一种混合磷矿协同处置的球团焙烧系统及方法与流程

本发明涉及多种低品位磷矿粉的资源化利用技术，具体涉及一种混合磷矿协同处置的球团焙烧系统及方法，属于低品位磷矿粉再利用。

背景技术：

1、目前，采用磷矿制备黄磷的工艺主要是电炉法：将天然的磷矿块矿与还原剂一起放在电炉中加热，利用还原剂在高温下的还原性使磷单质以黄磷蒸汽的形式逸出，再将黄磷蒸汽冷却后收集得到黄磷。但该工艺对磷矿原料要求较高，一般要求：入炉磷矿需粒度均匀、水分和碳酸盐含量少，p2o5的含量高于20％，并具备一定热强度。为满足生产需要，我国黄磷生产企业主要使用块状磷矿石作为原料。

2、我国磷矿资源主要为中低品位磷矿，富矿资源少。随着优质磷矿的日益消耗，可用于黄磷生产的优质磷矿也越来越少，天然磷块矿资源的供应日益紧缺，市场价格也在日益上涨。解决黄磷生产矿石来源问题迫在眉睫，已成为保障黄磷企业正常生产的关键。

3、与此同时，企业在获得天然磷矿块矿的生产过程中，将不可避免地产生大量的磷矿粉，这部分优质磷矿粉，缺乏完善的再利用设备，无法直接用于电炉制磷，造成了优质磷矿资源的闲置，导致资源浪费；另一方面，这些无法直接用于黄磷生产的磷矿粉大量堆存于堆场，占用了大量的空间，造成土地资源浪费。

技术实现思路

1、针对现有技术中，低品位磷矿粉利用率低、缺乏完善的再利用设备而导致磷资源浪费以及大量堆存导致土地资源浪费等问题，本发明提供了一种混合磷矿协同处置的球团焙烧系统及方法，该系统能够将多种不同性质的低品位磷矿粉进行协调配料，通过原料预处理后用于制备获得黄磷生产所需的成品磷矿球团，既能有效利用粉矿资源，又能扩大原料来源，缓解黄磷企业缺乏原料的问题，还能有效地降低原料成本，大大节约土地资源。

2、为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下所述：

3、根据本发明的第一种实施方案，提高一种混合磷矿协同处置的球团焙烧系统：

4、一种混合磷矿协同处置的球团焙烧系统，该系统包括混合磷矿预处理单元、配料单元、造球单元、布料单元以及焙烧冷却单元。根据物料的走向，所述混合磷矿预处理单元、配料单元、造球单元、布料单元、焙烧冷却单元依次串联设置。其中，所述混合磷矿预处理单元包括并列设置的高钙磷矿粉缓冲仓、高硅磷矿粉缓冲仓以及散料缓冲仓。高钙磷矿粉缓冲仓、高硅磷矿粉缓冲仓、散料缓冲仓的出料端均通过第一大倾角带式输送机与立式磨机的进料端相连接。立式磨机的一侧设置有烟气炉，烟气炉的排气口通过烟气管与立式磨机的进气口相连接。立式磨机的出料口通过出料风管与脉冲带式除尘器的进料口相连接。脉冲带式除尘器的底部排料端与配料单元的进料端相连接。优选，所述第一大倾角带式输送机上还设置有除铁器。

5、在本发明中，采用带热风分选的立式磨矿+脉冲带式除尘器的组合。立式磨机前配置前装机受矿仓用于接收粉矿、散料，仓下设置直拖式定量给料机控制及调整给料量。磨后物料经过风力分级、袋式收尘、螺旋输送后进入粉矿仓。收尘之后的尾气送入脱硫脱销装置进一步处理，达到排放标准后排入大气。为保护磨机，在第一大倾角带式输送机上设置永磁除铁器，去除原料中可能存在的铁件。

6、在本发明中，高钙磷矿粉缓冲仓、高硅磷矿粉缓冲仓、散料缓冲仓的底端靠近出口处均设置震动防闭塞装置，并且在各个仓下出口处还设置给料闸门，在给料闸门下面设置定量给料机(直拖式)，通过计算机控制料闸门和定量给料机对不同的原料进行放料。

