阅读说明：本技术 一种控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的方法及系统 (Method and system for controlling calcination conditions to ensure qualified calcined phosphorite ) 是由 张建军 黄德明 华建青 刘法安 于 2018-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的方法,包括从燃料进料单元中提供燃料到煅烧单元,所述煅烧单元中包括回转窑；从磷矿进料单元提供磷矿到煅烧单元；所述燃料和磷矿在煅烧单元中的回转窑进行煅烧得到目标磷矿,根据燃料进料单元、磷矿进料单元以及煅烧单元来控制目标磷矿的品质为预设品质,所述预设品质是指目标磷矿中的氧化钙和氧化镁的总摩尔量与碳酸钙和碳酸镁的总摩尔量的比例为50-270∶1。本发明还提供一种控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的系统。本发明提供的方法使得氧化钙和氧化镁的总摩尔量与碳酸钙和碳酸镁的总摩尔量的比例为50-270∶1,而这种比例的目标磷矿有利于在后续工艺中高效浸取钙和浸取镁离子。(The invention provides a method for controlling calcination conditions to ensure that phosphorite calcination is qualified, which comprises the steps of providing fuel from a fuel feeding unit to a calcination unit, wherein the calcination unit comprises a rotary kiln; providing phosphate ore from a phosphate ore feed unit to a calcination unit; and calcining the fuel and the phosphorite in a rotary kiln in the calcining unit to obtain target phosphorite, and controlling the quality of the target phosphorite to be preset quality according to the fuel feeding unit, the phosphorite feeding unit and the calcining unit, wherein the preset quality refers to that the ratio of the total molar weight of calcium oxide and magnesium oxide to the total molar weight of calcium carbonate and magnesium carbonate in the target phosphorite is 50-270: 1. The invention also provides a system for controlling the calcination condition to ensure that the calcined phosphorite is qualified. The method provided by the invention enables the ratio of the total molar amount of calcium oxide and magnesium oxide to the total molar amount of calcium carbonate and magnesium carbonate to be 50-270: 1, and the target phosphorite with the ratio is beneficial to efficiently leaching calcium and magnesium ions in subsequent processes.)

一种控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的方法及系统

技术领域

本发明涉及肥料技术领域，具体涉及一种控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的方法及系统。

背景技术

磷矿是生产磷肥、黄磷、磷酸以及其他多种磷化产品的重要原料矿物，为基础化工和支农工业双重原料，在国民经济发展中有着重要的地位和作用。目前研究磷矿选矿方法中很多都集中在后续浸取和纯化磷精矿的工艺中，对于将从原始矿中进行煅烧以得到有利于后续浸取和纯化磷精矿的煅烧条件的研究不多。

CN201410563330.1专利中提供一种利用磷尾矿制备硝酸钙镁肥的方法,具体工艺方案为：取一定量一定粒度的尾矿粉，加入一定量蒸馏水配成具有一定含固量的尾矿浆，逐步加入硝酸，在一定条件下反应，反应结束后过滤，向滤液中加入石灰或氢氧化钙将滤液pH值调为6.5～7,再次过滤，滤液经真空浓缩干燥等工序制得产品硝酸钙镁肥。该专利只公开了如何值得钙镁磷肥，不涉及如何控制煅烧条件。

ZL201510226362.7专利中提供一种对中低品位磷矿进行加工去除其中的钙镁杂质，过程包括将中低品位磷矿为主要原料在900～1100℃的温度下煅烧，并将煅烧后的煅烧渣依次用60～100℃的水进行消化、硝酸铵溶液浸取，最后再经过硫酸铵溶液浸取得到磷精矿，能够有效地将煅烧渣中氧化钙、氧化镁中钙、镁元素分离，提高磷精矿中五氧化二磷的含量。该专利也仅公开了煅烧温度条件，不涉及控制其他条件，也没有涉及浸取工艺的原料品质的要求。

CN107697894A和CN107673320A也仅公开了煅烧磷矿的粒径，并没有涉及浸取工艺的原料品质的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的方法。具体技术方案如下所述。

