本實用新型涉及處理磷礦的系統(tǒng)。
背景技術：
目前工業(yè)化生產磷酸主要方法有熱法磷酸、濕法磷酸和窯法磷酸。其中，熱法磷酸的生產方法現在國內外普遍采用的均是電爐兩步法，此法是將電爐還原磷礦所得的升華磷經過除塵后使磷冷卻呈液態(tài)，然后將液態(tài)磷經燃燒、水化、除霧制成磷酸。該方法的主體設備是電爐，生產過程中，電爐以原料電阻和電機電弧的形式將電能轉化成熱能，使物料熔融，消耗了大量的電能，該方法屬于高能耗、高成本的生產方法。濕法生產是用無機酸分解磷礦粉，分離出粗磷酸，再經凈化后制得磷酸產品。濕法磷酸比熱法磷酸成本低20％～30％，處于磷酸生產的主導地位。但濕法生產的磷酸純度不高，且在環(huán)保方面存在問題。采用該法生產排出的磷石膏廢渣對周邊的大氣環(huán)境和地下水、地表水造成污染。窯法磷酸處理主體設備是回轉窯，具體步驟是：將磷礦石、硅石、碳質還原劑加皂土制成碳素球團,在回轉窯中進行還原反應和氧化反應。排出窯體的氣態(tài)P2O5經水合后生成磷酸,循環(huán)吸收后成濃磷酸。與電爐法磷酸相比,窯法磷酸能耗大大降低，但仍存在以下問題：一、存在窯體結圈問題；二、窯內氧化帶和還原帶難以截然分開，影響還原反應及氧化反應效果，最終影響磷的回收率及產品質量；三、對成球工藝要求高。因為氧化反應與還原反應均在同一設備進行，所以需將物料球團表面覆蓋包裹層，該制球工藝在生產過程中控制難度很大，不易實現。另外，隨著高品位磷礦的減少，中、低品位磷礦的利用日益受到關注。
由此，如何探索一條資源適應范圍廣且能耗低、成本低、污染小的磷礦處理裝備，成為亟待解決的問題。
技術實現要素：
本實用新型旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本實用新型的一個目的在于提出一種處理磷礦的系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用的轉底爐通過在爐膛內增設輻射管的方式將磷礦的還原反應和氧化反應隔離開來，其中在轉底爐的環(huán)狀爐膛內完成磷礦的還原，在輻射管內完成磷蒸汽的氧化，氧化反應放熱由輻射管傳遞給鋪設在爐底的物料，作為還原反應吸熱所需的大部分熱量來源。該系統(tǒng)不僅將還原反應區(qū)和氧化反應區(qū)隔離開來，可保障氧化反應和還原反應各自順利進行，從而保障產品質量；而且磷的還原、氧化反應同一臺設備轉底爐內完成，既將氧化反應所放熱能有效利用，節(jié)約運行成本，又節(jié)約了設備投資。
根據本實用新型的一個方面，本實用新型提供了一種處理磷礦的系統(tǒng)。根據本實用新型的實施例，該處理磷礦的系統(tǒng)包括：
混料裝置，所述混料裝置具有磷礦入口、還原劑入口、硅石入口、粘結劑入口和混合物料出口；
成型裝置，所述成型裝置具有混合物料入口、水入口和含水球團出口，所述混合物料入口與所述混合物料出口相連；
烘干裝置，所述烘干裝置具有含水球團入口和干燥球團出口，所述含水球團入口與所述含水球團出口相連；以及
轉底爐，所述轉底爐包括：
沿物料流動方向利用隔墻依次分隔設置的裝料段、還原段和出料段，其中，所述裝料段設置有進料部件，所述還原段設置有混合氣體出口，所述出料段設置有出料部件，所述進料部件與所述干燥球團出口相連；
多個燒嘴，所述多個燒嘴沿周向設置在所述還原段；
多個輻射管，所述多個輻射管沿周向設置在所述還原段，每個輻射管均具有輻射管氣體入口、輻射管空氣管道接口和輻射管氣體出口，所述輻射管氣體入口與所述還原段的所述混合氣體出口相連；
水化裝置，所述水化裝置具有爐氣入口、磷酸出口和尾氣出口，所述爐氣入口與所述輻射管氣體出口相連。
根據本實用新型實施例的處理磷礦的系統(tǒng)，采用的轉底爐對含有磷礦等的球團進行氧化還原處理，該轉底爐通過在爐膛內增設輻射管的方式將磷礦的還原反應和氧化反應隔離開來，其中在轉底爐的環(huán)狀爐膛內完成磷礦的還原，在輻射管內完成磷蒸汽的氧化，氧化反應放熱由輻射管傳遞給鋪設在爐底的物料，作為還原反應吸熱所需的大部分熱量來源。該系統(tǒng)不僅將還原反應區(qū)和氧化反應區(qū)隔離開來，可保障氧化反應和還原反應各自順利進行，從而保障產品質量；而且磷的還原、氧化反應同一臺設備轉底爐內完成，既將氧化反應所放熱能有效利用，節(jié)約運行成本，又節(jié)約了設備投資。
