中、低品位磷礦燒結(jié)料制磷的優(yōu)越性

中、低品位磷礦燒結(jié)料制磷的優(yōu)越性孫志立【摘要】Adescriptionisgivenofphysicochemicalpropertiesandchemicalcompositionofmedium-gradeandlow-gradephosphaterockresource,andacontrastiveanalysisiscarriedoutofadvantagesandeconomicandtechnicalindexesofsinteringweatheredoreswithhighignitionlossandpoormechanicalstrengthusedinproductionofyellowphosphorus.Resultsshowthatsinteringcanmakefulluseofcheapmedium-gradeandlow-gradeweatheredore,orefinesandphosphorusfurnacetailgas,andplayanactiveroleinpromotingtechnologicalupgradingandinnovationofenterprise,reducingcost,sustainabledevelopingandlong-termstablesupplyofphosphaterockresources.%闡述了中、低品位磷礦資源的物化特性、化學(xué)組分，并對(duì)黃磷生產(chǎn)中采用的高灼失、機(jī)械強(qiáng)度差的風(fēng)化礦進(jìn)行燒結(jié)處理的優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：燒結(jié)處理可以充分利用廉價(jià)的中、低品位風(fēng)化礦、粉礦和磷爐尾氣，對(duì)企業(yè)技術(shù)升級(jí)換代、降低成本、可持續(xù)發(fā)展及磷礦資源的長(zhǎng)期穩(wěn)定供給有著積極的推動(dòng)作用?！酒诳Q(chēng)】《化肥工業(yè)》【年(卷)，期】2014(000)001【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P1-3,18)【關(guān)鍵詞】中;低品位;磷礦燒結(jié);黃磷生產(chǎn)【作者】孫志立【作者單位】貴州源翼礦業(yè)集團(tuán)有限公司貴州甕安550405【正文語(yǔ)種】中文1.1礦區(qū)概況礦區(qū)地處云南滇池、宣威、金沙江3個(gè)磷礦區(qū)域的中心點(diǎn)上（屬云南會(huì)澤縣），位于揚(yáng)子地臺(tái)的西南緣，次級(jí)川滇隆起與滇東凹陷帶的交界處，緊鄰落因古陸邊緣。晉寧期小江斷裂沿隆起凹陷交界發(fā)生斷陷形成了滇東凹陷帶，為古陸包圍的海灣狀沉積盆地，形成相對(duì)閉塞的環(huán)境，為磷礦的形成創(chuàng)造了有利的理化條件，大量繁殖的生物遺體、海水?dāng)y帶的磷質(zhì)及古陸風(fēng)化物提供的磷質(zhì)在這一特定環(huán)境下不斷堆積形成礦層（礦體）。該礦區(qū)現(xiàn)已探明磷礦儲(chǔ)量20億t，可開(kāi)采的磷礦儲(chǔ)量在10億t左右，以中、低品位為主，有用的礦物為磷灰石，脈石礦物主要為白云石、石英和玉髓。根據(jù)化學(xué)多元素分析研究，若欲用此種礦獲得較高品位的磷精礦（選礦），不僅需要排除大部分白云石礦物，而且需要降低最終磷精礦中的硅質(zhì)礦物含量。由于磷礦與白云石、石英等脈石礦物共生關(guān)系復(fù)雜，呈微細(xì)相互充填膠結(jié)、包裹嵌布，不論是磷礦鮞粒中還是膠結(jié)物中都分布著細(xì)小的白云石、石英等雜質(zhì)顆粒，按目前的技術(shù)水平，以低成本工業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)選磷礦幾乎是不可能的。1.2磷礦特點(diǎn)及化學(xué)組分該礦區(qū)磷礦的特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差（風(fēng)化礦多）、灼失高（碳酸鹽分解CO2的量）、品位偏低（多為中、低品位）等。礦區(qū)磷礦化學(xué)組分統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。