Способ подготовки фосфатного сырья к производству фосфора

 

Изобретение относится к термической подготовке фосфатного сырья к электротермическому переделу на желтый фосфор. Изобретение позволит повысить выход кондиционных фракций готового обожженного окускованного продукта, снизить удельный расход тепла на процесс термообработки сырья во вращающихся печах, повысить содержание в рудной части печной шихты мелочи фракций менее 10 мм, для чего исходную тонкодисперсную фосфатную шихту предварительно подвергают перед упрочняющим обжигом профилирующему окускованию посредством непрерывного продавливания шихты и получения окускованного продукта постоянного диаметра с соотношением его к длине куска 1:1-3, обжиг ведут до получения обожженного продукта с насыпным весом 0,8 - 1,3 т/м³, сортировку обожженного продукта ведут до получения в печной шихте рудной части класса 10 - 70 мм 70 - 80% и класса менее 10 мм 20 - 30%. Диаметр профилирующего отверстия при опускании сырья поддерживают 10 - 35 мм регулированием содержания добавок от 0,5 до 5% в зависимости от модуля кислотности шихты. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии окускования сырья для получения из него фосфора электротермическим способом.

Известен способ окускования фосфатного сырья (а. с. N 831725, Б. И. N 19, 1981 г.), в котором с целью повышения прочности гранул и упрощения процесса за счет исключения операции обработки кислотой перед смешением фосфорную кислоту обрабатывают тонкодисперсным фосфатным сырьем и полученную пульпу нагревают до 80 100^oC, соотношение Т:Ж в смеси поддерживают 1:2-3, количество пульпы берут 3 5% от массы фосфатного сырья, затем осуществляют окускование методом экструзии, гранулы сушат при 150 200^oC и обжигают при 600 700^oC. Прочность гранул повышается до 100 130 кг/шт.

Недостатком способа является низкий выход годного продукта из-за проведения низкотемпературного обжига, использование дефицитных и дорогостоящих связующих и низкий допустимый предел содержания мелочи фракции 10 0 мм в печной шихте для производства фосфора.

Известен способ окускования фосфатного сырья, наиболее близкий по технической сути и взятый за прототип (а. с. N 1787933, Б. И. N 2, 1993), в котором с целью повышения выхода окускованного кондиционного продукта и снижения температуры футеровки печи и настылеобразования во вращающейся печи в легкоплавкую шихту крупностью 10 0 мм дополнительно вводят тугоплавкий апатитовый концентрат крупностью 0,5 0 мм из расчета 0,5 0,7% на каждый процент тонкодисперсной фракции 0,5 0 мм в фосфатном материале и имеющей с ней аналогичный показатель угла естественного откоса. Добавка 0,1 0,2% углерода (твердого топлива) на каждый процент содержания в основном фосфатном сырье тонкодисперснойчасти 0,5 0 мм способствует снижению температуры футеровки печи за счет снижения количества газообразного топлива, что приводит к снижению настылеобразования из-за уменьшения контраста температур футеровки печи и загружаемого в него сырья. Получаемый обожженный окускованный продукт характеризуется прочностью на сжатие до 220 кг/шт, выход кондиционной фракции 20 40 мм составляет до 32% выход фракции более 10 мм до 95,5% настылеобразование снижается за счет снижения высоты образуемого порожка (меньше критической величины) до 5 мм, занимающего по сечению суммарный периметр 9 15% К недостаткам способа относятся низкий выход годного обожженного продукта из печи за счет его недостаточной прочности на удар и истирание, высокий удельный расход тепла из-за длительности процесса и наложения процессов одновременного окомкования и термообработки сырья в печи и низкое допустимое содержание мелочи фракции 10 0 мм в печной шихте для производства фосфора.

Цель изобретения повышение выхода годного обожженного окускованного продукта, снижения удельного расхода тепла и повышение содержания мелочи фракции 10 0 мм в печной шихте для производства фосфора.