7、作为优选，所述出料风管上还引出了防爆风管，防爆风管上设置有防爆阀。

8、作为优选，所述脉冲带式除尘器的排气口通过煤粉通风机和外排风管与脱硫脱硝装置相连接。

9、在本发明中，脉冲袋式除尘器下方的积灰斗出口处设置手动插板阀，在手动插板阀下设置星型卸料器，星型卸料器下方为螺旋输送机(可正反转)。

10、作为优选，所述配料单元包括混合粉矿仓、生物质秸秆仓以及粉尘仓。混合粉矿仓的进料端通过螺旋投料机与脉冲带式除尘器的底部排料端相连接。混合粉矿仓、生物质秸秆仓以及粉尘仓的排料端均通过配料带式输送机与造球单元的进料端相连接。优选，粉尘仓的进料端还设置有粉尘接收装置。

11、在本发明中，混合粉矿仓、生物质秸秆仓以及粉尘仓均可设置有多个，一般情况下设计有两个混合粉矿仓和一个生物质秸秆仓以及一个粉尘仓。螺旋输送机的两端分别与一个混合粉矿仓的进料口相连接，通过螺旋输送机的正反转将脉冲袋式除尘器内的粉矿分别输送至两个混合粉矿仓内。进一步地，在混合粉矿仓、生物质秸秆仓以及粉尘仓的出料口处也均设置有震动防闭塞装置，以及自动或手动的插板阀，生物质秸秆仓的下方通过直拖式定量给料机与配料带式输送机相连接，而混合粉矿仓和粉尘仓的下方均通过全密封式定量给料机与配料带式输送机相连接。此外，在粉尘仓的手动插板阀与其全密封式定量给料机之间还可设置有叶轮给料机。

12、作为优选，所述造球单元包括强力混合机、混合料仓以及造球机。强力混合机的进料端与配料带式输送机的排料端相连接，强力混合机的排料端通过混合料带式输送机以及若干个犁式卸料器同时与多个混合料仓的进料端相连接。每个混合料仓的排料口下方均设置有一个造球机。所有造球机的排料端均通过生球带式输送机与布料单元的进料端相连接。优选，在生球带式输送机的排料端还设置有计量称。所述造球机为圆盘造球机。

13、在本发明中，在配料带式输送机设置若干犁式卸料器，在配料带式输送机下并列设置多个混合料仓，配料带式输送机的头部下料口与其中一个混合料仓的入料口连接，然后每个犁式卸料器下方对于剩余的混合料仓，同时还在每个混合料仓下出料口处设置振动斗，在振动斗下设置定量皮带给料机与造球机的进料端相连接。

14、在本发明中，每个造球系列由1个混合料仓与1台定量皮带给料机、1台圆盘造球机组成。来自强力混合机的混合料，以及生球返料被运至造球后，通过犁式卸料器分配到各混合料槽，槽下给料设备采用定量给料机(变频调速)，其给料量可按设定值自动调节。混合料在造球机中适宜的水分条件下滚动长大成球。由于离心力和重力的作用，成球自动溢出盘面，通过生球胶带机送至筛分布料系统(例如：单个混合料槽有效容积约25m3，储存时间30～45min，采用圆盘造球机，变频调速，盘面倾角可调(人工调节)，物料在盘内的停留时间可以通过改变圆盘倾角和转速来调节，单台产出合格生球量为20～25t/h。

15、作为优选，所述布料单元包括辊式筛分机、辊式筛分布料机以及铺底料仓。辊式筛分机的进料端与生球带式输送机的排料端相连接。辊式筛分机的筛下物料出口通过宽带式输送机与辊式筛分布料机的进料端相连接。辊式筛分布料机的筛上物料出口通过筛上溜槽与焙烧冷却单元的进料端相连接。所述铺底料仓与辊式筛分布料机并列设置，并且其底部出料口通过铺底料布料装置与焙烧冷却单元的进料端相连接，二者的连接位置位于辊式筛分布料机的筛上溜槽与焙烧冷却单元的进料端连接位置的上游。优选，辊式筛分机的筛上物料出口以及辊式筛分布料机筛下物料出口均通过返料带式输送机与混合料带式输送机的进料端相连接。