一种控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的方法，所述方法包括：

从燃料进料单元中提供燃料到煅烧单元，所述煅烧单元中包括回转窑；

从磷矿进料单元提供磷矿到煅烧单元；

所述燃料和磷矿在煅烧单元中的回转窑进行煅烧得到目标磷矿，根据所述燃料进料单元、所述磷矿进料单元以及所述煅烧单元来控制所述目标磷矿的品质为预设品质，所述预设品质是指所述目标磷矿中的氧化钙和氧化镁的总摩尔量与碳酸钙和碳酸镁的总摩尔量的比例为50-270∶1。

优选的，所述方法还包括：

还根据所述燃料进料单元、所述磷矿进料单元以及所述煅烧单元来控制所述目标磷矿的生产效率为预设生产效率。

优选的，所述方法还包括：

在获得具有预设品质的目标磷矿时，还根据所述磷矿进料单元以及所述煅烧单元控制所述燃料进料单元的耗能量低于预设耗能量。

优选的，所述回转窑呈中空圆柱形，所述回转窑与平面的夹角为预设角度，所述回转窑包括磷矿进料口和燃料进料口，所述磷矿进料口高于所述燃料进料口，所述磷矿通过所述磷矿进料口进入回转窑中并在所述回转窑的转动下进入煅烧区，所述煅烧区位于所述磷矿进料口和燃料进料口之间，所述燃料通过所述燃料进料口进入回转窑中；

所述“根据所述燃料进料单元、所述磷矿进料单元以及所述煅烧单元来控制所述目标磷矿的品质为预设品质”包括：

根据所述燃料进料单元的燃料进料速度及燃料品质、所述磷矿进料单元的磷矿进料速度及磷矿品质、所述煅烧单元中回转窑的转速来控制目标磷矿的品质为预设品质；所述燃料品质为每千克燃料的燃烧值，所述磷矿品质为磷矿中五氧化二磷的重量含量值。

优选的，所述“根据所述燃料进料单元、所述磷矿进料单元以及所述煅烧单元来控制所述目标磷矿的品质为预设品质”包括：

根据所述燃料进料单元的燃料进料速度及燃料品质、所述磷矿进料单元的磷矿进料速度及磷矿品质、所述煅烧单元中回转窑的转速以及所述回转窑的规格参数来控制目标磷矿的品质为预设品质，所述回转窑的规格参数包括回转窑的直径、回转窑的长度以及预设角度，其中磷矿品质还包括磷矿的烧蚀率。

优选的，当所述回转窑的长度为18-22米，直径为1.3-1.7米，转速为4.5-5.5赫兹，预设角度为4-5°，所述燃料为煤粉，所述煤粉的燃烧值为4500-5500焦耳/千克，所述磷矿中的五氧化二磷的质量含量为20-25％，所述磷矿的烧蚀率为16-20％时；

所述燃料进料速度与所述磷矿进料速度满足下述关系式：

V₁＝(0.078-0.082)*V₂+K；

其中V₁为燃料进料速度，单位为吨/小时，V₂为磷矿进料速度，单位为吨/小时,其中K为常数，K的范围值为(-0.001)-0.002。

优选的，当所述回转窑的长度为20米，直径为1.5米，转速为5赫兹，所述煤粉的燃烧值为4638焦耳/千克，所述磷矿中的五氧化二磷的质量含量为22.69％，所述磷矿的烧蚀率为18.22％时；

所述燃料进料速度与所述磷矿进料速度满足下述关系式：

V₁＝0.08*V₂；

其中V₁为燃料进料速度，单位为吨/小时，V₂为磷矿进料速度，单位为吨/小时。

优选的，当所述回转窑的转速为预设转速、燃料进料速度为预设燃料进料速度、燃料品质为预设燃料品质时，所述磷矿品质越低，所述磷矿进料速度越低。

优选的，所述预设品质是指所述目标磷矿中的氧化钙和氧化镁的总摩尔量与碳酸钙和碳酸镁的总摩尔量的比例为60-180∶1。

本发明还提供一种控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的系统，所述系统包括燃料进料单元、磷矿进料单元、煅烧单元及控制单元；