任選地，該系統(tǒng)進一步包括：除塵裝置，所述除塵裝置具有尾氣入口和除塵后尾氣出口，所述尾氣入口與所述水化裝置的所述尾氣出口相連。
任選地，所述輻射管的高度不高于所述燒嘴的高度。
任選地，所述輻射管位于所述轉底爐底部上方不高于80厘米處。
任選地，所述輻射管和所述燒嘴呈間隔分布。
任選地，所述輻射管的形狀為U型、W型或直線型。
任選地，所述燒嘴平行于所述轉底爐的爐底。
任選地，所述還原段的圓弧夾角不小于220°。
本實用新型的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
附圖說明
本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1顯示了根據本實用新型一個實施例的處理磷礦的系統(tǒng)的結構示意圖；
圖2顯示了根據本實用新型一個實施例的轉底爐的結構示意圖；
圖3顯示了根據本實用新型一個實施例的轉底爐的俯視結構示意圖；
圖4顯示了根據本實用新型一個實施例的利用處理磷礦的系統(tǒng)處理磷礦的方法的流程示意圖；
圖5顯示了根據本實用新型一個實施例的利用處理磷礦的系統(tǒng)處理磷礦的方法的流程示意圖；
圖6顯示了根據本實用新型又一個實施例的處理磷礦的系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
在本實用新型的描述中，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型而不是要求本實用新型必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。
需要說明的是，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。進一步地，在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
根據本實用新型的一個方面，本實用新型提供了一種處理磷礦的系統(tǒng)。參考圖1，根據本實用新型的實施例，該處理磷礦的系統(tǒng)包括：混料裝置100、成型裝置200、烘干裝置300、轉底爐400和水化裝置500。
根據本實用新型實施例的處理磷礦的系統(tǒng)主要用于處理磷礦以制備磷酸。該轉底爐除了處理高品位磷礦，還可處理中、低品位磷礦，完全適應我國90％以上磷礦資源都屬于中、低品位磷礦的資源特點，擁有強大的生命力和良好的發(fā)展前景。
根據本實用新型的實施例，與熱法磷酸相比，本實用新型實施例的處理磷礦的系統(tǒng)充分利用了氧化過程的反應熱，將氧化反應放出的熱量通過輻射管傳遞至轉底爐爐底，供給磷礦的還原過程使用，大大降低了工藝能耗，提高了能源利用率。并且，磷的還原反應和氧化反應在同一臺設備內完成，降低了設備投資，從而降低成本。該轉底爐采用普通煤粉做還原劑，不需使用昂貴的焦炭，不僅避免了制焦過程的環(huán)境污染，而且降低了生產成本。
根據本實用新型的實施例，與窯法磷酸相比，本實用新型實施例的處理磷礦的系統(tǒng)將還原反應與氧化反應通過輻射管截然分開，保障了還原反應與氧化反應各自所需氣氛，使反應各自順利進行，從而保障生產高質量進行，以確保良好的技術指標，并且，磷的還原率高，達到85％以上。此外，本實用新型實施例的轉底爐不存在窯體結圈問題，使生產順行。而且，該轉底爐采用的球團制作過程簡單易操作，不需進行球團的二次裹覆。同時，反應過程中煤的配入量大大降低。
根據本實用新型的實施例，與濕法磷酸相比，本實用新型實施例的處理磷礦的系統(tǒng)不存在磷石膏廢棄物再利用的環(huán)境問題，也不需對產品凈化除雜。
為了便于理解，下面對處理磷礦的系統(tǒng)的各裝置進行解釋說明：