16、作为优选，辊式筛分机的筛孔孔径为20-35mm，优选为25-30mm。辊式筛分布料机的筛孔孔径为10-18mm，优选为12-16mm。

17、在本发明中，一般情况下，生球团的筛分粒级为30mm和15mm。生球通过摆式带式输送机后，被均匀布置到辊式筛分机上，筛上大于30mm的不合格球，从筛上被筛除；筛下下雨30mm生球通过宽带式输送机进一步均匀化，并运至小球辊式筛分布料机(辊式筛分布料机)，筛上15mm～30mm合格生球均匀布到焙烧装置上；小于15mm的不合格球从筛下筛除。辊式筛分机末端设置破碎辊，可对大球进行破碎，避免大球直接返回造球，影响造球效率及生球质量。不合格生球通过返料带式输送机收集、转运，最终返回到造球系统重新造球。焙烧装置上方设有自动测料厚装置，通过自动调节焙烧装置运行速度来控制料层厚度。为保护焙烧装置，设置铺底料系统，采用天然磷矿块作为铺底料，当天然磷矿块不够时，可选择部分成品作为铺底料。

18、作为优选，根据物料的走向，所述焙烧冷却单元包括依次串联设置的干燥一段、干燥二段、预热段、焙烧均热段、冷却一段以及冷却二段。在干燥一段、干燥二段、预热段、焙烧均热段、冷却一段以及冷却二段的上方均罩设有风罩和以及在它们各自底部均设置有独立的风箱。优选，在各个风箱的下方还设置有散料斗。在各个风箱的内部还设置有双层卸灰阀。干燥一段的进料端与辊式筛分布料机的筛上溜槽及铺底料布料装置的排料端相连接。

19、作为优选，该系统还包括有热风利用单元，所述热风利用单元包括冷却风机、回热风机、干燥排风机、主抽风机、多管除尘器、第一布袋除尘器、第二布袋除尘器、管道加热炉以及若干送风管。其中，冷却风机分别通过第一送风管与冷却二段的底部进风口相连接以及通过第二送风管与冷却一段的底部进风口相连接。冷却二段的顶部出风口通过第三送风管与干燥一段的顶部进风口相连接，干燥一段的底部出风口通过第四送风管与第一布袋除尘器的进风端相连接，第一布袋除尘器的出风端通过第五送风管与烟囱相连接，第五送风管上设有干燥排风机。冷却一段的顶部出风口通过第六送风管与焙烧均热段的顶部进风口相连接以及通过第七送风管与预热段的顶部进风口相连接，第六送风管上设置有管道加热炉。焙烧均热段的底部出风口通过第八送风管与多管除尘器的进风口相连接，多管除尘器的出风口通过第九送风管与干燥二段的顶部进风口相连接，第九送风管上设置有回热风机。预热段的底部出风口通过第十送风管与第一布袋除尘器的进风端相连接。干燥二段的底部出风口通过第十一送风管与第二布袋除尘器的进风端相连接，第二布袋除尘器的出风端通过第十二送风管与脱硫脱硝装置相连接，在第十二送风管上设置有主抽风机。

20、在本发明中，生球在焙烧冷却单元上依次完成干燥、热固结、冷却过程。焙烧冷却单元设置固定筛，对焙烧后的产品进行筛分，筛除＜5mm的物料，经过收集、转运后返回原矿堆场；≥5mm的物料作为成品，大部分转运至电炉系统用于生产黄磷，另外分出小部分作为铺底料循环到焙烧装置布料端铺底料仓(例如：焙烧装置选篦式热固结机，规格为4.7×63m，篦床上的料层厚度为240mm(含铺底料厚80mm)，总停留时间约40～15min)。此外还通过设置管道加热炉，为系统补充热源。焙烧装置采用热量梯级利用的热风利用单元，利用冷风从冷却段载热，形成不同温度高温烟气，将系统余热回收，分别用做前段干燥、热固结的一部分热量，以此减少燃料的消耗。焙烧装置夹带散球、风箱集尘、机尾筛下物统称为散料，这些散料将被集中收集、转运返回原料堆场。高温烟气在梯级利用的过程中，为保护循环风机，将设置高温多管除尘器用于脱除烟气中的粉尘。烟气在梯级利用后，最终会形成部分低温烟气，其中干燥一段和预热段烟气不含nox、so2等污染物，这部分烟气通过布袋除尘器脱除粉尘之后，通过干燥抽风机直接排入大气；干燥二段烟气除粉尘外，还含有nox、so2等污染物，经过布袋除尘器除尘、主抽风机送入脱硫脱销装置进一步净化达标后排放。布袋除尘器出口粉尘浓度≤10mg/nm3。各除尘器收集到的粉尘通过气力输送系统返回配料区粉尘配料仓，作为原料回收利用。

