專利名稱：一種同時制備黃磷和水泥熟料或電石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及黃磷的制備，也涉及硅酸鹽或電石的制備，具體而言涉及同時制備黃磷和硅酸鈣水泥熟料或電石的方法。
背暴技術(shù)目前，黃磷的工業(yè)生產(chǎn)都是采用電爐法，即將5～40mm磷礦石，3～20mm焦炭(或無煙煤)和5～40mm硅石在電爐中主要通過電極與物料之間產(chǎn)生的電弧加熱至1450～1550℃的高溫，在熔融狀態(tài)下，黃磷即被焦炭(或無煙煤)還原揮發(fā)出來。每生產(chǎn)1噸黃磷要產(chǎn)生9～11噸黃磷爐渣。黃磷爐渣的綜合利用主要采用的方法有；一是用作生產(chǎn)水泥的配料，但是在黃磷生產(chǎn)過程中，黃磷爐渣主要成份是水化速度非常緩慢的二硅酸三鈣；在排出高達(dá)1400～1500℃的熔融爐渣時要經(jīng)過水淬不僅黃磷爐渣顯熱沒有回收利用，而且還要消耗大量的水，同時高溫狀態(tài)下的二硅酸三鈣將與水發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)后二硅酸三鈣會失去水化水硬活性。所以在用作生產(chǎn)水泥的配料時，還需加入碳酸鈣(石灰石)將屬于黃磷爐渣這部分的物料配成硅酸三鈣占40％～60％，硅酸二鈣占10％～30％相同的比例的水泥生料，再經(jīng)過磨細(xì)、混勻，重新高溫煅燒，在1300～1400℃反應(yīng)生成硅酸三鈣和硅酸二鈣，同時脫水以制得水泥熟料；二是制造礦棉，如中國專利申請件88108024號“熾熱黃磷爐渣制成礦棉的方法”所記載；三是制造白炭黑，如中國專利申請件90104711.2號“黃磷爐渣制取白炭黑”所記載；四是制造礦渣微晶玻璃，如中國專利申請件91102237.6號“工業(yè)熔融爐渣直接制造礦渣微晶玻璃”所記載；五是用作硅磷肥，如中國專利申請件91105377.8號“硅磷肥及其制造方法”所記載；還有將黃磷爐渣直接用作硅鈣肥料的作法。但上述利用方法中有的成本高，有的用量有限小。因此迄今為止，化學(xué)工業(yè)排放的黃磷爐渣絕大多數(shù)仍然采用渣場堆放的方法進(jìn)行處理，這不僅侵占了土地，而且對環(huán)境也有污染。為此，人們不斷地探索黃磷爐渣綜合利用的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種同時生產(chǎn)黃磷和硅酸鹽水泥熟料或電石的方法，用此法制備的未經(jīng)水淬的硅酸三鈣、硅酸二鈣，可以直接用作水泥配料；電石可直接作為副產(chǎn)品，從而解決黃磷生產(chǎn)中產(chǎn)生廢渣的利用難題。
為達(dá)到發(fā)明目的，發(fā)明人提供的同時生產(chǎn)黃磷和硅酸鹽水泥熟料或電石的技術(shù)如下第一步，配制料球?qū)?～11噸磷礦、0～3噸硅石(或粉石英)和0.5～8噸煤按硅鈣比1～1.3∶3(摩爾比)的比例混合，為保證黃磷爐渣的五氧化二磷含量小于0.3％，煤要比理論用量過量20％～500％；將物料混合磨成30～300目的均勻粉料，加入適量的水和粘合劑，通過圓盤式成球機(jī)或?qū)伿綁呵驒C(jī)制成直徑為10～150mm的料球坯料；第二步，燒制料球?qū)⑸弦徊街频玫牧锨蚺髁纤腿肓⑹阶詿峤菇Y(jié)爐或滾筒式燒結(jié)爐中，利用煙煤揮發(fā)份的燃燒，將料球在弱氧化氣氛下加熱到600～1100℃，使其固化，并除去料球中的揮發(fā)份；當(dāng)所用煙煤量較少時，需要補(bǔ)充黃磷尾氣或其它燃料供熱；第三步，用礦熱電爐制磷將料球趁熱送入立式礦熱電爐中，主要利用料球自身的電阻發