所述燃料进料单元用于提供燃料到所述煅烧单元，所述磷矿进料单元用于提供磷矿到所述煅烧单元；

所述煅烧单元中包括回转窑，所述燃料和所述磷矿在所述回转窑进行煅烧得到目标磷矿；

所述控制单元用于根据所述燃料进料单元、所述磷矿进料单元以及所述煅烧单元来控制所述目标磷矿的品质为预设品质，所述预设品质是指目标磷矿中的氧化钙和氧化镁的总摩尔量与碳酸钙和碳酸镁的总摩尔量的比例为50-270∶1，优选的为60-180∶1。

本发明的有益效果：本发明提供的控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的方法中，通过控制燃料进料单元、磷矿进料单元以及煅烧单元，可以得到氧化钙和氧化镁的总摩尔量与碳酸钙和碳酸镁的总摩尔量的比例为50-270∶1，而这种比例的目标磷矿有利于在后续工艺中高效浸取钙和浸取镁离子，以获得纯度更高的磷精矿。

附图说明

图1为本发明提供一种控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的方法流程图。

图2为本发明提供一种煅烧磷矿的装置示意图。

图3为图1中步骤S300中煅烧磷矿的子流程图。

图4为本发明提供的一种控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的系统框图。

具体实施方式

以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

请参阅图1及图2，本发明提供一种控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的方法，所述方法包括步骤S100、步骤S200及步骤S300。各步骤详细介绍如下。

步骤S100，从燃料进料单元100中提供燃料到煅烧单元200，所述煅烧单元200中包括回转窑210。可以理解的是，所述回转窑210的大小和尺寸可根据实际处理量来设置。可以理解的是，所述燃料包括但不限于为煤粉、柴油、汽油、天然气中的一种，优选的，所述燃料为煤粉，且所述煤粉的粒径大小和燃烧值不限，更优选的，所述煤粉的粒径大小为10-20mm，以使煤粉能够快速燃烧，且能够释放高热量，节约煅烧磷矿的时间。可以理解的是，燃料进料单元100包括燃料进料检测单元，用于检测燃料进料速度。

步骤S200，从磷矿进料单元300提供磷矿到煅烧单元200。其中磷矿包括各种不同品质的磷矿，例如高品位(五氧化二磷质量含量＞30％)磷矿、中品位(五氧化二磷质量含量26-30％之间)磷矿以及低品位(五氧化二磷质量含量小于26％)磷矿。可以理解的是，所述磷矿是指将原磷矿经过初步加工粉碎和筛分后的磷矿。优选的，所述磷矿的粒径在3-6mm之间，更优选的是粒径在3.5-4.5mm之间，在该粒径范围内使得在不增加粉碎和筛分工艺时间的情况下同样能够使得磷矿煅烧效果较好。可以理解的是，磷矿进料单元300包括进料提斗机(图未示出)，进料提斗机用于传送磷矿，还包括磷矿进料检测单元，用于检测磷矿进料速度。

步骤S300，所述燃料和磷矿在煅烧单元200中的回转窑210进行煅烧得到目标磷矿，根据燃料进料单元100、磷矿进料单元300以及煅烧单元200来控制目标磷矿的品质为预设品质，所述预设品质是指目标磷矿中的氧化钙和氧化镁的总摩尔量与碳酸钙和碳酸镁的总摩尔量的比例为50-270∶1。优选的，所述预设品质是指所述目标磷矿中的氧化钙和氧化镁的总摩尔量与碳酸钙和碳酸镁的总摩尔量的比例为60-180∶1。