21、作为优选，该系统还包括有成品筛分单元，所述成品筛分单元包括固定筛以及三分通料器。所述固定筛进料端与冷却二段的排料端相连接。所述三分通料器的进料端通过成品矿皮带输送机与固定筛的筛上排料口相连接。三分通料器的第一出料口与成品大倾角带式输送机相连接。三分通料器的第二出料口通过铺底料大倾角带式输送机与铺底料仓的进料端相连接。优选，在铺底料大倾角带式输送机上还设置有天然磷块矿仓。

22、作为优选，该系统还包括有散料收集单元，所述散料收集单元包括散料带式输送机、散料大倾角带式输送机以及散料仓。散料带式输送机的进料端同时与固定筛的筛下排料溜槽以及所有散料斗的出料口相连接。散料带式输送机的排料端通过散料大倾角带式输送机与散料仓相连接。

23、在本发明中，散料仓的底部出口处设置有仓壁震动器和电液动扇形阀，通过电液动扇形阀将收集的散料下放至散料输送机构(例如散料运输车)中，并通过散料输送机构将散料回送至散料缓冲仓内。

24、作为优选，该系统还包括有粉尘收集单元，所述粉尘收集单元包括第一粉尘气力输送管道、第二粉尘气力输送管道以及第三粉尘气力输送管道。第一粉尘气力输送管道的进料端与多管除尘器的出尘口相连接，其另一端与粉尘仓的进料口相连接。第二粉尘气力输送管道的进料端与第一布袋除尘器的出尘口相连接，其另一端与粉尘仓的进料口相连接。第三粉尘气力输送管道的进料端与第二布袋除尘器的出尘口相连接，其另一端与粉尘仓的进料口相连接。第一粉尘气力输送管道、第二粉尘气力输送管道、第三粉尘气力输送管道的进料端均独立设置有仓泵。

25、根据本发明的第二种实施方案，提供一种混合磷矿协同处置的球团焙烧的方法：

26、一种混合磷矿协同处置的球团焙烧的方法或采用第一种实施方案所述系统进行混合磷矿协同处置的球团焙烧的方法，该方法包括：

27、1)将高钙磷矿粉、高硅磷矿粉以及任选的散料进行混合获得混合矿粉。然后对混合矿粉进行磨矿处理，获得磷矿细粉。

28、2)按比例将磷矿细粉、含磷粉尘(系统内收集的含磷除尘灰)以及生物质秸秆颗粒进行混合，获得造球混合料。

29、3)将造球混合料加入到造球机中进行造球，并将获得的生球团进行筛分处理，获得大球、中球和小球。其中大球和小球破碎后返回步骤2)参与混合。中球进入下一工序。

30、4)将步骤3)获得的中球送入焙烧装置进行焙烧处理，焙烧后的成品球团依次经冷却和筛分处理后输送至成品仓存储。

31、作为优选，在步骤1)中，所述高钙磷矿粉是p2o5含量不大于15wt％、cao含量不低于40wt％的磷矿粉。优选是p2o5含量为10-15wt％、cao含量为45-55wt％的磷矿粉。

32、作为优选，在步骤1)中，所述高硅磷矿粉是p2o5含量不大于15wt％、sio2含量不低于40wt％的磷矿粉。优选是p2o5含量为10-15wt％、sio2含量为45-55wt％的磷矿粉。