(fā)熱，在1150～1600℃條件下，使元素磷從磷礦中揮發(fā)出來，反應(yīng)結(jié)束后，元素磷通過常規(guī)的方法收集、精制，制成黃磷；而主要成分為硅酸鈣(其中硅酸三鈣占40％～60％，硅酸二鈣占10％～30％)和過量未反應(yīng)的煤以固體渣球的形式從爐底排出；對于不加硅石(或粉石英)的料球待黃磷揮發(fā)完后，繼續(xù)生溫到1900～2100℃，生成碳化鈣；第四步，回收殘煤、黃磷尾氣燃燒熱和渣球顯熱將上步排出的固體爐渣轉(zhuǎn)入余熱回收鍋爐，同時也可以將黃磷尾氣移入余熱鍋爐與渣球殘煤一道燃燒放熱，并和渣球顯熱一起加熱鍋爐水管中的水產(chǎn)生蒸汽，蒸汽送去自備電站發(fā)電；余下的燒渣就是未經(jīng)過水淬，具有水化水硬活性的硅酸鹽水泥熟料。
而碳化鈣轉(zhuǎn)入隔絕空氣的余熱回收鍋爐，碳化鈣顯熱用于加熱鍋爐中的水產(chǎn)生蒸汽，碳化鈣冷卻后即得電石。
本發(fā)明方法中所用的粉煤可以是無煙煤、煙煤或兩者的混合煤，混合粉煤中，煙煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以占0～80％；所用的粘合劑可以是水或粘土，但在使用煙煤較少或不用煙煤時，需要使用高分子類粘合劑。
使用本發(fā)明方法同時生產(chǎn)黃磷和硅酸鹽水泥熟料或電石，具有以下優(yōu)點由本法副產(chǎn)的硅酸三鈣，硅酸二鈣未過經(jīng)水淬，具有水化水硬活性，可大量用作水泥配料，高品位磷礦則不加硅石同時副產(chǎn)電石，有效地減少黃磷爐渣對環(huán)境的污染，有利于改善環(huán)境，化害為利；本法生產(chǎn)黃磷，爐渣的顯熱、尾氣燃燒的熱能均得到回收，有利于降低能耗，節(jié)約能源；因此使用本發(fā)明方法，具有良好的環(huán)境效應(yīng)，又有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實施例方式
實施例1將10噸P2O5含量為30％的磷礦、1.5噸SO2含量為97％的硅石、3.8噸原煤(煙煤與無煙煤各占50％)按硅鈣比1.2∶3(摩爾比)的比例混合，磨成200目的均勻粉料，加入0.7噸水，通過圓盤式成球機(jī)制成直徑為150mm的料球坯料；接著將制得的料球坯料送入立式自熱爐中，利用煙煤揮發(fā)份的燃燒，將料球在弱氧化氣氛下加熱到1100℃，使其固化，并除去料球中的揮發(fā)份；之后將料球趁熱送入立式礦熱電爐中，主要利用料球自身的電阻發(fā)熱，在1380℃條件下制得元素磷，反應(yīng)結(jié)束后，元素磷通過常規(guī)的方法收集、精制，制成黃磷；而主要成分為硅酸鈣(其中硅酸三鈣占60％、硅酸二鈣占30％)和過量未反應(yīng)的煤以固體渣球的形式從爐底排出；固體爐渣轉(zhuǎn)入余熱回收鍋爐，同時也可以將制備黃磷過程中產(chǎn)生的尾氣移入余熱鍋爐與料球殘煤一道燃燒放熱，并和料球顯熱一道加熱鍋爐水管中的水產(chǎn)生蒸汽，蒸汽送去自備電站發(fā)電；余下的燒渣就是未經(jīng)過水淬的活性硅酸鹽水泥熟料。共制得黃磷約1.2噸和主要含硅酸三鈣和硅酸三鈣的爐渣約12噸。
實施例2將7.8噸P2O5含量為35％的磷礦、3.8噸原煤(煙煤與無煙煤各占50％)按比例混合，磨成200目的均勻粉料，加入0.7噸水，通過對輥式壓球機(jī)制成直徑為150mm的料球坯料；接著將制得的料球坯料間歇式送入滾筒式燒結(jié)爐中，利用煙煤揮發(fā)份的燃燒，將料球在弱氧化氣氛下加熱到1100℃，使其固化，并除去料球中的揮發(fā)份；之后將料球趁熱間歇式送入礦熱電爐中，主要利用料球自身的電阻發(fā)熱，在1580℃條件下制得元素磷，元素磷揮發(fā)完后，繼續(xù)生溫到2100℃，生成碳化鈣。而碳化鈣轉(zhuǎn)入隔絕空氣的余熱回收鍋爐，碳化鈣顯熱用于加熱鍋爐水管中的水產(chǎn)生蒸汽。碳化鈣冷卻后既得電石5噸，元素磷通過常規(guī)的方法收集、精制，制成黃磷1噸。
