文義[21]研究用不同粒度的浮選磷精礦造球,用磷酸作粘結劑,粗粒磷精礦造球磷酸用量為3.21%時,球團的抗壓強度為773g/個;細粒磷精礦造球磷酸用量為1.62%時,球團的抗壓強度達2396g/個,造球效果較好。3、結論和瞻望a.黃磷在短時間內不可取代,但面臨原料礦源短缺的問題。將磷礦粉造球用于黃磷生產,既可解決礦源問題,又能合理利用磷礦粉。b.粘結劑決定球團性能,要求粘結劑具有添加量低、粘結性強、成本低的特點。當前無機粘結劑以膨潤土為主,有機粘結劑有腐植酸鈉、植物膠、復合粘結劑等。c.造球與壓球各有優(yōu)缺點,造球需要焙燒,增加了成本,但對粘結劑要求較低;壓球對粘結劑要求較高,但與造球相比成本低,耗電少,且工藝相對簡單。所以應根據磷礦粉或磷精礦性質不同,選取不同的成球工藝。以下為參考文獻：[1]朱玉平.電爐制磷磷礦預處理及其方式方法的評述[J].硫磷設計與粉體工程,2008,(4):31-34.[2]何東升,劉星,彭燦,等.湖北某膠磷礦雙反浮選試驗研究[J].化工礦物與加工,2021,46(1):1-3.[3]駱彪.黃磷粉礦的利用與成球技術[J].磷肥與復肥,2020,27(5):61-63.[4]羅宗恬,杜星,黃勇,等.低檔次磷礦富化生產黃磷技術[J].化肥工業(yè),2021,44(2):1-3.[5]陳善繼.黃磷生產對磷礦質量的要求[J].磷肥與復肥,2001,(6):53-56.[6]銅陵百榮新型材料鑄件有限公司.一種磷礦粉造粒成型燒結工藝[P].中國專利:202110025533.4,2021-01-13.[7]HR.A.Processforreducingphosphateore[P].US:4389384,1983-06-21.[8]MJ.A,HR.A.Processforproducingphosphoruspentoxideorphosphorusorphosphoricacid[P].US:4351813,1982-09-28.[9]MJ.A.Phosphorouspentoxideproducingmethods[P].US:2008289385[P].2008-11-27.[10]呂學偉,扈玫瓏,潘成,等.一種低檔次磷礦轉底爐法生產黃磷的方式方法[P].中國專利:102689882A,2020-09-26.[11]侯擁和,王佳賓,王朋生.用于窯法磷酸工藝的復合球團原料及其成型方式方法[P].中國專利:104211028A,2020-12-17.[12]楊貞銀,龔金瑞,鄭秉炎,等.一種合適窯法磷酸回轉窯工藝的冷固結球團的制備方式方法[P].中國專利:104531984A,2021-04-22.[13]寧培棟.窯法磷酸現在狀況和前景瞻望[J].湖北化工,1994,(1):5-l2.[14]范福軍,呂莉,吳潘,等.窯法磷酸復原反響物料的造球研究[J].磷肥與復肥,2020,27(6):23-25.[15]陳善繼.黃磷生產對磷礦質量的要求[J].磷肥與復肥,2001,(6):53-56.[16]張平俊.一種磷礦粉輪碾對輥集成制球生產線及其生產方式方法[P].中國專利:106629642A,2021-05-10.[17]羅宗恬.利用磷礦粉和碳粉生產黃磷的方式方法[P].中國專利:104891461A,2021-09-09.