Цель достигается за счет того, что в известный способ окускования фосфатного сырья во вращающейся печи, включающий подготовку исходных материалов, смешивание с увлажнителем и добавками, одновременное окускование шихты и обжиг во вращающейся печи при температуре 1100 1300^oC, сортировку обожженного материала на готовый продукт фракции 10 70 мм и возврат менее 10 мм и составление печной шихты, внесены следующие изменения: исходную шихту из фосфатного сырья и добавок перед упрочняющим обжигом во вращающихся печах подвергают профилирующему окускованию посредством непрерывного продавливания шихты и получения окускованного сырого продукта постоянного диаметра при соотношении его к длине формовки 1:1-3; диаметр профилирующего отверстия при окусковании фосфатного сырьяподдерживают 10 35 мм регулированием содержания добавок от 0,5 до 5,0% в зависимости от модуля кислотности шихты; обжиг формованного материала ведут до получения обожженного продукта с насыпным весом 0,8 1,3 т/м³; сортировку обожженного продукта ведут до получения в печной шихте рудной части фракции 10 70 мм 70 80% и класса менее 10 мм 20 30% Необходимо отметить, что в России единственными технологическими линиями, которые можно использовать для окускования фосфатного сырья, являются вращающиеся печи, где шихта подвергается одновременному окомкованию и термообработке. При такой термообработке фосфатного материала (мелочи фракции менее 10 мм) во вращающихся печах необходимо создать оптимальное количество жидкой фазы (до 30%) для проведения процесса окомкования и упрочняющего обжига окускованного сырья, однако указанное количество жидкой фазы, кроме положительного эффекта по сцеплению, накатыванию и прилипанию частиц друг к другу до определенных размеров куска, оказывает отрицательное влияние, связанное с образованием кусков больших размеров (более 100 мм) и привариванием частиц шихты к футеровке печи с последующим образованием колец по диаметру печи (настылеобразование), вызывая разрушение футеровки печи. Это приводит к снижению выхода кондиционного продукта, повышению удельного расхода тепла и снижению производительности печи.

Наиболее эффективным путем снижения указанных недостатков является снижение количества жидкой фазы (поплавка) за счет разделения процессов окомкования и обжига и повышения скорости прохождения сырья в печи. Это достигается за счет термообработки во вращающихся печах предварительно формованного сырья. Окускование методом формования (экструзия) позволяет получать более термически и механически прочный экструдат, для упрочнения которого при обжиге достаточно образования жидких фаз до 5 12% За счет значительного снижения удельной поверхности (формованное тепло против мелочи) снижается количество внешних контактов частиц, образование жидких фаз идет в основномвнутри формования тел, что снижает количество подплова и опасность настылеобразования. За счет снижения угла естественного откоса формованных тел увеличивается скорость прохождения сырья в печи. Для термообработки во вращающихся печах целесообразно получать окускованный материал постоянного диаметра при соотношении его к длине () 1:1-3. При больше соотношении (менее 1) снижается точность формованных тел, при меньшем соотношении (более 3) происходит слипание формованных тел с образованием комков неупорядоченной структуры низкой термостойкости, приводящее к основанию выхода годного продукта.

Оптимальным размером формованных тел, для обеспечения необходимой газопроницаемости шихты при обжиге и при электровозгонке, является 10 35 мм, при меньшем размере (менее 10 мм) нарушается соотношение , что приводит к образованию комков неупорядоченной структуры, при большем размере (более 35 мм) формованные тела менее термостойки и менее прочные, что снижает выход годного продукта. Размер формованных тел 10 35 мм поддерживают регулированием содержания пластифицирующих добавок от 0,5 до 5,0% в зависимости от модуля кислотности шихты. При модуле кислотности шихты 0,1 - 0,3 дается максимальное количество добавки 3 5% при модуле кислотности 0,3 и более добавки 0,5 3,0% При меньшем количестве добавки (менее 0,5%) не обеспечивается необходимая пластичной шихты для формования, при большем количестве (более 5%) экономически целесообразно. Пластифицирующей добавкой могут быть и минералы, входящие в состав исходной руды (или после ее обогащения), а таком случае при достаточной пластичности сырья и модуле кислотности дополнительно добавку не вводят в шихту.

Обжиг предварительно формованного сырья ведут до получения обожженного продукта с насыпным весом 0,8 1,3 т/м³, что обеспечивает использование большего количества мелкой фракции (менее 10 мм) в печной шихте. При меньшем насыпном весе (менее 0,8 т/м³) повышается температура отходящих газов под сводом печи, снижается производительность, при большем насыпном весе (более 1,3 т/м³) снижается газопроницаемостьпечной шихты. В печной шихте для получения фосфора при вышеуказанном насыпном весе обожженного окускованного продукта рудная часть может быть представлена классом 10 70 мм 70 80% и классом менее 10 мм 20 30% (остальное до 100%), что обеспечивает необходимую ее газопроницаемость и скорость восстановления фосфора.

