中低品位磷礦流態(tài)化還原工藝研究.pdf

1、在社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，資源供求矛盾問題愈顯突出。隨著社會發(fā)展對磷酸及其相關(guān)產(chǎn)品需求的逐漸擴(kuò)大，作為一種不可再生的礦產(chǎn)資源的磷礦，如何合理有效利用現(xiàn)有磷礦資源顯得日益迫切。
　　當(dāng)前，磷礦可以通過分解得到磷酸，從而得到應(yīng)用。磷酸的生產(chǎn)方法主要包括濕法磷酸、窯法磷酸和熱法磷酸。濕法磷酸工藝雖然對生產(chǎn)設(shè)備要求低，且生產(chǎn)成本和能耗很低，但存在對磷礦石品位要求較高（P2O5≥28％）、制得的成品磷酸濃度低、雜質(zhì)含量多和凈化成本高等缺點(diǎn)；

2、熱法磷酸雖然可以利用中低品位磷礦，但由于磷單質(zhì)氧化所放出的熱量難以與磷礦石還原所需熱量進(jìn)行耦合，導(dǎo)致能耗太高；窯法磷酸雖然可以利用中低品位磷礦，且能將磷單質(zhì)氧化放出的熱量用于磷礦石的還原過程，由于存在堵料結(jié)圈和排渣困難的技術(shù)性難題，目前尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
　　鑒于上述工藝存在的諸多問題，考慮到流態(tài)化技術(shù)的優(yōu)勢，本課題組提出將流化床反應(yīng)器應(yīng)用于磷礦的熱解還原，以期解決直接利用中低品位磷礦生產(chǎn)磷酸的難題。
　　在自制流化床裝

3、置中對粒徑為54-200μm，密度2253-2265 kg/m3的磷礦顆粒在床層高徑比分別為0.75、1.25、1.75和2.25的條件下進(jìn)行流態(tài)化冷模實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，床層高徑比對磷礦顆粒的流化行為有較大影響，床層膨脹比隨著床層高徑比的增大而逐漸減小。當(dāng)床層高徑比為1.75時(shí)，磷礦顆粒流化過程沒有節(jié)涌、溝流等不正常流化狀態(tài)，且符合散式流態(tài)化規(guī)律。用降壓法得到磷礦顆粒的臨界流化速度和磷礦顆粒最小流化速度關(guān)聯(lián)式。
　　在固定床反應(yīng)

4、器中對磷礦顆粒的還原過程進(jìn)行研究，考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、硅鈣摩爾比和焦炭用量對磷礦還原率的影響以及該反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明，隨著溫度升高，達(dá)到相同還原率所需的時(shí)間越短；隨著硅鈣摩爾比值的增大，磷礦還原率先增大，后減小，最后趨于穩(wěn)定；隨著焦炭用量的增加，磷礦還原率不斷升高，在焦炭用量為理論用量1.6倍以上時(shí)，磷礦還原率趨于穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，對。固定床磷礦還原動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，得到了固定床中磷礦熱解還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，得出了固定床中磷礦

5、熱解還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式為：此處為公式
　　在自制流化床反應(yīng)器進(jìn)行熱模實(shí)驗(yàn)研究中低品位磷礦顆粒的熱解還原反應(yīng)。考察了 N2流量、硅鈣摩爾比、反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，N2流量對流化質(zhì)量和還原率有較大影響，N2流量在500L/h時(shí)，磷礦還原率出現(xiàn)最大值，繼續(xù)增大氣速，不利于反應(yīng)的進(jìn)行。綜合考慮，磷礦顆粒流化還原反應(yīng)的最佳條件為：反應(yīng)溫度1250℃，反應(yīng)時(shí)間40 min，硅鈣摩爾比3.0，焦炭過量系數(shù)1.6，氣體流速50