混料裝置100：根據本實用新型的實施例，該混料裝置100具有磷礦入口、還原劑入口、硅石入口、粘結劑入口和混合物料出口，用于將磷礦、還原劑、硅石和粘結劑進行混合處理，得到混合物料。
成型裝置200：根據本實用新型的實施例，該成型裝置200具有混合物料入口、水入口和含水球團出口，所述混合物料入口與所述混合物料出口相連，將混合物料進行成型處理，得到含水球團。
烘干裝置300：根據本實用新型的實施例，該烘干裝置300具有含水球團入口和干燥球團出口，其中，含水球團入口與含水球團出口相連，將含水球團進行烘干處理，得到干燥球團。
轉底爐400：參考圖2和3，根據本實用新型的實施例，該轉底爐400包括：沿物料流動方向利用隔墻440依次分隔設置的裝料段410、還原段420和出料段430，其中，裝料段410設置有進料部件411，還原段420設置有混合氣體出口421，出料段430設置有出料部件431，該進料部件431與干燥球團出口相連，干燥球團經進料部件411進入進料段410，由還原段420對干燥球團進行預熱、還原生成磷蒸汽和CO，并釋放大量熱能，反應的雜質殘渣由出料部件431排出。根據本實用新型的實施例，在轉底爐運行期間，還原段420為還原性氣氛。根據本實用新型的實施例，磷礦被還原成磷蒸汽的過程中，磷的還原率可達到85％以上。
根據本實用新型的實施例，反應的雜質殘渣中的P2O5含量小于3％，可作為水泥配料摻入水泥中回收利用。由此，實現資源的綜合合理利用。
根據本實用新型的實施例，還原段420的圓弧夾角不小于220°，其中，圓弧夾角是指以環(huán)形爐體的軸心為圓心，還原段所對應的圓心角的角度。由此，可保障還原反應充分進行且燒嘴和輻射管具有足夠的布置空間，有利于氧化反應進行，反應效率更高。
根據本實用新型的實施例，隔墻440的設置可以使還原段420保持更好的還原性氣氛。
根據本實用新型的實施例，多個燒嘴450沿周向設置在還原段420。燒嘴420用于對還原段420進行燒嘴方式的補充加熱。根據本實用新型的實施例，在磷礦還原反應的初始階段，先啟動燒嘴450為還原反應供熱，待氧化反應放出的大量熱傳遞至還原段后，關閉一部分燒嘴，在正常運行期間，轉底爐燒嘴燃燒作為補充熱源使用。
根據本實用新型的實施例，燒嘴450平行于轉底爐的爐底。由此，火焰輻射至爐底的熱量更加均勻。
根據本實用新型的實施例，多個輻射管460沿周向設置在還原段420，每個輻射管460均具有輻射管氣體入口、輻射管空氣管道接口和輻射管氣體出口，其中，輻射管氣體入口與還原段420的混合氣體出口421相連，輻射管460用于對磷蒸汽進行氧化生成含有五氧化二磷的爐氣，并釋放大量熱能，熱能通過輻射管的管壁對還原段420的物料進行輻射加熱。根據本實用新型的實施例，在轉底爐運行期間，輻射管內為氧化性氣氛。
根據本實用新型的實施例，該輻射管460的高度不高于燒嘴450的高度。由此，輻射管內的氧化反應放熱能夠被還原段的還原反應充分利用，熱利用率高。
根據本實用新型的實施例，該輻射管460位于轉底爐底部上方不高于80厘米處。由此，輻射管內的氧化反應放熱能夠被還原段的還原反應利用的更充分，熱利用率更高。
根據本實用新型的實施例，該輻射管460和燒嘴450呈間隔分布。由此，不僅使轉底爐供熱更為均勻，而且可盡量減少燒嘴方式的補充熱源，更加節(jié)能。
根據本實用新型的實施例，輻射管形狀不受限制，可以根據生產需要進行合理選則。根據本實用新型的一些實施例，該輻射管460的形狀為U型、W型或直線型。
根據本實用新型的實施例，該轉底爐400進一步包括：傳動裝置470，該傳動裝置470設置在轉底爐的爐底下方且與該爐底相連，用于驅動環(huán)形爐底旋轉。
根據本實用新型的實施例，該轉底爐400進一步包括：空氣管道480，該空氣管道480位于轉底爐爐膛的外部，該空氣管道與輻射管空氣管道接口相連，該空氣管道用于為轉底爐提供空氣來源。
水化裝置500：根據本實用新型的實施例，該水化裝置500具有爐氣入口、磷酸出口和尾氣出口，所述爐氣入口與所述輻射管氣體出口相連，將含有五氧化二磷的爐氣進行水化處理，得到磷酸和尾氣。
