[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 101172590A
[43]公开日2008年5月7日
[21]申请号200710050250.6[22]申请日2007.10.16
[21]申请号200710050250.6
[71]申请人李进
地址618400四川省什邡市金河东路66号
[72]发明人李进 李光明 王佳才 邹建 [51]Int.CI.C01B 25/12 (2006.01)
权利要求书 2 页 说明书 14 页 附图 1 页
[54]发明名称
[57]摘要
本发明公开了一种磷矿石直接生产五氧化二磷
的方法，将磷矿石、硅石按比例混合加入反应炉中
混合物料直接加入到反应炉高温熔融体中，维持碳
过量，使熔融体产生还原反应，通过上喷向下喷
入高温高速的氧气，为还原区产生的磷蒸气、一氧
化碳及过量上浮的碳提供氧化所需的氧，并能使熔
融体表面中心形成熔融凹状高温区，大大强化了还
原氧化区的传质传热速度，保证了产品质量，提高
了磷矿石的还原率，并能实现连续生产五氧化二磷
及磷酸。本发明优点：简化了流程，降低了成本，
提高了产品质量，磷的还原率达98％，节约能源和
资源，基本消除“三废”，为磷化工产业带来划时
代的变革。
200710050250.6权 利 要 求 书第1/2页 1.一种用磷矿石直接生产五氧化二磷的方法，其特征在于：先将磷矿石、硅石按比例混合加入到反应炉中加热使物料熔融，当熔融液面达到一定高度后停止加料和加热，由反应炉的上喷向下喷入高温高速的氧气，使熔融体中心表面形成熔融凹状，同时由反应炉的侧喷向熔融体内部喷入按比例混合的磷矿粉、硅石粉、碳，并维持碳过量，控制熔融体的温度在1200℃以上，使熔融体发生还原反应，并不断逸出P蒸气和CO的混合气体，该混合气体与熔融体中未消耗完全而逐渐上移的碳，汇集在熔融凹状液态界面上与高温高速的氧气氧化燃烧，产生P2O5和CO2气体放出热量，使熔融凹状中心形成高温区，产生的高能氧化热量直接传递给熔融体，提供给物料熔融和还原反应吸热所需，反应产生的P2O5气体冷却净化制得五氧化二磷产品。
2.根据权力要求1所述的一种用磷矿石直接生产五氧化二磷的方法，其特征在于所述的碳是煤炭、焦炭、一氧化碳中的一种或几种的混合物。
3.根据权力要求1所述的一种用磷矿石直接生产五氧化二磷的方法，其特征在于所述的混合物料中磷矿石与硅石的摩尔比为S i O2/C a O ＝0.03-1.5。
4.根据权力要求1所述的一种用磷矿石直接生产五氧化二磷的方法，其特征在于所述的反应炉中熔融体中心表面形成的凹状的高温区温度是1600℃-2200℃。
5.根据权力要求1所述的一种用磷矿石直接生产五氧化二磷的方法，
200710050250.6权 利 要 求 书 第2/2页其特征在于所述的反应炉中熔融物料还原反应温度范围为1200℃-2200℃。
6.根据权力要求1所述的一种用磷矿石直接生产五氧化二磷的方法，其特征在于所述的上喷向下喷入高温高速的氧气温度是100℃-1400℃，速度是50-650米/秒。
200710050250.6说 明 书第1/14页一种用磷矿石直接生产五氧化二磷的方法
技术领域
本发明属于磷化工技术领域，具体介绍了一种用中低品位磷矿石直接加热熔融生产五氧化二磷的方法。
背景技术
五氧化二磷是磷酸的酸酐，是制取磷酸的重要中间体，目前世界上生产五氧化二磷工艺方法是将黄磷在绝干空气中氧化燃烧，生成高温的五氧化二磷蒸气，该蒸气经冷却后析出制得五氧化二磷产品。
在工业上，五氧化二磷水合便生成磷酸，五氧化二磷是磷酸的代名词，为了深入了解本发明的技术背景，有必要介绍磷酸的生产方法。 目前世界上生产磷酸的工业方法有三种：一种是用硫酸分解磷矿石得到磷酸，称为湿法磷酸；一种是用电炉将磷矿石用焦炭还原成黄磷，再将黄磷在另一套装置中氧化成
五氧化二磷经水合得到磷酸，称为电热法磷酸；第三种方式为窑法磷酸，是将磷矿石、硅石、焦炭按一定比例混合配矿后，造粒或成型并用釉质等材料浸渍包被，送入回转窑或隧道窑中进行固态还原氧化反应，产生P4蒸气与CO可燃性混合气体，该混合气体直接与空气发生氧化反应，生成P2O5和CO2气体并放出大量热量，该反应热提供给混合物料还原反应吸热所需，氧化产生的P2O5气体经水合制成磷酸。 以上三种磷酸生产工艺各有特点和缺陷。
湿法磷酸生产成本较低，但要消耗大量硫酸，我国是硫资源缺乏的国
200710050250.6说 明 书 第2/14页家，每年要向国外进口大量硫磺，硫磺的持续涨价，已经严重威胁到我国磷化工及磷肥产业的生存和发展；同时，湿法磷酸在生产过程中，要产生大量磷石膏，占用土地，污染环境；其次，湿法磷酸生产只能使用P2O5＞28％的高品位磷矿，我国是一个贫磷矿国家，从而造成磷矿开采大量弃贫采富，矿山采矿率不足30％，严重浪费我国磷资源，这种生产磷酸的方法是难以为继的；最后，磷酸品质差、浓度低，不净化只能生产肥料，磷的转化率只能达到90％，所以湿法磷酸应用领域主要集中肥料产业。 热法黄磷制酸已有上百年的历史，生产的磷酸品质高，能生产下游各种精细磷酸盐，但由于采用电炉法工艺电能消耗高，每生产一吨黄磷需耗15000度电，产生的废气一氧化碳难以利用，污染大并且产生磷泥，磷酸生产与黄磷装置分置，使磷氧化反应放出的热量没有很好利用白白浪费。 美国早在上个世纪三十年代开展了窑法磷酸研究，西方石油公司采用KPA工艺，在一个设备里利用磷的氧化热提供给还原磷矿所需，所得P2O5提供给水合塔生产磷酸，采用的主要设备是回转窑，
并获得美国专利，专利号U.S.P4397826，但该方法未能实现工业化。
国内窑法工艺吸取了国外的经验，以隧道窑及回转窑作反应器，采用新工艺对混合物料成型、包被，将氧化区与还原区隔开。回转窑工艺以长沙矿冶研究院为代表，以发明名称为“一种直接还原磷矿石生产磷酸的方法”获得中国专利，专利号为ZL93111447.0，隧道窑工艺以化工部肥料研究所为代表，以发明名称为“一种制取高浓度磷酸的方法”获得中国专利，专
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