低品位磷矿富化生产黄磷技术

低品位磷矿富化生产黄磷技术

赵波

云南弥勒市磷电化工有限责任公司  云南 弥勒 652304

摘要：分析磷矿资源的应用现状，分析磷矿制磷的技术现状、不良问题，深度开发低品位磷矿富化生产黄磷技术，从而提升磷矿品质，减少物耗，降低企业的生产成本，达到保护环境、节能减排效果。

关键词：低品位磷矿；富化生产；黄磷技术

针对目前我国磷矿资源及其在黄磷工业上的具体应用状况，以及目前黄磷矿生产磷肥的发展现状及其所存在的关键技术问题，研究了利用原矿粉闪速流态煅烧、浮游性选矿法制得黄磷浓缩物粉、球制磷素肥料的工艺。经过预处理后，以黄磷矿粉为原材料，添加新型粘结剂，连续级配均匀处理后，可以使用压球机挤压黄磷矿粉，使其成为标准尺寸的球团，之后经过干燥、煅烧处理后，再送入到黄磷电路内，借助炉气升温法实现二次胶结，然后再在高熔区反应得到黄磷。以上研究方法均能提升磷矿性能，减少物料消耗量，同时可提升黄磷素肥料回收率，获得高品质产品，生产成本低廉。同时可实现清洁生产、节能环保优势。研究的重点是，实现了使用中低品质磷矿生产黄磷。同时采用闪速流态煅烧炉，系统采用全封闭微负压操作，充分混合气固磷粉煅烧过程会增加表面积，在快速热交换作用下，会瞬间完成煅烧。磷灰石内部化学键断裂，各类杂质均挥发，比如有机物、碳酸盐、砷等，加强磷矿球在电炉内的反应活性，并且不会出现粉尘外漏问题，矿粉回收率超过99.99%。富化处理之后，使用压球、固结工艺制成矿粉球团，能够加强矿粉强度，并且为黄磷电炉提供优质原料。

1、项目的必要性和重要性

我国磷矿石的平均品位在18%左右；磷在中低品位磷矿占比58.5%，平均品位仅16.74%，所以合理利用中低品位磷矿资源，已经成为我国磷化工行业发展的重要趋势。一方面，目前我国的黄磷产能、产量、消费量和出口额都排名世界第一，占据主导性地位。，现有黄磷总产能大于每年2300kt，几乎为世界总产能的88%。我国黄磷工业生产中，磷矿为重要原材料，对电炉生产操作条件、工艺技术指标的影响非常大，同时决定黄磷的生产品质、生产成本和效益。因此，黄磷工业企业应当减少能源使用量，降低生产成本，以富矿资源产品为主。当前，国内采矿资源、矿山销售的企业，均存在采块弃粉、采富弃贫现象，资源浪费量很大。而且，由于磷矿资源在经过多年无序和过量利用以后，富矿资源的剩余量少，很少合理利用中低品质的磷矿资源，对资源损害和污染也十分巨大。现国内外大部分黄磷制造公司由于原料磷矿品质低，能源、物耗较高，黄磷制造设备能力为每年10kt，，每年直接损失约一千亿元人民币。

磷矿石是一种不可再生资源，必须合理开发、利用低品位磷矿资源睫，避免影响到磷矿资源的未来使用，保证磷化工行业道德可持续发展。针对中低品位磷矿，要实行富化、成球处理，全面提升磷矿品质，保证其达到黄磷入炉生产要求，获得优质黄磷与副产品，综合开发和利用磷矿石资源，意义重大。

2、低品位磷矿富化技术及创新点

对于中低品位磷矿制磷现状，相关部门与企业建立合作关系，沟通研究关键技术和工艺，实现黄磷的工业化生产，闪速流态煅烧矿粉，并采用低含水率成球、一体化干燥固结工艺，低品位磷矿富化技术，原材料选用中低品位磷矿粉，添加球状粘结剂，之后将生球送入干燥固结工序，获得熟球配料，之后输送到黄磷生产装置、高位料仓制备黄磷。低品位磷矿富化技术创新点如下：

第一，中低品位磷矿粉，经过浮选富化处理之后，获得磷精矿粉磷，硫含量高，制磷配比的焦炭、硅石使用量少。富化处理过程中，去除二氧化碳、有机质，且黄磷电炉运行稳定，电耗、物耗少，生产成本低廉，高效攻克磷矿煅烧技术难关。