Технологией производства фосфора допустим размер куска 10 70 мм, класса менее 10 мм не более 5% При меньшем количестве класса 10 70 мм (менее 70%) и большем (более 80%), соответственно и по мелочи фракции менее 10 мм (более 30% и менее 20%), не обеспечивается газопроницаемость печной шихты и другие показатели процесса электровозгонки.

Совокупность вышеуказанных признаков обеспечивает технический результат по цели.

Способ проверен в лабораторных условиях. Для исследования использовали тонкодисперсное фосфатное сырье Кингисеппского, Егорьевского месторождений, Ено-Ковдорский апатитовый концентрат, отходы РАО "Фосфор" (мелочь фосфорита с мелочью кокса и кварцита), в качестве добавок глины. Смешивание компонентов осуществляли в бочковом смесителе диаметром 1 м, окускование методом экструзии на экструдере с насадками с диаметром отверстий от 5 до 40 мм, длину экструдера регулировали с помощью ножа-отсекателя. Полученный экструдер дообкатывали в барабане. Обжиг производили во вращающейся печи керамзитного производства при температуре 1200 1250^oС до получения обожженного продукта с насыпным весом 0,8 1,3 т/м³. Сортировку продукта осуществляли на ситах размером 10 и 70 мм. Печная шихта для производства желтого фосфора электрохимическим способом составлялась из определенного содержания фракции 10 70 мм и менее 10 мм с учетом того, чтобы газопроницаемость печной шихты (и скорость восстановления желтого фосфора) была в оптимальных пределах, т. к. при использовании формованных тел идет постоянная фракция продукта в зависимости от диаметра и соотношения его к длине формовки. Для обеспечения необходимой газопроницаемости печной шихты более широкого грансостава фракции 10 70 мм допустимое количество мелочи не более 5% (газопроницаемость шихты 0,5 0,8 м/с), при использовании фоpмованных тел оно может быть увеличено до определенных пределов без ущерба для показателей процесса электровозгонки.

Пример 1. 10 кг фосфатного сырья Кинсисеппского месторождения с модулем кислотности 0,35 фракции менее 0,315 мм смешивают с 0,3 кг сухой глины и формуют экструдат диаметром 10 мм и длиной 20 мм. Обжиг осуществляют во вращающейся печи до получения насыпного веса обоженного продукта 1,0 т/м³. Удельный расход тепла составляет 1800 тыс. ккал на 1 т, выход годного продукта фракции 10 70 мм 97% сортируют и составляют печную шихту из расчета содержания в рудной части экструдат фракции 10 20 мм 75% и менее 10 мм 25% Примеры 2 4. Опыт проводят аналогично примеру 1, отличие заключается в диаметре формируемого экструдат от 5 до 40 мм, остальные параметры аналогичны. При этом выход годного продукта соответственно составляет 96,95% и 95% удельный расход тепла 1850, 2000 и 2000 тыс.ккал, печную шихту составляют из расчета содержания фракции более 10 мм 80, 95 и 85% остальное до 100% мелочь менее 10 мм.

Примеры 5 9. Примеры аналогичны примеру 1, отличие заключается в соотношении диаметра к длине формуемого экструдат от 0,9 до 3,1. При этом соответственно выход годного продукта 97, 97, 97, 95 и 95% удельный расход тепла 1800, 1800, 1800, 2000 и 2000 тыс.ккал, в печной шихте фракции более 10 мм 75, 75, 80, 90, 85% остальное до 100% мелочь фракции менее 10 мм.

Примеры 10 13. Примеры аналогичный примеру 1, отличие заключается в насыпном весе обожженного продукта от 0,7 1,4 т/м³. При этом соответственно выход годного продукта 97, 98, 95 и 95% Удельный расход тепла 1850, 1800, 2000 и 2000 тыс.ккал, в печной шихте фракции более 10 мм, 75, 75, 85, 85% остальное до 100% фракции менее 10 мм.

Примеры 14 17. Примеры аналогичны примеру 1, отличие заключается в количестве добавки от 0,3 до 5,2% При этом соответственно выход годного продукта 96, 97, 5, 95 и 95% удельный расход тепла 1850, 1800, 2000 и 2000 тыс.ккал, в печной шихте фракции более 10 мм 75, 75, 85, 85% остальное до 100% фракции менее 10 мм.