參考圖6，根據本實用新型的實施例，該系統(tǒng)進一步包括：除塵裝置600，該除塵裝置600具有尾氣入口和除塵后尾氣出口，其中，尾氣入口與水化裝置500的尾氣出口相連，用于對尾氣進行除塵處理，得到除塵后的尾氣。根據本實用新型的實施例，尾氣經除塵處理后排空。
為了便于理解前述的處理磷礦的系統(tǒng)，將本實用新型實施例的處理磷礦的系統(tǒng)中的轉底爐處理磷礦的工藝原理做出如下闡述：轉底爐處理磷礦是一種采用含碳球團，通過轉底爐直接還原磷礦生產磷酸的新工藝。工藝的熱源由反應生產的P4、CO氧化放熱、轉底爐燒嘴加熱和含碳球團中少部分碳燃燒三者提供，其中，以氧化反應放熱為主要熱源，燒嘴加熱和含碳球團中少部分碳的燃燒作為補充性熱源使用。
當含碳球團加熱到還原溫度后，在轉底爐還原段發(fā)生下述還原反應：
2Ca5(PO4)3F+15C+9SiO2→3/2P4+15CO+9(CaO·SiO2)+CaF2，
ΔH＝28 006kJ/kg(以P4計)。(1)
上述反應所逸出的P4和CO，隨即被送入輻射管與空氣接觸發(fā)生如下氧化反應：
P4+5O2→2P2O5，ΔH＝－25 498kJ/kg(以P4計)；(2)
CO+1/2O2→CO2，ΔH＝－22 154kJ/kg(以P4計)。(3)
通過反應式(1)(2)(3)可知，對于1kg磷來說，還原反應(1)的產物P4和CO，氧化時放出的熱量遠遠超出磷礦還原反應(1)的吸熱需要，且尚有富裕熱量用來加熱爐料，使爐料升溫至反應溫度。本實用新型的工藝過程是磷礦、硅石和煤三者按比例混合、制球，經干燥后置于轉底爐，把磷的還原和氧化在同一設備內完成，即：在高溫狀態(tài)下，磷礦中的磷在轉底爐還原段被碳素還原，P4以蒸氣狀態(tài)逸出。所產生的P4和CO送入輻射管完成氧化反應(輻射管連通空氣管道)，所放出的熱量通過輻射管的熱輻射傳遞給轉底爐爐底的含碳球團，供磷礦中磷加熱及還原反應所需。
另外，通過上述反應原理可知，磷礦中的磷是被還原成磷呈氣態(tài)逸出，磷礦中的各種雜質均留在殘渣中，故可以使用雜質含量較多的磷礦。又因為用于本實用新型的磷礦要加較多的硅石(SiO2)以提高其熔點，所以對硅質磷礦(含SiO2較多)而言，其含P2O5低至10％～25％的磷礦都可以使用。也就是說，本實用新型除了處理高品位磷礦，也可處理中、低品位磷礦。其中，需要說明的是，中、低品位磷礦指的是P2O5含量小于25％的磷礦。
進一步地，在此還提供了一種利用前述的處理磷礦的系統(tǒng)處理磷礦的方法。參考圖4，根據本實用新型的實施例，該方法包括：
S100混合處理
根據本實用新型的實施例，將磷礦、還原劑、硅石和粘結劑輸送至混料裝置進行混合處理，得到混合物料。
根據本實用新型的實施例，還原劑為選自煤、蘭炭和炭黑中的至少一種。由此，采用普通煤粉做還原劑，不需使用昂貴的焦炭，不僅避免了制焦過程的環(huán)境污染，而且降低了生產成本。
根據本實用新型的實施例，磷礦、還原劑和硅石的粒度均為不大于3mm。由此，原料的接觸面積大，有利于磷礦中的磷充分被氧化還原生成五氧化二磷，磷的回收率高。
根據本實用新型的實施例，還原劑的配入量為反應理論量的1.0-1.6倍。由此，還原劑充分將磷礦中的磷還原為P4，避免大量還原劑過量，造成原料浪費。
S200成型處理
根據本實用新型的實施例，將混合物料輸送至成型裝置進行成型處理，得到含水球團。由此，原料的粒徑適宜，便于轉底爐進行處理。
S300烘干處理
根據本實用新型的實施例，將含水球團輸送至烘干裝置進行烘干處理，得到干燥球團。由此，去除含水球團的部分水分。
S400氧化還原處理
根據本實用新型的實施例，將干燥球團由進料部件輸送至轉底爐的裝料段，并經還原段進行還原處理，得到含磷蒸汽和一氧化碳的混合氣體和爐料，其中，爐料經出料段的出料部件排出。具體地，干燥球團經進料部件進入進料段，由還原段對干燥球團進行預熱、還原生成含磷蒸汽和一氧化碳的混合氣體，并釋放大量熱能，反應的雜質殘渣由出料部件排出。混合氣體進入輻射管進行氧化處理，得到含有五氧化二磷的爐氣和熱量，該熱量用于對還原段的干燥球團進行輻射加熱。輻射管對磷蒸汽進行氧化生成含有五氧化二磷的爐氣，并釋放大量熱能，熱能通過輻射管的管壁對還原段420的物料進行輻射加熱。根據本實用新型的實施例，磷礦被還原成磷蒸汽的過程中，磷的還原率可達到85％以上。
