СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШИХТЫ К ВОЗГОНКЕ ФОСФОРА Российский патент 1997 года по МПК C01B25/01 

Изобретение относится к технике подготовки сырьевых материалов для электротермического производства фосфора.

Известен способ подготовки шихты к возгонке фосфора (Ершов В.А. Белов В. Н. Технология фосфора, Л. Химия, 1979, с. 72-81, 103-167), заключающийся в том, что товарное рудно-топливное сырье перед подачей на сушку или обжиг, а также после того сортируют, отделяя мелочь (менее 10 мм) от фосфорита, менее 5 мм от кварцита и кокса. Отсев мелочи относят к разряду отходов. По верхнему пределу принимают размер для фосфорита 70 мм, кварцита 70 мм и кокса 20 мм.

Известно, что скорость процесса восстановления фосфора прямопропорционально зависит от поверхности шихты и определяется природой исходных материалов, температурой, модулем кислотности, т.е. чем выше поверхность компонентов в единице объема, тем выше скорость восстановления. Общими признаками известного технического решения и заявляемого является составление шихты из фосфорита, кварцита и кокса.

Шихта по известному способу состоит из 75% фосфорита, 10% кварцита и 15% кокса. Следовательно, средневзвешенный диаметр гранулы шихты составляет

Площадь поверхности средней гранулы составила
S=πD2с.в.

Необходимо в зоне восстановления повысить удельную поверхность за счет уменьшения размера гранул, что не представляется возможным в известном способе.

Известен способ грануляции фосфоритовой мелочи (авт.св. СССР N 657838, кл. C 01 B 25/01, Бюллетень N 15, 1979, с.16) путем ее окатывания или брикетирования в присутствии кислых фосфатов щелочных или щелочно-земельных металлов в качестве связующего при их соотношении (1-5):1. Кислые фосфаты щелочных и щелочно-земельных металлов берут в количестве 0,5-5,0% отвеса фосфоритовой мелочи при pH 3-6. Брикеты получают прессованием при удельном давлении 50 МПа, максимальный размер брикета 70 мм. Брикеты термообрабатывают при температуре 700^oC.

Недостаток: высокая температура термообработки, высокое удельное давление прессования, шихта из брикетов при достижении высоких температур в зоне восстановления имеет малую удельную поверхность
S=3,14•7²=154 см²,
V=179 см³,
S:V=154:179=0,86 см^-1.

Средневзвешенный диаметр шихты составляет D_с.в.=7 см.

Известен способ (прототип) окускования фосфоритной мелочи (авт. св. СССР N 230795, кл. 121, 25/02, БИ N 35, 1968) путем смешения фосфорита с кремнесодержащим материалом, обжига этой смеси при 750-950^oC, дальнейшего измельчения этой смеси и смешивания с измельченным углем или коксом. Далее шихту увлажняют, формуют, получая брикеты размером 70 мм, и подвергают водотепловой обработке. Водотепловую обработку проводят в пропарочных камерах при температуре пара 80-90^oC в течение 2-3 ч или в автоклавах при 170^oC и давлении 2-8 атм.

Недостаток: сложность термообработки брикетов -обжиг, пропарка, при температурах восстановления фосфора поверхность шихты из этих брикетов невысокая, удельная поверхность
Целью изобретения является увеличение поверхности компонентов шихты в восстановительной зоне печи.

Цель достигается тем, что поверхность шихты в восстановительной зоне печи регулируют следующим способом: составляют исходную шихту из фосфорита, кварцита, кокса крупностью 0-10 мм, смешивают со связующим на кислой или щелочной основе с добавкой к нему от 0,1 до 0,4% от веса связующего мононатрийфосфата или монокалийфосфата или тринатрийфосфата, брикетируют при удельном давлении прессования 20-44 МПа, сушат при температуре 150-300^oC в течение 30-60 мин, получают брикеты прочностью на раздавливание выше 10,0 МПа и максимальным размером 70 мм. Брикеты загружают в печь и при достижении зоны восстановления фосфора разрушают на исходные фракции компонентов (т.е. брикеты разрушаются сами вследствие прекращения действия сил сцепления между частицами).

Пример 1. Берут отсевы 0-10 мм фосфорита, кварцита и кокса, составляют шихту из 75% фосфорита, 10% кварцита, 15% кокса. Шихту увлажняют до 3% добавляют 5,0% комплексного лигносульфоната и добавляют 0,4% от количества лигносульфоната тринатрийфосфата, тщательно перемешивают. Перемешанную шихту прессуют на гидравлическом прессе ПСУ-10-50 в пресс-форме ⊘70 мм при удельном усилии прессования 44 МПа. Брикеты подвергают термической обработке: сушат при температуре 300^oC в течение 60 мин. Определяют прочность брикета на раздавливание получают (250-300) кг/см².

