一種燒結氣化脫磷回收方法與流程

本發明涉及鋼鐵冶金技術領域，具體是一種燒結氣化脫磷回收方法。

背景技術：

2008年金融危機爆發后，中國鋼鐵企業遭遇了前所未有的“寒冬”，企業效益一直處在微利和虧損狀態，一方面，鋼材市場需求低迷，另一方面我國鋼鐵企業過度依賴進口鐵礦石，且進口鐵礦石價格一路飆升。為了降低生產成本，大多數鋼鐵廠把目光轉移到國內蘊藏豐富的復合共生礦的開發上，尤其是含磷量較高的高磷鮞狀赤鐵礦。

因高爐煉鐵不能脫磷，而轉爐煉鋼脫磷成本非常高，因而脫磷問題是開發利用高磷鐵礦首先要解決的問題。

根據氧化物的氧勢圖可知，含磷氧化物的氧勢線在鐵氧化物的氧勢線之下，在氧勢圖中，一定溫度下，氧化物氧勢線越低，其氧勢就越小，氧化物就越穩定，氧化物就越難被還原。在燒結原料中，主要礦物為赤鐵礦(Fe2O3)，且鐵礦粉燒結是一個典型的氧化性氣氛，含磷礦物幾乎沒有被還原的可能性，因此，通常情況下，在燒結生產過程中鐵礦石中的磷元素會全部轉入到燒結礦中，進而帶到高爐中。但是，燒結原料要配碳作為燃料，碳顆粒周圍會存在局部的還原性氣氛，從而有可能將高磷鐵礦中的磷元素還原出來形成脫磷效果。由于磷蒸汽極易被氧化，如果在添加某種物質的作用下，形成穩定的含磷氣態產物，則燒結過程中氣化脫磷在一定程度上是可行的，但脫磷產物難以收集。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種燒結脫磷產物回收方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種燒結氣化脫磷回收裝置，包括助燃風機、液化石油氣罐、燒結爐、點火器、一級旋風除塵器、二級旋風除塵器、冷凝器、消聲器、脫磷產物收集容器和抽風機，

所述助燃風機和液化石油氣罐均通過管道與點火器連接，點火器下方設有燒結爐，燒結爐的出口與一級旋風除塵器連接，一級旋風除塵器通過管道二級旋風除塵器連接，二級旋風除塵器通過管道與冷凝器進氣口連接，冷凝器底部的出口下方設有脫磷產物收集容器，冷凝器出氣口通過管道與抽風機連接，抽風機通過管道與消聲器連接；脫磷產物收集容器還與氧氣罐連接。

進一步的，燒結爐內設置有用于檢測廢氣溫度的第一溫度檢測傳感器，第一溫度檢測傳感器通過數據線與廢氣溫度顯示儀連接，燒結爐內設置有負壓檢測傳感器，負壓檢測傳感器通過數據線與負壓計連接，燒結爐的點火口設置有第二溫度檢測傳感器，第二溫度檢測傳感器通過數據線與點火溫度顯示儀連接。

進一步的，所述抽風機的耐溫度250℃，氣體流速為15-18m³/min，額定電壓為380V，額定功率為7.5KW。

進一步的，所述一級旋風除塵器和二級旋風除塵器的電壓均為220V，頻率為50Hz，功率為1.0-1.2KW，最大風量為1.2-1.8m³/min，一次過濾能夠除去95％以上45um以上的顆粒。

進一步的，所述冷凝器為管殼式換熱器，換熱器運行無噪音，最高耐壓1.6Mpa，采用不銹鋼材質制成。

一種基于上述燒結氣化脫磷回收裝置的燒結氣化脫磷回收方法：燒結時，首先向燒結爐中加入燒結原料，配入碳作為燃料，并添加CaCl₂；然后開啟點火器進行燒結，在碳顆粒周圍的還原性氣氛下，發生反應：

CaCl₂+SO₂(g)+O₂(g)＝CaSO₄+Cl₂ (1)

2Ca₅(PO₄)₃F+9Cl₂+9SiO₂+15C＝6PCl₃+15CO+9CaSiO₃+CaF₂ (2)