從表1統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可得出：與上述礦區(qū)的磷礦特點(diǎn)是相吻合的；4號(hào)礦由于受取樣工具和現(xiàn)場(chǎng)限制，代表性有所下降（P2O5含量很低，而SiO2含量很高），但其他數(shù)據(jù)符合磷礦構(gòu)造的相應(yīng)變化規(guī)律，如CO2的含量相應(yīng)降低。1.3碳酸鹽對(duì)磷酸鹽化學(xué)還原反應(yīng)的影響該礦區(qū)所產(chǎn)磷礦中的碳酸鹽主要是以白云石［CaMg（CO3）2］和石英等形式存在（表1所示CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為9.66%）。碳酸鹽的分解溫度為700~1000°C,反應(yīng)分解出來(lái)的CO2隨即被C還原成CO或反應(yīng)生成低級(jí)氧化物，即灼失，灼失高表明分解出來(lái)的CO2多。為了表述統(tǒng)一，以下都用CO2表示碳酸鹽灼失量。由于碳酸鹽在700~1000C時(shí)的分解率在82%以上，而爐內(nèi)的化學(xué)還原反應(yīng)溫度高達(dá)1400C,故磷礦中碳酸鹽的分解率可視為100%。碳酸鹽的分解和CO2的還原會(huì)使磷礦的粒徑在爐內(nèi)發(fā)生變化，當(dāng)爐料依次落入熔池時(shí)，隨溫度的逐漸升高，磷礦發(fā)生爆裂，使料層中粉塵增多（粉塵增加率高達(dá)12%~21%），料層的透氣性和熱交換功能下降；其次，爐內(nèi)電極電流易發(fā)生波動(dòng)（打弧），頂部爐料容易結(jié)拱、塌料頻繁，熔池電阻、電流不易控制，爐壓劇增，嚴(yán)重時(shí)弓I起電極密封處噴火而燒壞電極懸掛等設(shè)施，還給爐面操作工的正常操作或維護(hù)帶來(lái)潛在的安全隱患。實(shí)踐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)證明：磷礦中的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加1%，每噸黃磷增加電耗200kW-h、焦炭30kg、泥磷10%~20%。此外，在700-900C條件下，CO2與電極會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，從而增大電極損耗。1.4中、低品位磷礦的利用及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比分析中、低品位磷礦中，除少部分可用于熱法黃磷生產(chǎn)或鈣鎂磷肥等加工外，其余大部需經(jīng)過(guò)浮選富集處理后方可滿(mǎn)足高濃度磷復(fù)肥加工用礦要求。由于國(guó)內(nèi)富礦儲(chǔ)量日漸減少，在磷礦資源貧化、高純和高附加值磷化工產(chǎn)品需求增加的情況下，磷化工企業(yè)已經(jīng)不能保證得到磷礦資源的長(zhǎng)期供應(yīng)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外卜磷礦資源的實(shí)際供應(yīng)情況，中、低品位磷礦的開(kāi)發(fā)研究利用已被認(rèn)為是未來(lái)磷礦利用的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)外卜許多公司多年來(lái)都已進(jìn)行了中、低品位磷礦選礦技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并將成為增加可利用磷礦資源量、提高資源利用率和磷礦供應(yīng)保障程度的中堅(jiān)力量。以表1磷礦中各組分統(tǒng)計(jì)的平均值、電價(jià)0.5元/林可加、焦炭1300元/t計(jì)，則生產(chǎn)1t黃磷增加的電費(fèi)為9.66x200x0.5=966.00（元），增加的焦炭費(fèi)用為9.66x30x1.3=376.74（元）；按正常的磷收率為85%、CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)每上升1%噸黃磷增加10~20kg泥磷（泥磷中磷含量按30%折算成黃磷）、黃磷價(jià)格15800元/t計(jì)，則生產(chǎn)1t黃磷因增加的泥磷量多支出費(fèi)用為9.66x15（取中間值）x30%x15.8=686.83（元）。