在磷矿中一般含磷盐、碳酸钙、碳酸镁、硫、硅以及氟等成分，其在煅烧单元200中煅烧主要去除磷矿中的二氧化碳、二氧化硫以及氟等成分。但是如果不能较好的控制煅烧条件，使得磷矿过烧或者煅烧不足，不利于后续钙镁离子浸取工艺。当磷矿过烧时，就是说煅烧时间过长或者煅烧温度过高，其中的硅过烧会使磷矿烧结成块状，不利于后续钙和镁离子浸取工艺。当磷矿煅烧不足时，其中仍含有较大含量的碳酸钙和碳酸镁，其相较于氧化钙和氧化镁，碳酸钙和碳酸镁不利于后续的钙和镁离子浸取工艺。

本发明提供的方法通过控制燃料进料单元100、磷矿进料单元300以及煅烧单元200，可以得到氧化钙和氧化镁的总摩尔量与碳酸钙和碳酸镁的总摩尔量的比例为50-270∶1，而这种比例的目标磷矿有利于在后续工艺中高效浸取钙和浸取镁离子，以获得纯度更高的磷精矿。

在进一步的实施例中，所述方法还包括步骤S400。

步骤S400，还根据燃料进料单元100、磷矿进料单元300以及煅烧单元200来控制目标磷矿的生产效率为预设生产效率。可以理解的是，可通过燃料进料单元100的燃料进料速度、磷矿进料单元300的磷矿进料速度或者回转窑210的转速来控制,其中回转窑210是通过旋转来将磷矿传送至煅烧区213，在完成煅烧后，继续通过旋转来将目标磷矿传送至冷却窑中。可以理解的是，所述回转窑210中设有转速检测单元700，用于检测回转窑的转速。其中图2中示出了回转窑210的旋转方向β。

在进一步的实施例中，所述方法还包括步骤S500。

步骤S500，在获得具有预设品质的目标磷矿时，还根据磷矿进料单元300以及煅烧单元200控制燃料进料单元100的耗能量低于预设耗能量。也就是在获得具有预设品质的目标磷矿的同时，将燃料进料单元100的耗能量降至最低，以节约能耗，尤其是减低燃料的用量，例如煤粉的用量。

请再次参阅图2，在进一步的实施例中，所述回转窑210呈中空圆柱形，所述回转窑210与平面的夹角为预设角度α，所述回转窑210包括磷矿进料口211和燃料进料口212，所述磷矿进料口211高于所述燃料进料口212，所述磷矿通过所述磷矿进料口211进入回转窑210中并在所述回转窑210的转动下进入煅烧区213，所述煅烧区213位于所述磷矿进料口211和燃料进料口212之间，所述燃料通过所述燃料进料口212进入回转窑210中。其中预设角度α为4-6°，优选的为4.5°。磷矿进入回转窑210后，在回转窑210的旋转下，磷矿会随着回转窑210的侧壁上升到一定的高度后，由于磷矿自身的重量原因又会跌落到回转窑210的最低处。因此上升的高度会影响磷矿在回转窑210中的停留时间，也即是说回转窑的转速会影响磷矿在回转窑210中的煅烧时间。

所述“根据燃料进料单元100、磷矿进料单元300以及煅烧单元200来控制目标磷矿的品质为预设品质”包括：

根据燃料进料单元100的燃料进料速度及燃料品质、磷矿进料单元300的磷矿进料速度及磷矿品质、煅烧单元200中回转窑210的转速来控制目标磷矿的品质为预设品质；所述燃料品质为每千克燃料的燃烧值，磷矿品质为磷矿中五氧化二磷的重量含量值。其中燃料品质决定了燃料能够在燃烧时提供给磷矿的热能大小，燃烧值越大，在燃烧后提供给磷矿的热能越大。

请参阅图3和图2，在进一步的实施例中，所述“所述燃料和磷矿在煅烧单元200中的回转窑210进行煅烧得到目标磷矿”包括步骤S310和步骤S320。详细步骤如下所述。

步骤S310，所述磷矿在煅烧单元200中的回转窑210的预热区214进行预热。所述预热区214位于所述煅烧区213与磷矿进料口211之间。回转窑210中是呈中空状的，燃料和磷矿在燃烧时产生的热量沿四周扩散，当磷矿从回转窑210的磷矿进料口进入时，煅烧区213燃烧产生的热量传至预热区214后对磷矿进行预热，虽然温度达不到煅烧的温度，但可以为磷矿进行加热，使其到达煅烧区213时能有效煅烧。如果不先预热，将会导致磷矿表面急剧升温而磷矿颗粒内部升温较慢，最终导致煅烧不均匀。