式(1)中的SO₂主要來源于原料中的硫份，O₂主要是由燒結抽風負壓作用進入原料；聯系式(1)和式(2)，起到脫磷作用的物質是中間產物氯氣，氯氣由式(1)產生，參與到式(2)的反應中，產生PCl₃氣體；

燒結爐燒結生產過程中產生的廢氣在抽風機作用下首先通過管道依次經過一級旋風除塵器和二級旋風除塵器，由一級旋風除塵器和二級旋風除塵器對除掉廢氣中的灰塵；然后廢氣進入到冷凝器中，冷凝器實現對廢氣進行降溫，使沸點低的脫磷產物PCl3冷卻變為液體進入到脫磷產物收集容器中進行富集回收，其他沸點高的氣體則隨抽風機經消聲器排出。

之后，氧氣罐向脫磷產物收集容器中通過氧氣，使主要的含磷物質PCl₃發生化學反應，生成三氯氧磷(POCl₃)。

進一步的，向燒結爐中還可以加入Na₂SO₄，當原料中添加Na₂SO₄后，根據原料中已有的成分，發生如下反應：

Na₂SO₄+Al₂O₃+2SiO₂+CO＝2NaAlSiO₄+SO₂+CO₂ (3)

礦石中赤鐵礦和脈石呈現鮞狀結構，相互交替共生，嵌布緊密。從式(3)可知，在CO的作用下，原料中添加的Na₂SO₄能夠與礦石中脈石成分Al₂O₃和SiO₂參加反應，從而起到了破壞鮞狀結構的作用，使氟磷灰石暴露出來，最大程度上參與到反應中。同時式(3)產生了SO₂，而SO₂是式(1)的反應物，有利于脫磷反應的進行。

本發明的優點和有益效果為：

1，本發明在燒結過程中將鐵礦原料中的P轉換為含磷產物PCl₃氣體，實現了在燒結過程直接脫磷，大大降低了原料成本和脫磷成本，對開發和利用國內蘊藏量非常豐富的高磷鮞狀赤鐵礦有指導意義。

2，可用來研究燒結脫磷熱力學反應機理，進一步揭示燒結過程中磷元素的轉變過程和轉變后的賦存狀態。

3，燒結廢氣中的脫磷產物經過二級除塵后，利用含磷產物PCl₃的沸點為76℃，較其它廢氣沸點低很多的特點，在脫磷裝置中添加一個冷凝器，從而使氣態PCl₃變為液態，完成脫磷產物的回收和富集的目的。

4，將富集到的液態脫磷產物PCl₃中通入氧氣，使PCl3液體發生化學反應，生成三氯氧磷(POCl₃)，三氯氧磷(POCl₃)廣泛應用于農藥、醫藥、染料、磷酸酯及阻燃劑的生產，且是制造有機磷農藥除草劑、殺蟲脒等的原料。實現了回收脫磷產物的高附加值利用。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖中：1-助燃風機；2-液化石油氣罐；3-廢氣溫度顯示儀；4-第一溫度檢測傳感器；5-燒結爐；6-點火溫度顯示儀；7-點火器；8-負壓計；9-一級旋風除塵器；10-二級旋風除塵器；11-冷凝器；12-消聲器；13-脫磷產物收集容器；14-抽風機，15-氧氣罐。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案。

請參閱圖1，一種燒結氣化脫磷回收裝置，包括助燃風機1、液化石油氣罐2、燒結爐5、點火器7、一級旋風除塵器9、二級旋風除塵器10、冷凝器11、消聲器12、脫磷產物收集容器13、抽風機14和氧氣罐15，

所述助燃風機1和液化石油氣罐2均通過管道與點火器7連接，點火器7下方設有燒結爐5，燒結爐5內設置有用于檢測廢氣溫度的第一溫度檢測傳感器4，第一溫度檢測傳感器通過數據線與廢氣溫度顯示儀3連接，燒結爐5內設置有負壓檢測傳感器，負壓檢測傳感器通過數據線與負壓計8連接，燒結爐5的點火口設置有第二溫度檢測傳感器，第二溫度檢測傳感器通過數據線與點火溫度顯示儀6連接，廢氣溫度顯示儀3能夠直觀顯示廢氣的溫度，點火溫度顯示儀6能夠顯示點火器7的點火溫度，負壓計8能夠測量燒結爐5內的負壓；燒結爐5的出口與一級旋風除塵器9連接，一級旋風除塵器9通過管道二級旋風除塵器10連接，二級旋風除塵器10通過管道與冷凝器11進氣口連接，冷凝器11底部的出口下方設有脫磷產物收集容器13，脫磷產物收集容器13能夠耐受500kpa的高壓，且密閉性好；冷凝器11出氣口通過管道與抽風機14連接，抽風機14通過管道與消聲器12連接；脫磷產物收集容器13還與氧氣罐15連接。

