一种催化碳热还原磷矿制黄磷的方法

技术领域

本发明涉及催化碳热还原磷矿制黄磷技术领域，尤其涉及一种催化碳热还原磷矿制黄磷的方法。

背景技术

磷酸的工业生产工艺路线主要分为湿法、热法。传统的湿法磷酸工艺采用浓硫酸分解磷矿，该工艺需要高品位磷矿，且消耗大量硫资源，红、白污染严重；热法磷酸工艺是用电炉法生产黄磷，经过燃烧、水化制得磷酸，该工艺对磷品位要求较高且消耗大量电能。

目前，热法黄磷是我国磷矿的主要加工方法，但我国磷矿具有高钙、高硅、高铝的物化特性，在高温加工时熔化温度高、液相生成困难，导致黄磷工业能耗高、黄磷渣利用率低。磷矿还原熔炼渣系的优化设计与活化调控，对热法黄磷工业节能降耗至关重要。

上述描述的制备过程中，几乎都存在反应温度高、反应时间长、投资大的缺点，使得磷酸的生产成本增高。

发明内容

本发明提供一种催化碳热还原磷矿制黄磷的方法。

本发明的方案是：

一种催化碳热还原磷矿制黄磷的方法，将磷矿、硅石与碳质还原剂磨粉过150目筛后混匀，再加入助剂得到混合物料，其中碳过剩系数为1.03～1.13，进行高温加热还原反应；所述助剂包括金属锰、氧化镁、硫单质、钼粉与三氧化钼的其中一种或多种混合物，所述磷矿的品位大于20％；所述助剂的添加量为所述混合物料总质量的0.5～8％。

作为优选的技术方案，所述助剂为金属锰，所述金属锰的添加量为所述混合物料总质量的0.5％～2％。

作为优选的技术方案，所述助剂为氧化镁，所述氧化镁的添加量为所述混合物料总质量的2％～6％。

作为优选的技术方案，所述助剂为硫单质，所述硫单质的添加量为所述混合物料总质量的1％～4％。

作为优选的技术方案，所述助剂为钼粉，所述钼粉的添加量为所述混合物料总质量的0.5％～6％。

作为优选的技术方案，所述助剂为三氧化钼，所述三氧化钼的添加量为所述混合物料总质量的0.5％～4％。

作为优选的技术方案，所述助剂为氧化镁与硫单质的混合物，所述氧化镁与硫单质混合质量比为1～2:1～3，所述混合物的添加量为所述混合物料总质量的1％～8％。

由于采用了上述技术方案一种催化碳热还原磷矿制黄磷的方法，将磷矿、硅石与碳质还原剂磨粉过150目筛后混匀，再加入助剂得到混合物料，其中碳过剩系数为1.03～1.13，进行高温加热还原反应；所述助剂包括金属锰、氧化镁、硫单质、钼粉与三氧化钼的其中一种或多种混合物，所述磷矿的品位大于20％；所述助剂的添加量为所述混合物料总质量的0.5～8％。

本发明的优点：本发明可降低磷矿还原温度，增大体系磷逸出率，缩短反应时间，从而降低能耗。

本发明通过添加助熔剂同步降低磷矿冶炼体系熔点、强化磷逸出的技术思路，以达到节能减耗的目的。

能降低反应所需的活化能，降低反应温度50～150℃，降低反应生产能耗，且添加量量少，不影响黄磷生产工况。

具体实施方式

为了弥补以上不足，本发明提供了一种催化碳热还原磷矿制黄磷的方法以解决上述背景技术中的问题。

一种催化碳热还原磷矿制黄磷的方法，将磷矿、硅石与碳质还原剂磨粉过150目筛后混匀，再加入助剂得到混合物料，其中碳过剩系数为1.03～1.13，进行高温加热还原反应；所述助剂包括金属锰、氧化镁、硫单质、钼粉与三氧化钼的其中一种或多种混合物，所述磷矿的品位大于20％；所述助剂的添加量为所述混合物料总质量的0.5～8％。