以上3項(xiàng)合計(jì)，生產(chǎn)1t黃磷由于CO2含量上升所增加的費(fèi)用是2029.57元。從經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比分析可知，由于磷礦中CO2含量偏高、機(jī)械強(qiáng)度差、粉礦率高，除噸黃磷直接增加的費(fèi)用外，還影響負(fù)荷、產(chǎn)量的提高和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。2.1預(yù)處理燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)工藝用于煉鐵原料鐵礦的燒結(jié)處理，在鋼鐵工業(yè)一直得到廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)就已成功地將這一成熟工藝移植至磷礦的預(yù)處理燒結(jié)工藝上。云南安寧草鋪大黃磷項(xiàng)目在引進(jìn)的60kt/a黃磷裝置（設(shè)2臺(tái)制磷電爐）中采用了900kt/a燒結(jié)裝置，近幾年裝置生產(chǎn)一直很正常，開(kāi)車(chē)率在70%左右時(shí)便能滿(mǎn)足2臺(tái)大型制磷電爐的原料供應(yīng)。磷礦燒結(jié)的主要原料是磷礦粉、焦粉和制磷電爐尾氣，此3種物料在中、小型制磷電爐生產(chǎn)過(guò)程中恰恰都是難以保存和處理的副產(chǎn)品。磷礦粉和焦粉（粒度分別在10mm以下和3mm以下）按一定比例混合，加水潤(rùn)濕后造粒，然后送入燒結(jié)臺(tái)車(chē)，經(jīng)尾氣燃燒裝置高溫點(diǎn)火，使混合料層中的焦粉燃燒；在高溫下，物料開(kāi)始軟化，顆粒表面有一定的粘接相-液相生成，物料粘接形成燒結(jié)塊，經(jīng)冷卻、破碎、篩分得到所需粒度的合格爐料，粒度不合格的爐料作為底料和返料。燒結(jié)過(guò)程是一個(gè)物化過(guò)程，燒結(jié)后強(qiáng)度提高。磷礦石中游離的白云石在1150°C的高溫下脫碳分解，形成的游離鈣、鎂氧化物又與二氧化硅作用生成易熔的硅酸鹽，結(jié)晶水及有機(jī)質(zhì)分解揮發(fā)，物料隨之軟化、粘結(jié)，冷卻后結(jié)塊。降低升華電耗，熱穩(wěn)定性好。磷礦經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后，脫除了其中的結(jié)晶水、有機(jī)物等；CO2分解可達(dá)99%以上；機(jī)械強(qiáng)度高，運(yùn)輸過(guò)程中不易破碎，粉化率降低。制磷電爐開(kāi)車(chē)率高。采用燒結(jié)料入爐，爐內(nèi)結(jié)拱、塌料、導(dǎo)氣管堵塞等現(xiàn)象減少，下料均勻，爐氣溫度穩(wěn)定，制磷電爐運(yùn)行平穩(wěn)，功率因數(shù)高，故障停爐次數(shù)減少，特別是電極折斷次數(shù)大大減少，從而提高了開(kāi)車(chē)率。⑶生產(chǎn)能力提高。采用燒結(jié)料入爐，爐內(nèi)料層透氣均勻，爐氣與爐料的熱交換好，爐氣出口溫度低，爐料的電阻率較塊礦高，容易獲得最大電阻的爐料，電爐效率升高，負(fù)荷可提高8.5%，產(chǎn)量可提高10.0%。(4)泥磷量大幅減少。由于燒結(jié)料帶入的雜質(zhì)、粉塵減少，泥磷量比原來(lái)減少70%以上。2.3燒結(jié)裝置的優(yōu)化和創(chuàng)新燒結(jié)料入爐雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于燒結(jié)裝置的一次性投資大，是磷礦燒結(jié)預(yù)處理技術(shù)未能得到廣泛推廣應(yīng)用的根本原因。目前，國(guó)內(nèi)全部使用燒結(jié)料、采用制磷電爐生產(chǎn)黃磷的僅有云南安寧草鋪大型黃磷企業(yè)一家，其900kt/a帶式燒結(jié)裝置投資7億元以上，是當(dāng)前世界上用于黃磷原料預(yù)處理燒結(jié)最大的帶式燒結(jié)裝置。