根據本實用新型的實施例，還原處理是在還原性氣氛下進行。由此，有利于還原處理的進行。
根據本實用新型的實施例，氧化處理是在氧化性氣氛下進行的。由此，有利于氧化處理的進行。
根據本實用新型的實施例，還原處理的溫度為1100-1450℃。由此，還原處理的活性高，反應速度快。
根據本實用新型的實施例，該方法進一步包括：對所述尾氣進行除塵處理，以便得到除塵后的尾氣。
根據本實用新型的實施例，尾氣經除塵處理后排空。
S500水化處理
根據本實用新型的實施例，將含有五氧化二磷的爐氣輸送至水化裝置進行水化處理，得到磷酸和尾氣。
下面參考具體實施例，對本實用新型進行說明，需要說明的是，這些實施例僅僅是說明性的，而不能理解為對本實用新型的限制。
實施例1
利用本實用新型實施例的處理磷礦的系統(tǒng)處理磷礦制備磷酸，處理的流程如圖5所示，具體步驟如下：
將磨細至200目占60％以上的磷礦與蘭炭、硅石和粘結劑按照一定比例混合均勻并用圓盤造球機造球，其中P2O5品位為22％，蘭炭的添加量為理論需要量的1.1倍，硅石添加量磷礦重量的11％，粘結劑選取鈉基原料與膨潤土，之后用鏈篦機在100-200℃條件下將制得的含碳球團烘干至水分小于1％，干燥后的含碳球團布入轉底爐進行預熱、還原，還原溫度1300℃，轉底爐轉速控制在40min/r，反應段圓環(huán)夾角為320℃。還原后得到的含P4和CO的氣態(tài)物通過轉底爐煙氣出口送入U型輻射管，輻射管與轉底爐空氣管道連通以保障管內為氧化性氣氛，送入輻射管的氣體發(fā)生氧化反應并釋放出大量熱，熱量通過U型管為爐底的含碳球團輻射加熱，U型管與轉底爐環(huán)狀爐底的垂直距離為30cm，以確保輻射傳熱的高效利用。排出U型管的轉底爐的爐氣直接進入水化塔，由循環(huán)酸吸收P2O5制成工業(yè)磷酸，尾氣經電除塵器后排空。轉底爐排出的爐料收集后送入水泥廠二次利用。在還原反應區(qū)發(fā)生的還原過程中，磷的還原率達到86％。其中，在磷礦還原反應的初始階段，先啟動全部燒嘴為還原反應供熱，待氧化反應放出的大量熱傳遞至反應段后，關閉2/3燒嘴，在正常運行期間，轉底爐燒嘴燃燒作為補充熱源使用。
實施例2
利用本實用新型實施例的處理磷礦的系統(tǒng)處理磷礦制備磷酸，處理的流程如圖5所示，具體步驟如下：
將破碎至-2mm占90％以上的磷礦與褐煤、硅石和粘結劑按照一定比例混合均勻并用壓球機壓球，其中P2O5品位為28％，褐煤的添加量為理論需要量的1.3倍，硅石添加量磷礦重量的3％，粘結劑采用液體粘結劑，壓制的球團烘干至水分～4％后布入轉底爐進行預熱、還原，還原溫度1300℃，轉底爐轉速控制在60min/r，反應段圓環(huán)夾角為290℃。還原后得到的含P4和CO的氣態(tài)物通過轉底爐煙氣出口送入W型輻射管，輻射管與轉底爐空氣管道連通以保障管內為氧化性氣氛，送入輻射管的氣體發(fā)生氧化反應并釋放出大量熱，熱量通過輻射管為爐底的含碳球團輻射加熱，輻射管與轉底爐環(huán)狀爐底的垂直距離為50cm，以確保輻射傳熱的高效利用。排出輻射管的轉底爐的爐氣水化后制成磷酸，尾氣經除塵后排空。轉底爐排出的爐料收集后送入水泥廠二次利用。在還原反應區(qū)發(fā)生的還原過程中，磷的還原率達到90％。其中，在磷礦還原反應的初始階段，先啟動全部燒嘴為還原反應供熱，待氧化反應放出的大量熱傳遞至反應段后，關閉一半數量的燒嘴，在正常運行期間，轉底爐燒嘴燃燒作為補充熱源使用。
在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
盡管已經示出和描述了本實用新型的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由權利要求及其等同物限定。