Примеры 18 21. Примеры аналогичны примеру 1, отличие заключается в количестве фракции более 10 мм и менее 10 мм в печной шихте от 65 до 85% При этом соответственно выход годного продукта 97, 97, 97 и 97% удельный расход тепла 1800, 1800, 1800 и 1800 тыс.ккал, в печной шихте фракции более 10 мм 70, 80, 65, 85% мелочи фракции менее 10 мм 30, 20, 35 и 15% Пример 22. Пример аналогичен примерам 1 и 19 (Кингисеппская фосмука), разница в использовании отходов РАО "Фосфор", фосфоритной руды Каратау со смесью кварцита (около 10%) и кокса (около 5%). При этом удельный расход тепла 1750 тыс.ккал, выход годного продукта 97% фракции менее 10 мм в рудной части печной шихты 25% Как видно из таблицы, в заявляемых пределах: по количеству добавки, от 0,5 до 5% (примеры 14, 15), диаметру формуемых тел, от 10 до 35 мм (примеры 1, 2), отношению диаметра формовки к длине, от 1 до 3 (примеры 6, 7), насыпному весу готового продукта, от 0,8 до 1,3 т/м³ (10, 11), содержанию мелочи фракции менее 10 мм в рудной части печной шихты, от 20 до 30%и соответственно фракции 10 70 мм 70 80% (примеры 18, 19, 22), цель достигается: выход годного продукта фракции 10 70 мм повышается с 95% до 96 98% удельный расход тепла снижается с 2000 до 1750 1850 тыс.ккал содержание мелочи фракции менее 10 мм в рудной части печной шихты можно повысить без снижения газопроницаемости шихты и показателей процесса электровозгонки с 5 до 20 30% в сравнении с прототипом.

При превышении заявляемых пределов: по количеству добавки, до 5,2% (пример 17), по диаметру формовок, до 40 мм (пример 4), по отношению диаметра к длине формовки, 3,1 (пример 9), по насыпному весу обожженного продукта, до 1,4 т/м³ (пример 13), по содержанию в рудной части мелочи фракции менее 10 мм, до 35% (пример 20), цель не достигается: выход годного продукта фракции более 10 мм снижается до 95% удельный расход тепла повышается до 2000 тыс.ккал, содержание мелочи фракции 10 0 мм в рудной части печной шихты снижается до 15% по примеру 20 нарушается и снижается газопроницаемость печной шихты из-за большого содержания мелочи, что снижает при электровозгонке скорость восстановления печной шихты, при остальных положительных показателях процесса по выходу годного продукта и удельному расходу тепла.

При снижении заявляемых пределов: по количеству добавки, до 0,3% (пример 16), по диаметру формовок, до 5 мм (пример 3), по отношению диаметра к длине формовки, до 0,9 (пример 8), по насыпному весу обожженного продукта, до 0,7 т/м³ (пример 12), по содержанию в рудной части печной шихты мелочи фракции менее 10 мм, до 15% (пример 21) цель не достигается: выход фракции более 10 мм снижается до 95% удельный расход тепла повышается до 2000 тыс.ккал, по содержанию мелочи менее 10 мм в рудной части печной шихты - снижается до 15% а по периметру 20 снижается газопроницаемость шихты до 0,2 м/с (при оптимальных примерах 0,5 0,8 м/с).

Способ можно реализовать на Кингисеппском ПО "Фосфорит" и на Подмосковном ПО "Фосфаты" на технологических линиях с вращающимися печами для получения высококачественного фосфатного сырья для электротермического производства желтого фосфора.

Формула изобретения

1. Способ подготовки фосфатного сырья к производству фосфора, включающий смешение фосфатного сырья с увлажнителем и пластифицирующей добавкой, одновременное окускование полученной шихты и обжиг во вращающейся печи при температуре 1150 1300^oС, сортировку обожженного материала с выделением готового продукта фракции 10 70 мм и возврат фракции менее 10 мм на стадию смешения, отличающийся тем, что на смешение подают тонкодисперсное фосфатное сырье и добавку, перед обжигом шихту подвергают профилирующему окускованию посредством непрерывного продавливания шихты через профилирующее отверстие с получением сырого формованного продукта постоянного диаметра с соотношением последнего к длине формованного продукта 1 1 3, обжиг осуществляют до получения обожженного продукта с насыпным весом 0,8 1,3 г/м³ и сортировку обожженного продукта ведут до получения в печной шихте рудной части класса 10 70 мм 70 80 мас.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диаметр сырого формованного продукта 10 35 мм регулируют содержанием пластифицирующих добавок в количестве 0,5 5,0% от массы шихты в зависимости от модуля кислотности последней.

РИСУНКИ

Рисунок 1