步骤S320，燃料与预热后的磷矿在回转窑210的煅烧区213进行煅烧。其中燃料优选在煅烧区213的上空点燃燃烧，燃烧后的热量传递至煅烧区213加热磷矿，以将磷矿煅烧。这样相较于将燃料与磷矿接触燃烧，可避免燃料点燃燃烧后温度过高，而将磷矿高温过烧造成烧结成块的风险。其中燃料点燃燃烧后的温度为1200-1500℃，通过热传递，传至煅烧区213时的温度为900-1000℃。

在进一步的实施例中，所述“根据燃料进料单元100、磷矿进料单元300以及煅烧单元200来控制目标磷矿的品质为预设品质”包括：

根据燃料进料单元100的燃料进料速度及燃料品质、磷矿进料单元300的磷矿进料速度及磷矿品质、煅烧单元200中回转窑210的转速以及回转窑210的规格参数来控制目标磷矿的品质为预设品质，所述回转窑210的规格参数包括回转窑的直径、回转窑的长度以及预设角度α，其中磷矿品质还包括磷矿的烧蚀率。烧蚀率是指磷矿在煅烧后失去的重量含量值。

在进一步的实施例中，当所述回转窑的长度为18-22米，直径为1.3-1.7米，转速为4.5-5.5赫兹，预设角度为4-5°，所述燃料为煤粉，所述煤粉的燃烧值为4500-5500焦耳/千克，所述磷矿中的五氧化二磷的质量含量为20-25％，所述磷矿的烧蚀率为16-20％时；

所述燃料进料速度与所述磷矿进料速度满足下述关系式：

V₁＝(0.078-0.082)*V₂+K；

其中V₁为燃料进料速度，单位为吨/小时，V₂为磷矿进料速度，单位为吨/小时,其中K为常数，K的范围值为(-0.001)-0.002。

在该实施例中，通过大量实验证明在上述回转窑的参数条件、煤粉和磷矿品质条件时，燃料进料速度与所述磷矿进料速度满足关系式V₁＝(0.078-0.082)*V₂+K。通过该关系式可以使得在进行煅烧磷矿时可通过调节该关系式中的两个条件，以得到具有预设品质的煅烧后的目标磷矿，进而实现煅烧条件可控。

在进一步的实施例中，当所述回转窑的长度为20米，直径为1.5米，转速为5赫兹，所述燃料为煤粉，所述煤粉的燃烧值为4638焦耳/千克，所述磷矿中的五氧化二磷的质量含量为22.69％，所述磷矿的烧蚀率为18.22％时；

所述燃料进料速度与所述磷矿进料速度满足下述关系式：

V₁＝0.08*V₂；

其中V₁为燃料进料速度，单位为吨/小时，V₂为磷矿进料速度，单位为吨/小时。

该实施例中提供了一种较为精准的关系式和执行该关系式的条件，以使煅烧磷矿更有效的精确控制。

具体可参阅下述具体实施例1。

下面将通过具体实施例1和实验数据来说明上述实施例中燃料进料速度与磷矿进料速度满足关系式：V₁＝0.08*V₂时，能够得到具有预设品质的目标磷矿。

实施例1

在实施例1中，采用的燃料为煤粉，使用具有相同燃烧值或者在预设范围内的煤粉，采用的磷矿为贵州开阳的磷矿，其中回转窑的长度为20米，直径为1.5米，转速为5赫兹，所述燃料为煤粉，所述煤粉的燃烧值为4638焦耳/千克，所述磷矿中的五氧化二磷的质量含量为22.69％，所述磷矿的烧蚀率为18.22％。下面表1中列出了多种不同的煤粉进料速度和磷矿进料速度，并在回转窑210中煅烧后，检测煅烧后的目标磷矿中氧化钙和氧化镁的总摩尔量与碳酸钙和碳酸镁的总摩尔量的比例。具体见表1。