權(quán)利要求
1一種同時制備黃磷和水泥熟料或電石的方法，其特征包括第一步，配制料球坯料將8～11噸磷礦、0～3噸硅石或粉石英礦、0.5～8噸煤按硅鈣的摩爾比1～1.3∶3的比例混合，煤的用量比理論用量過量20％～500％；將物料混合磨成30～300目的均勻粉料，加入水或粘合劑，通過圓盤式成球機(jī)或?qū)伿綁呵驒C(jī)制成直徑為10～150mm的料球坯料；第二步，燒制料球?qū)⑸弦徊街频玫牧锨蚺髁纤腿肓⑹阶詿峤菇Y(jié)爐或滾筒式燒結(jié)爐中，利用煙煤揮發(fā)份的燃燒，將料球在弱氧化氣氛下加熱到600～1100℃，使其固化，并除去料球中的揮發(fā)份；當(dāng)所用煙煤量較少時，需要補(bǔ)充黃磷尾氣或其它燃料供熱；第三步，用礦熱電爐制磷將料球趁熱送入礦熱電爐中，利用料球自身的電阻發(fā)熱，在1150～1600℃條件下，使元素磷從磷礦中揮發(fā)出來，反應(yīng)結(jié)束后，元素磷通過常規(guī)的方法收集、精制，制成黃磷；而硅酸鈣爐渣和過量未完全反應(yīng)的煤以固體渣球的形式從爐底排出；對于不加硅石或粉石英的料球待黃磷揮發(fā)完后，繼續(xù)生溫到1900～2100℃，生成碳化鈣；第四步，回收殘煤，黃磷尾氣燃燒熱和渣球顯熱將上步排出的固體爐渣轉(zhuǎn)入余熱回收鍋爐，同時將黃磷尾氣移入余熱鍋爐與料球殘煤一道燃燒放熱，并和料球顯熱一道加熱鍋爐水管中的水產(chǎn)生蒸汽，蒸汽送去自備電站發(fā)電再返回用于黃磷生產(chǎn)；余下的燒渣就是未經(jīng)過水淬的活性硅酸鹽水泥熟料；碳化鈣轉(zhuǎn)入隔絕空氣的余熱回收鍋爐，碳化鈣顯熱用于加熱鍋爐中的水產(chǎn)生蒸汽，碳化鈣冷卻后即得電石。
2按照權(quán)利要求1所述同時生產(chǎn)黃磷和硅酸鹽水泥熟料或電石的方法，其特征在于所用的粉煤可以是無煙煤、煙煤或兩者的混合煤；混合粉煤中，煙煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以占0～80％；所用的粘合劑是高分子類粘合劑或粘土。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同時生產(chǎn)黃磷和水泥熟料或電石的方法。該方法第一步，配制料球坯料將磷礦粉、硅石粉和粉煤混合，磨粉，加入粘合劑，制成坯料；第二步，燒制料球?qū)⑴髁霞訜峁袒?，制得料球；第三步，用礦熱電爐制磷將料球送入礦熱電爐中加熱制磷，收集、精制得黃磷；爐渣從爐底排出；不加硅石或粉石英的料球待黃磷揮發(fā)完后，繼續(xù)生溫生成碳化鈣；第四步，回收熱量將排出的固體爐渣和尾氣移入余熱鍋爐燃燒，產(chǎn)生蒸汽送去發(fā)電；爐渣制得硅酸鹽水泥熟料；而碳化鈣轉(zhuǎn)入余熱回收鍋爐，回收顯熱、冷卻后即得電石。本方法生產(chǎn)的硅酸三鈣和硅酸三鈣可用作水泥配料，有效地減少環(huán)境污染，有利于改善環(huán)境；爐渣顯熱得到回收，有利于降低能耗。
文檔編號C01B25/047GK1683238SQ20051000301
公開日2005年10月19日 申請日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月18日
發(fā)明者星凱黔, 駱延澤, 段世德, 劉鐵軍 申請人:羅東江, 王建平, 駱延澤