在本實施例中，所述抽風機14的耐溫度250℃，氣體流速為15-18m³/min，額定電壓為380V，額定功率為7.5KW。

在本實施例中，所述一級旋風除塵器9和二級旋風除塵器10的電壓均為220V，頻率為50Hz，功率為1.0-1.2KW，最大風量為1.2-1.8m³/min，一次過濾能夠除去95％以上45um以上的顆粒。

在本實施例中，所述冷凝器11為管殼式換熱器，換熱器運行無噪音，最高耐壓1.6Mpa，采用不銹鋼316L材質制成。

在本實施例中，所述脫磷產物收集容器13的風量為1200m³/h，功率為0.75KW，過濾效率大于99.9％，過濾面積為15m²，濾芯方便清理與替換。

本發明利用含磷產物PCl₃的沸點為76℃，較其它廢氣沸點低很多，因此在脫磷裝置中添加一個冷凝器11，可以達到使PCl₃氣態變為液態，完成脫磷產物的回收和富集。

燒結時，首先向燒結爐5中加入燒結原料，配入碳作為燃料，并添加CaCl₂。開啟點火器7，在碳顆粒周圍的還原性氣氛下，發生反應：

CaCl₂+SO₂(g)+O₂(g)＝CaSO₄+Cl₂ (1)

2Ca₅(PO₄)₃F+9Cl₂+9SiO₂+15C＝6PCl₃+15CO+9CaSiO₃+CaF₂ (2)

式(1)中的SO₂主要來源于原料中的硫分，O₂主要是由燒結抽風負壓作用進入原料；聯系式(1)和式(2)，起到脫磷作用的物質是中間產物氯氣，氯氣由式(1)產生，參與到式(2)的反應中，產生PCl₃氣體；

此外，向燒結爐5中還可以加入Na₂SO₄，當原料中添加Na₂SO₄后，根據原料中已有的成分，發生如下反應：

Na₂SO₄+Al₂O₃+2SiO₂+CO＝2NaAlSiO₄+SO₂+CO₂ (3)

礦石中赤鐵礦和脈石呈現鮞狀結構，相互交替共生，嵌布緊密。從式(3)可知，在CO的作用下，原料中添加的Na₂SO₄能夠與礦石中脈石成分Al₂O₃和SiO₂參加反應，從而起到了破壞鮞狀結構的作用，使氟磷灰石暴露出來，最大程度上參與到反應中。同時式(3)產生了SO₂，而SO₂是式(1)的反應物，有利于脫磷反應的進行。

燒結爐5燒結生產過程中產生的廢氣在抽風機14作用下(抽風機14產生負壓)首先通過管道依次經過一級旋風除塵器9和二級旋風除塵器10，由一級旋風除塵器9和二級旋風除塵器10對除掉廢氣中的灰塵(避免灰塵在冷凝器11中出現堵塞問題)；然后廢氣進入到冷凝器11中，冷凝器11實現對廢氣進行降溫，使沸點低的脫磷產物PCl₃(PCl₃的沸點為76℃)冷卻變為液體進入到脫磷產物收集容器13中進行富集回收，其他沸點高的氣體則隨抽風機14經消聲器12排出(消聲器12可以降低噪音)。

之后，氧氣罐15向脫磷產物收集容器13中通入氧氣，使主要的含磷物質PCl₃發生化學反應，生成三氯氧磷(POCl₃)，三氯氧磷(POCl₃)廣泛應用于農藥、醫藥、染料、磷酸酯及阻燃劑的生產，且是制造有機磷農藥除草劑、殺蟲脒等的原料。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。