表1

从上表1可以看出，当燃料进料速度与磷矿进料速度满足关系式V₁＝0.08*V₂时，得到的目标磷矿具有预设品质，当不满足关系式时，则得到的目标磷矿不具有预设品质，例如第8-10组，磷矿进料速度过快时，会导致磷矿煅烧不充分，影响目标磷矿的预设品质，例如第6组，煤粉进料速度过快时，会导致磷矿过烧，使磷矿表面烧结成块，不利于内部磷矿的煅烧，所以最终形成的目标磷矿的品质仍然达不到预设品质。由此，本发明提供的上述关系式可实现控制煅烧条件而使煅烧磷矿具有预设品质。

另外，将上述得到的目标磷矿进行后续钙离子和镁离子浸取工艺后，最终得到的磷精矿中，1-5组的纯度大于6-10组的纯度。这说明煅烧后的目标磷矿有利于浸取工艺。

在进一步的实施例中，当回转窑210的转速为预设转速、燃料进料速度为预设燃料进料速度、燃料品质为预设燃料品质时，所述磷矿品质越低，所述磷矿进料速度越低。可以理解的是，磷矿品质越低，说明磷矿中含磷的盐较低，那么磷矿中的碳酸钙和碳酸镁相对含量就较高，因此为了得到具有预设品质的目标磷矿，需要降低磷矿进料速度，以使磷矿充分煅烧。

请参阅图2和图4，本发明还提供一种控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的系统10，所述系统10包括燃料进料单元100、磷矿进料单元300、煅烧单元200及控制单元400。所述燃料进料单元100用于提供燃料到所述煅烧单元200，所述磷矿进料单元300用于提供磷矿到所述煅烧单元200。所述煅烧单元200中包括回转窑210(参阅图2)，所述燃料和所述磷矿在所述回转窑210进行煅烧得到目标磷矿。其中回转窑210可以为上述任一实施例中涉及的回转窑210。

所述控制单元400用于根据所述燃料进料单元100、所述磷矿进料单元300以及所述煅烧单元200来控制所述目标磷矿的品质为预设品质，所述预设品质是指目标磷矿中的氧化钙和氧化镁的总摩尔量与碳酸钙和碳酸镁的总摩尔量的比例为50-270∶1，优选的为60-180∶1。

本发明提供的一种控制煅烧条件使煅烧磷矿合格的系统10在煅烧后，得到氧化钙和氧化镁的总摩尔量与碳酸钙和碳酸镁的总摩尔量的比例为50-270∶1，优选的为60-180∶1，而这种比例的目标磷矿有利于在后续工艺中高效浸取钙和浸取镁离子，以获得纯度更高的磷精矿。

在进一步的实施例中，所述系统10包括燃料进料检测单元500，用于检测燃料进料速度。在一些实施例中，所述燃料进料检测单元500还用于将检测得到的燃料进料速度信息传输给控制单元400。

所述系统10包括磷矿进料检测单元600，用于检测燃料进料速度。在一些实施例中，所述磷矿进料检测单元600还用于将检测得到的磷矿进料速度信息传输给控制单元400。

所述系统10还包括转速检测单元700，用于检测回转窑210的转速。在一些实施例中，所述转速检测单元700还用于将检测得到的回转窑的转速信息传输给控制单元400。

控制单元400根据上述接受到的燃料进料速度信息、磷矿进料速度信息以及转速信息来控制目标磷矿的品质。

在进一步的实施例中，所述回转窑210靠近磷矿进料口的侧壁上设有废气排放出口230，所述废气排放出口230的出口朝上。所述系统还包括温度检测单元800，所述温度检测单元800用于检测废气排放出口230的温度，控制单元400根据所述废气排放出口230的温度来确定回转窑210中煅烧区213的温度。更好的控制煅烧条件，以得到具有预设品质的目标磷矿。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。