所述助剂为金属锰，所述金属锰的添加量为所述混合物料总质量的0.5％～2％。

所述助剂为氧化镁，所述氧化镁的添加量为所述混合物料总质量的2％～6％。

所述助剂为硫单质，所述硫单质的添加量为所述混合物料总质量的1％～4％。

所述助剂为钼粉，所述钼粉的添加量为所述混合物料总质量的0.5％～6％。

所述助剂为三氧化钼，所述三氧化钼的添加量为所述混合物料总质量的0.5％～4％。

所述助剂为氧化镁与硫单质的混合物，所述氧化镁与硫单质混合质量比为1～2:1～3，所述混合物的添加量为所述混合物料总质量的1％～8％。

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

原料：云南某磷矿(22.57wt％P2O5)、硅石、焦炭，碳过剩系数为理论用量的1.03倍，二元酸度为0.80。催化剂金属锰粉末的添加量为2％。同等反应条件下，不加锰助剂的体系，磷的逸出率在1450℃可以达到96.93％，而添加2％Mn的体系在1400℃可以达到95.67％,磷的逸出率满足黄磷生产要求。不添加Mn助剂的体系在1400℃磷的逸出率为89.47％。降低反应所需温度50℃。

实施例2

原料：云南某磷矿(22.57wt％P2O5)、硅石、焦炭，碳过剩系数为理论用量的1.03倍，二元酸度为0.80。催化剂氧化镁(纯度为98％)的添加量为4％，同等条件下，添加4％MgO的体系在1350℃可以达到93.49％,磷的逸出率满足黄磷生产要求。不添加助剂的体系在1350℃磷的逸出率为79.46％.降低反应所需温度100℃。

实施例3

原料：云南某磷矿(22.57wt％P2O5)、硅石、焦炭，碳过剩系数为理论用量的1.03倍，二元酸度为0.80。催化剂硫块，纯度为99.99％，添加量为4％。同等反应条件下，添加4％S的体系在1300℃可以达到92.24％,磷的逸出率满足黄磷生产要求。不添加助剂的体系在1300℃磷的逸出率为72.31％。降低反应所需温度150℃。

实施例4

原料：云南某磷矿(22.57wt％P2O5)、硅石、焦炭，碳过剩系数为理论用量的1.03倍，二元酸度为0.80。催化剂钼粉(纯度为99.99％)，添加量为0.5％。同等条件下，添加0.5％钼粉，磷的逸出率在1400℃可以达94.14％。不添加助剂的体系在1400℃磷的逸出率为89.47％.降低反应所需温度50℃。

实施例4

原料：云南某磷矿(22.57wt％P2O5)、硅石、焦炭，碳过剩系数为理论用量的1.03倍，二元酸度为0.80。催化剂三氧化钼粉末(纯度为99.99％)，添加量为2％。同等条件下，添加2％三氧化钼粉末，磷的逸出率在1400℃可以达93.77％。不添加助剂的体系在1400℃磷的逸出率为89.47％.降低反应所需温度50℃。

实施例5

原料：云南某磷矿(22.57wt％P2O5)、硅石、焦炭，碳过剩系数为理论用量的1.03倍，二元酸度为0.80。催化剂氧化镁，纯度为98％；催化剂硫块，纯度为99.99％；通过催化剂混合添加发现，当MgO与S的质量比例为1：4，添加量在2％～8％之间对可以增大体系的磷逸出率，表1为不同助剂添加量下对应的磷逸出率及降低体系所需的反应温度，当催化剂的添加量为2％时，反应温度为1400℃时，体系磷的逸出率为95.41％，降低反应所需温度50℃；添加量为6％时，体系的磷逸率为94.57％，降低反应所需温度100℃。

表1催化剂MgO与S混合添加对体系磷逸出率和反应温度的影响

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。