33、作为优选，高钙磷矿粉与高硅磷矿粉的混合质量比为1.2-1.6:1，优选为1.3-1.45:1。混合矿粉的平均粒径不大于0.15mm，优选不大于0.125mm。散料的加入量为高钙磷矿粉与高硅磷矿粉总质量的3-12％，优选为5-10％。

34、作为优选，在步骤2)中，混合矿粉、含磷粉尘、生物质秸秆颗粒的混合质量比为85-90:5-10:5-9。优选，所述生物质秸秆颗粒为采用氢氧化钙溶液改性处理后的改性生物质秸秆颗粒。例如：将生物质秸秆(包括但不限于玉米秸秆、高粱秸秆、水稻秸秆、芦苇秸秆等)颗粒在氢氧化钙溶液(例如0.01-1mol/l)中浸泡处理(例如浸泡0.1-5h)，浸泡后的生物质秸秆颗粒进行滤干处理，然后再参与配料。

35、作为优选，在步骤3)中，所述中球的粒径为5-20mm，优选为8-16mm。粒径大于中球的球团为大球，粒径小于中球的球团为小球。

36、作为优选，在步骤4)中，焙烧的温度为1100-1300℃，优选为1150-1250℃，焙烧处理的时间为1-10h，优选为2-8h。筛分后输送成品仓的球团粒径不低于5mm，优选不低于7mm。

37、作为优选，在进行焙烧处理的过程中，采用天然磷矿块矿作为铺底料。所述天然磷矿块矿的粒度为15-30mm，优选为20-25mm。天然磷矿块矿中p2o5的含量为15-25％，优选为18-20％。铺底料的厚度为50-85mm，优选为60-75mm。中球的料层厚度为100-200mm，优选为120-180mm。

38、在本发明中，将高钙含量的磷矿与高硅含量的磷矿混合进行磨矿，这样大大扩大了原料范围；高硅型磷矿硬度低、较易磨，细磨后亲水性差，静态成球性指数较低(一般小于0.25)，成球性较弱；高钙型硬度高、较难磨，细磨后亲水性好，静态成球性指数较大(一般大于0.5)，成球性较好。混合细磨后成球性指数一般大于0.35，无需添加粘结剂即可满足生球强度；通过硬度高矿粉和硬度低矿粉的搭配，磨矿过程以料磨料，降低磨矿能耗；同时可以很好的调节酸度，获得球团矿酸度一般大于0.85，可降低后续电炉制磷中熔剂添加量。

39、在本发明中，在配料单元，通过增加生物质秸秆仓参与配料，使得生物质秸秆分布在生球中，在干燥时为内部水分提供扩散通道，大大提高了内部水蒸气逸出速度；同时生球中生物质秸秆纤维可以提高磷矿粉颗粒间的粘合力，可以提高生球的强度；此外生球中的生物质秸秆在后续焙烧中提供部分热量，有助于生球的高温固结，进一步提高物理强度和化学性能。

40、在本发明中，铺底料仓于天然磷块矿仓相连接，即采用品位高于低品位磷矿粉的天然磷矿块矿作为铺底料，如此混合可以提高成品物料块的平均品位，同时天然磷矿块矿经过热处理后，其冶金性能也进一步提高，同时将天然磷矿块矿作为铺底料，增大了透气性，而且保护了焙烧装置，选择合适的铺底料厚度也提高了产能。

41、在本发明中，采用强力混合机进行混合制粒，可以提高制粒效果，颗粒粒度分布更好，小球强度更好。

42、在本发明中，将低温散料与磷矿粉混合后再进行细磨处理，在强度较大的低温熟球团作用下，可以进一步降低细磨的能耗，进一步提高细磨的效率，进一步增大细磨的效果。

43、在本发明中，实现了高钙含量的磷矿与高硅含量的磷矿的协同处理，即将二者按一定比例进行混合配料，这样可以增大物料的成球性，再加上两者的化学性质有一定差异，可以进一步提高球团的焙烧强度。