第二，采用LS型黏附剂，可以对沥青等混合原料的各种成分和功能加以提高，成球胶结类后的磷矿球就能够在黄磷电炉内熔融时不粉化、不炸裂，这样就极大地降低了黄磷炼制过程中粉尘的产生量，因而降低了炼制困难度和成本，也极大地改善了磷收率和产品质量。

第三，在添加黏附剂时，按照制磷配方补充硅粉，配料工段不用再配制硅石，这样既能变废为宝，缓解了硅石在矿内粉不能使用的情况，又大大提高了硅石的资源效益，也克服了由于硅粉堆积而造成的环境污染现象。

第四，所产出的白磷浓缩物球团品位高、大小一致、层配合理、通透性好、组分稳定，同时具备较高的反应活动，水分含量低。相比同质量磷矿制白磷，既能降低白磷渣含量、渣内残磷量，还能消除炉内结拱、塌原料、断高压电极等现象。

第五，使用两次固结，在黄磷电炉的生料区完成第二次固结，缩短了球团固结时间。第1次固结，则使用中温煅烧方式，能够满足固结强度要求，能耗低，设备投资少。

第六，将黄磷尾气作为热源，无需添加其他的燃料，有助于提升黄磷尾气的利用率，同时实现低碳、环保节能、循环经济的目的。

第七，干燥、固结设备一体化，明显缩短了设备长度，减少生产场地占用面积，整体投资更省。

第八，应用低含水率成球工艺，能够获得良好的成球效果，既能缩短球团干燥时间，还能减少干燥能耗。

3、应用效果

A黄磷生产企业中，富化生产黄磷技术实现工业化应用，利用传统矿为原料，经富化后的主要组成：磷占比29.44%；二氧化硅占比13.01%；氧化钙占比42.85%；二氧化碳占比2.56%；三氧化二铁占比1.12%。经过长期生产实践，获得主要技术与经济指标、对比数据如下：第一，采用块矿、富化矿球团入炉的1吨黄磷，磷矿消耗量为11.410t（缺数据），即1吨黄磷的磷矿消耗能够减少4.0t。

第二，入炉的吨黄磷硅石消耗量分别为3.534t、1.711t，即1吨黄磷的硅石消耗能够减少1.714t。

第三，入炉的吨黄磷焦炭或消耗量分别为2.021t、1.571t，即1吨黄磷的焦炭消耗能够减少0.345t，折合标煤约0.241t。

第四，入炉吨黄磷电炉电耗分别为16400kW/h 、12168kW/h，即1吨黄磷的电炉电耗为4118kW/h，折合标煤约0.372t。

第五，采用闪速流态煅烧富化，有效去除矿石中的二氧化碳，通过磷精矿球团生产黄磷，能够减少焦炭配比，相应减少一氧化碳、二氧化碳的排放量。采用块矿、富化矿球团入炉的1吨黄磷，二氧化碳排放量分别为3001m³，2342m³，即吨黄磷的二氧化碳排放量可减少546m³。（2342+546=2888）？

第六，入炉吨黄磷的炉渣量分别为11.9t、7.4t，即吨黄磷炉渣减少3.5t。

第七，生产1 t 黄磷，产生2300-2900m³磷炉尾气，多数企业的尾气综合利用率为50%，其他尾气燃烧排空，加剧环境污染，能源浪费严重。使用低品位磷矿富化生产黄磷技术，由尾气提供热量，处理磷炉尾气的污染严重、利用率低等问题。经初步测算，富化装置的尾气量占比40%-50%，可明显提升尾气的利用率。

4、结束语

综上所述，采用中低品位的磷矿粉方法，能够有效支持中低品位磷矿富化的综合利用，节约资源、降低土地消耗，技术的经济、社会效益、环境效益显著。

参考文献

[1]郭宝金,毕克刚,马彦伟,杨凡,朱江,杨改兴,郭红.黄磷生产节能降碳技术改造的研究与应用[J].低碳世界,2023,13(01):10-12.

[2]李志娟.黄磷企业能源资源计量数据采集与监测标准的研究[J].中国计量,2022,23(08):40-42.