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，云南已建成1臺(tái)100kt/a新型磷礦燒結(jié)機(jī)，在設(shè)備投資和燒結(jié)工藝上都有了較大的改進(jìn)，稱(chēng)為步進(jìn)式平面循環(huán)燒結(jié)機(jī)。該燒結(jié)機(jī)是在總結(jié)、消化吸收國(guó)內(nèi)、夕卜帶式燒結(jié)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了發(fā)展和完善，是近幾年優(yōu)化創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的一種新型燒結(jié)裝置，具有投資省、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用、建設(shè)周期短(總建設(shè)期180d左右)、投資回收期短、運(yùn)行費(fèi)用低、除塵效果好、擴(kuò)容改造方便等特點(diǎn)，燒結(jié)和冷卻在同—臺(tái)車(chē)組上進(jìn)行，產(chǎn)量高、質(zhì)量好、操作維護(hù)方便，完全可與進(jìn)口帶式燒結(jié)機(jī)相媲美，相同規(guī)模、產(chǎn)量的步進(jìn)式平面循環(huán)燒結(jié)機(jī)投資不到帶式燒結(jié)機(jī)的1/6，設(shè)計(jì)利用系數(shù)最高可達(dá)1.65，設(shè)備利用率可達(dá)95%以上。（1） 噸合格燒結(jié)料成本眾所周知，目前我國(guó)礦山多數(shù)是按統(tǒng)礦方式供礦，進(jìn)入工廠(chǎng)的磷礦中＜5mm的粉礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)30%-40%，磷礦經(jīng)破碎、干燥、篩分處理后，粉礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)40%-50%，即2t磷礦才能加工成1t合格的入爐礦。由于礦區(qū)磷礦品位低、SiO2和CO2含量高，除了用于電熱法制磷外，很難用于其他產(chǎn)品的生產(chǎn)，這部分粉礦不管在礦山還是在工廠(chǎng)，堆放保存都較困難。按磷礦粉（含P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)24%左右）售價(jià)200元/t、焦粉800元/t計(jì)，磷礦粉預(yù)處理燒結(jié)成本（消耗量按黃磷生產(chǎn)指標(biāo)：生產(chǎn)1t合格燒結(jié)料消耗磷礦粉1.18t、焦粉0.12t、動(dòng)力電110kW?h、其他費(fèi)用34元）如下：磷礦粉為1.18x200=236（元/t）,焦粉為0.12x800=96（元/t）,動(dòng)力電（取年產(chǎn)30kt大型制磷電爐的1/2）為55x0.5=27.5（元/t）,其他費(fèi)用（取年產(chǎn)30kt大型制磷電爐的1/2）為17.0元/t,合計(jì)376.5元/t。（2） 投資回收期計(jì)算通過(guò)以上研究分析、成本核算并結(jié)合該磷礦的實(shí)際情況，可先采用礦山的原礦加工成合格的塊礦（入爐料），粉礦用于制取燒結(jié)料，采用塊礦、燒結(jié)料按質(zhì)量比5:5,4:6,3:7和2:8的比例逐漸減少塊礦用量，增加燒結(jié)料入爐。若能將合格塊礦出售，全部用燒結(jié)料更好。若建1套200kt/a燒結(jié)料生產(chǎn)裝置并配套2臺(tái)25000kVA制磷電爐，投資2500萬(wàn)元左右；若采用塊礦（合格爐料）入爐，塊礦到廠(chǎng)價(jià)不低于350元/t;以生產(chǎn)1t黃磷消耗10t塊礦或燒結(jié)料計(jì)算，則制取1t黃磷的成本分別為3500元和3765元。塊礦入爐由于CO2等未脫除，生產(chǎn)1t黃磷增加的費(fèi)用是1773.26元；而采用燒結(jié)料，這一項(xiàng)幾乎為零，但增加了燒結(jié)裝置的一次性投資。若采用塊礦與燒結(jié)料按質(zhì)量比5:5比例混合入爐，2臺(tái)制磷電爐的生產(chǎn)運(yùn)行率為70%，經(jīng)計(jì)算，投資回收期約為2.37年。若全部采用燒結(jié)料，在相同條件下，投資回收期僅1.19年。磷礦燒