混合碳基熔融還原磷礦的研究.pdf

1、磷元素不論是對(duì)于人體還是植物都是必不可少的化學(xué)元素，在很多方面起著不可替代的作用。磷礦作為一種重要的不可再生的自然礦產(chǎn)資源，最常見(jiàn)且分布最廣的磷礦是磷灰石，磷礦從礦石中提取后轉(zhuǎn)化成肥料原材料和工業(yè)化學(xué)原料。在我國(guó)磷礦資源主要呈現(xiàn)出總體儲(chǔ)量大并且分布集中，但是磷礦品位較低的特點(diǎn)，主要以中低品位膠磷礦為主，雜質(zhì)多，不易開(kāi)發(fā)利用。
　　本文通過(guò)對(duì)主要磷化工工藝——濕法磷酸和熱法磷酸工藝以及尚未很好工業(yè)化的窯法磷酸工藝進(jìn)行了介紹對(duì)比，分析

2、了三種工藝之間的優(yōu)缺點(diǎn)：濕法磷酸雖然工藝簡(jiǎn)單但是后續(xù)除雜工段繁瑣，且除鎂除氟仍是較難解決的問(wèn)題，生產(chǎn)磷酸的濃度較低；窯法磷酸和熱法磷酸的生產(chǎn)原理相似，都是通過(guò)碳質(zhì)還原劑與硅質(zhì)以及磷礦發(fā)生還原反應(yīng)，通過(guò)對(duì)主要的兩種窯法磷酸工藝對(duì)比，不論是KPA(美國(guó)西方石油公司窯法磷酸)工藝還是CDK（長(zhǎng)沙礦冶研究院窯法磷酸）工藝在造球工藝上都有明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，不能保證長(zhǎng)期高效率的連續(xù)生產(chǎn)，至今沒(méi)能很好的工業(yè)化。針對(duì)我國(guó)磷礦的分布特點(diǎn)，熱法磷酸工藝應(yīng)該是符

3、合我國(guó)磷化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主流趨勢(shì)，該工藝產(chǎn)出的磷酸純度高質(zhì)量好，為了解決阻礙熱法磷酸工藝普遍工業(yè)化的能耗高的難題，一方面將速度發(fā)展的熔融還原法由煉鋼工藝引入磷礦的還原過(guò)程中可以明顯提高傳質(zhì)傳熱效率，另一方面通過(guò)燃燒塔內(nèi)余熱回收、添加劑助熔等方面進(jìn)一步降低能耗，能夠大幅度地降低整個(gè)工藝過(guò)程中的能量消耗。
　　在理論分析方面，論文從熱力學(xué)角度對(duì)碳質(zhì)還原劑還原磷礦的過(guò)程進(jìn)行了分析。通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)物料為多硅配料預(yù)熔渣熔融還原時(shí)，

4、理論反應(yīng)起始溫度為1211℃；當(dāng)反應(yīng)物料為多鈣配料預(yù)熔渣熔融還原時(shí)，理論反應(yīng)起始溫度為1452℃，明顯高于多硅配料的情況。熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明預(yù)熔渣為多硅配料時(shí)能夠明顯降低反應(yīng)起始溫度，降低能耗。
　　在此基礎(chǔ)上，本文先從單因素變量出發(fā)考察所選磷礦熔融還原過(guò)程的最佳反應(yīng)條件，然后利用三種主要碳源：活性炭、石墨粉以及焦炭進(jìn)行混合作為混合碳源還原磷礦，探索性分析混合碳源對(duì)中低品位磷礦還原的效果。在對(duì)三種碳源的物性做了相關(guān)測(cè)試分析之后，實(shí)

5、驗(yàn)分別對(duì)幾種碳源單獨(dú)還原磷礦的效果做了對(duì)比，作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的參照基準(zhǔn)；而后以三種碳源兩兩混合探索混合碳源的還原效果，并將還原結(jié)果與單獨(dú)碳源還原的效果進(jìn)行對(duì)比分析優(yōu)劣；最后將三種碳源混合起來(lái)還原磷礦，將還原結(jié)果與單獨(dú)碳源的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析優(yōu)劣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)將碳源混合起來(lái)還原磷礦，碳源之間不論是兩兩混合還是三種混合都整體體現(xiàn)出一種協(xié)調(diào)效應(yīng)，還原效果明顯提高，還原率最高達(dá)到98.7％。為了對(duì)產(chǎn)生這一協(xié)同效應(yīng)的原因進(jìn)行分析，從還原效果改善明