44、在本发明中，将冷却时产生的热风循环利用，为干燥、预热等过程供热，并且通过梯级利用充分回收系统余热，利用完的废气通过除尘、脱硫脱硝后外排，不仅极大减少了加热能耗，而且增加了环保效益。此外，还将系统中产生的各种散料、除尘灰回收利用，实现有价资源的回收利用，同时也避免了直接外排污染环境。

45、在本发明中，各个带式输送机(用于物料输送的带式输送机)有一条或多条输送机串联组成，在各个输送机上任选的设有或不设有称量机构(如计量称)。

46、在本发明中，生料块成为成品磷块矿需要经过转运和热处理，其中焙烧温度高达1000℃以上，这就要求生料块具备一定的强度，避免其在转运过程中出现大量碰碎以及在热处理过程中出现大量爆裂的情况。因此本发明在配料时，添加了生物质秸秆，生物质秸秆分布在生料块中，在干燥时为内部水分提供扩散通道，大大提高了内部水蒸气逸出速度，也能有效防止高温下水分子的急速蒸发导致的生料块的爆裂；同时生料块中生物质秸秆的纤维可以提高磷矿粉颗粒间的粘合力，可以提高生物料块的强度；此外生物料块中的生物质秸秆在后续焙烧中提供部分热量，有助于生料块的高温固结，进一步提高物理强度和化学性能。

47、在本发明中，为进一步提高生料块的强度，生物质秸秆在进行混料前还进行了预处理，具体为将生物质秸秆颗粒在氢氧化钙溶液(例如0.01-1mol/l)中浸泡处理(例如浸泡0.1-5h)，浸泡后的生物质秸秆颗粒进行滤干处理，然后再参与配料。由于生物质秸秆中吸附有氢氧化钙，其在配料过程中，能够提高其与其他物料之间的粘结性能，提高生料块的强度，大大降低其在搬运过程中的碰碎率；同时在后续热处理过程中，生物质秸秆会受热分解释放出二氧化碳和水。释放出的二氧化碳在水蒸气的作用下与内部的氢氧化钙，形成起固结作用的化合物(吸附的氢氧化钙在内部固结为碳酸钙)，能进一步提高生物质秸秆与其他原料之间的结合强度，有利于防止高温爆裂的同时，极大的保障并提升了成品磷块矿的强度，降低粉矿率。需要说明的是，生物质秸秆的加入量不宜过多或过低，添加量过多，会导致磷矿粉和除尘灰占比降低，降低产率，同时，过多的秸秆颗粒在热处理过后使得成品磷块矿内部形成较多大孔隙，容易导致成品磷块矿坍塌粉化，反而不利于提高成品磷块矿的强度；而若添加量过低，则不利于提高生料块内部的粘结强度，容易使得生料块在热处理前即出现较大碰碎。

48、在本发明中，所述高钙磷矿粉缓冲仓、高硅磷矿粉缓冲仓、散料缓冲仓的高度各自独立的为1-300m，优选为2-200m，更优选为3-100m，进一步优选为4-50m，例如为1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、12m、15m、18m、20m、25m、30m、35m、40m、50m、80m、100m、120m、150m中的一种。它们的内径各自独立的为1-200m，优选为2-150m，更优选为3-100m，进一步优选为4-80m，例如为1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、12m、15m、18m、20m、25m、30m、35m、40m、50m、80m、100m、120m、150m中的一种。

49、与现有技术性相比较，本发明的有益技术效果如下：

50、1：本发明很好地解决了现有磷矿加工中磷矿粉无法再利用造成资源浪费的问题，同时实现了不同类型低品位磷矿粉的协同处置，解决现有磷矿加工中磷矿粉来源窄且大量堆存造成土地资源浪费的问题，实现了磷矿粉资源化再利用，也大大节约了土地资源。

51、2：本发明制备得到的块矿产品质量好、强度高，方便后续的转运，可运性强。块矿产品含水率低，碳酸盐含量低，有效降低后续块矿制磷的电耗，提高了磷的纯度。

52、3：本发明的结构布局简单，系统部件组织有序合理，布置场地需求量小，大大节约了土地资源，可以满足各种地形要求，适用范围广。