Брикеты на специальной подставке устанавливают в лабораторную шахтную электропечь, подводят азот и нагревают со скоростью подъема температуры, по времени соответствующей ее подъему при сходе шихты в промышленной рудно-термической печи. При превышении температуры 1200^oC брикеты распадаются на исходные фракции компонентов шихты. При этом средневзвешенный диаметр гранулы шихты D_с.в.= 4,7 мм ≈ 0,47 см, поверхность гранулы S=0,69 см², объем гранулы V= 0,054 см³. Объем гранулы по отношению к объему гранулы по известному способу уменьшается в 24,4:0,054=452 раза. Следовательно, поверхность шихты по предлагаемому способу в объеме, занимаемом гранулой по известному способу, составит 0,69•452= 312 см². Или удельная поверхность шихты по предлагаемому способу (поверхность, отнесенная к равному объему по известному способу) составляет , что в 7,7 раза выше, чем в известном способе.

Объем гранулы по отношению к объему гранулы по прототипу уменьшается в 179:0,054 ≃ 3300 раз. Поверхность шихты по предлагаемому способу в объеме гранулы по прототипу составит 0,69•3300 ≃ 2200 см². Или удельная поверхность шихты по предлагаемому способу (поверхность, отнесенная к равному объему по прототипу) составляет 2200:179=12,3 см^-1, что в 14,3 (12,3:0,86) раза выше.

Пример 2. Как и в примере 1, готовят шихту, увлажняют, добавляют 5% комплексного лигносульфоната и 0,1% от количества лигносульфоната тринатрийфосфата, перемешивают. Перемешанную шихту прессуют на гидравлическом прессе в пресс-форме ⊘ - 70 мм при удельном усилии прессовании 20 МПа. Брикеты сушат при температуре 150^oC в течение 30 мин. Испытывают брикеты на раздавливание, получают 150 кг/см². Затем брикеты испытывают, как в примере 1, при нагреве. При температуре свыше 1200^oC брикеты рассыпались на 25% При этом D_с.в.=28,11 мм= 2,8 см, S=24,8 см², V=11,6 см³. Поверхность шихты по предлагаемому способу в объеме гранулы по известному способу составляет S=52,1 см². Удельная поверхность 52,1: 24,4=2,13 см^-1 выше, чем в известном способе. Поверхность шихты по предлагаемому способу в объеме гранулы по прототипу составляет . Удельная поверхность , выше, чем по прототипу, в 2,1:0,86=2,5 раза.

Пример 3. Как в примере 1, готовят шихту, увлажняют, добавляют комплексный лигносульфонат, но тринатрийфосфата добавляют в количестве 0,25% от количества лигносульфоната. Брикетируют при удельном давлении прессования 32 МПа. Брикеты сушат при температуре 225^oC в течение 45 мин. Получают брикеты прочностью на раздавливание 200 кг/см². Брикеты, как в примере 1, испытывают при нагреве.

При температуре свыше 1200^oC брикеты рассыпались на 50% При этом получены D_с.в.=2 см, S=12,6 см², V=4,4 см³.

Поверхность шихты по предлагаемому способу в объеме гранулы по известному способу составила S= 69,3 см². Удельная поверхность шихты в объеме гранулы по известному способу . Поверхность шихты по предлагаемому способу в объеме гранулы про прототипу составляет Удельная поверхность , что в 2,9:0,86=3,4 раза выше, чем по прототипу.

Подготовка шихты к возгонке фосфора по предлагаемому способу с параметрами выше или ниже указанных пределов ограничиваются показателями удельной поверхности шихты в зоне восстановления: ниже нижнего предела - известным способом, выше верхнего предела показателями примера 1.

Способ подготовки шихты к возгонке фосфора, включающий ее составление из фосфатной мелочи фракции до 10 мм, металлургического кокса и кварцита, смешение со связующим, брикетирование и термообработку брикетов, причем шихту смешивают со связующим на кислой или щелочной основе в присутствии добавки мононатрийфосфата, или монокалийфосфата, или тринатрийфосфата, взятой в количестве 0,1-0,4% от массы связующего, а брикетирование осуществляют прессованием при удельном давлении 20-44 МПа с получением брикетов размером 70 мм и термообработку осуществляют при 150-300^oC в течение 30-60 мин. 1 з. п. ф-лы.

1. Способ подготовки шихты к возгонке фосфора, включающий ее составление из фосфатной мелочи фракции до 10 мм, металлургического кокса и кварцита, смешение со связующим, брикетирование и термообработку брикетов, отличающийся тем, что шихту смешивают со связующим на кислой или щелочной основе в присутствии добавки мононатрийфосфата, или монокалийфосфата, или тринатрийфосфата, взятой в количестве 0,1 0,4 от массы связующего, а брикетирование осуществляют прессованием при удельном давлении 20 44 МПа с получением брикетов размером 70 мм и термообработку осуществляют при 150 - 300^oС в течение 30 60 мин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют фосфорную кислоту, или фосфорсодержащие шламы, или коттрельное молоко, или комплексный лигносульфонат, или жидкое стекло с модулем основности 2,5 3,0.