[0001] 本发明涉及磷酸生产技术领域，特别地，涉及一种高硅低磷矿磷酸萃取装置及方法。

[0002] 磷酸及磷的化合物、磷酸盐在国民经济多个部门发挥着十分重要的作用，在农业、工业及日常生活中，应用广泛，作用大。近年来，在前沿科学、尖端技术及新兴产业，又开辟了很多新的应用领域，在军工、航天及民生工业中，发挥着不可替代的作用，如适应汽油转电动汽车工业的高功能、大功率电池原料主力军——磷酸铁锂的研究和产业正火爆于世。可以预料，以磷酸为基础的磷化合物、磷酸盐工业，今后还将在国民经济和新兴科技方面发挥更大的作用。

[0003] 正因为上述原因，近年来，对磷矿资源的开发力度空前加大，致使目前高品位磷矿、单一好选可用磷矿已几近用尽，出现了磷资源匮乏的现象，与生产和市场的需求形成了尖锐的矛盾。但是另一方面，大量贫磷矿，多元素伴生、共生磷矿，特别是高硅低磷矿，难于有效开发利用。

[0004] 目前，工业磷酸分为热法磷酸和湿法磷酸两大类，热法磷酸主要是将磷矿石用焦炭还原成黄磷，然后将黄磷燃烧成五氧化二磷，再经水吸收生成磷酸。湿法磷酸主要是利用硫酸与磷矿反应制得。热法磷酸由于能耗高、污染大等原因，有逐步被湿法磷酸代替的趋势。且湿法磷酸工艺能够有效利用这种低品位磷矿资源，提高磷资源的整体利用率，减少对高品质磷矿的依赖。

[0005] 在高硅低磷矿的湿法磷酸的制备过程中，需要例如在萃取槽内加入磷矿浆、硫酸进行萃取。而萃取的主要反应条件取决于温度、时间以及搅拌效果，其中温度的控制主要依赖于加热装置，例如加热装置可以是夹套或电磁加热器。也就是说，萃取时所需的热量仅由加热装置提供，这在一定程度上增加了能耗，使得磷酸的生产成本上升。

[0023] 下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0024] 实施例一：如图1至图4所示，一种高硅低磷矿磷酸萃取装置，包括萃取槽1，萃取槽1的顶部设置有电机3，电机3的输出轴上连接有伸入至萃取槽1内的搅拌桨2。具体地，搅拌桨2可包括连接轴9以及设置在连接轴9的侧壁上的搅拌叶11，其中连接轴9与电机3的输出轴固定相连，搅拌叶11则置于萃取槽1内。

[0025] 萃取槽1的顶部还连通设置有预混箱13，在萃取时，可将返料磷酸、硫酸先置入预混箱13内进行预混，随后再将预混箱13内的酸液投入至萃取槽1内与磷矿桨进行萃取。返料磷酸与硫酸在预混时可将热量释放，从而避免萃取槽1内出现局部温度过高影响萃取效果的情况。

[0026] 而为了保证萃取的稳定性，萃取槽1上可设置有加热装置（图未示），例如加热装置可以是夹套或电磁加热器。可以了解，萃取的主要反应条件取决于温度、时间以及搅拌效果，并且通常较高的温度可以加速反应速率，但也可能导致副反应的发生或萃取剂的分解；足够的反应时间可以确保萃取过程的充分进行，但过长的反应时间可能会增加能耗和生产成本；搅拌可以促进反应物之间的混合和传质，从而提高萃取效率。因此，选择适宜的温度、时间以及搅拌速度是保证萃取反应效果的关键因素。

[0027] 且在磷矿萃取过程中，搅拌速度与温度之间存在一定的相互作用。一方面，适当的搅拌速度可以促进萃取剂与磷矿颗粒之间的混合和接触，从而在一定程度上弥补温度不足对萃取效率的影响。另一方面，当温度较高时，萃取反应速率加快，此时搅拌速度可以适当降低以节省能耗和减少设备磨损。

[0028] 然而，在现有技术中，萃取时所需的热量仅由加热装置提供，这在一定程度上增加了能耗，使得磷酸的生产成本上升。

[0029] 针对上述技术问题，本披露中，萃取槽1上还设置有传热管4，传热管4具有相对的第一端部5与第二端部6，且两个端部均位于萃取槽1内。此外，传热管4具体布置为延伸经过上述电机3，此处所指延伸经过电机3是指传热管4能够允许萃取槽1内的溶液从第一端部5导入流经电机3后重新自第二端部6导出，而所谓流经是指溶液可从电机3所处的空间中流过，例如传热管4可直接贴合于电机3的外壳实现上述的流经。

[0030] 例如，萃取槽1上还设置有泵机构7，通过泵机构7可驱使萃取槽1内的溶液在萃取槽1与传热管4之间形成有流经电机3的循环流路。作为可能的实施例，泵机构7可以是由额外驱动源驱动的例如水泵等泵水装置。因此，溶液可在流动过程中携带走电机3运行时产生的热量，也即电机3运行过程中产生的热量可用于对溶液的辅助加热，进而可降低加热装置的能耗负担。

[0031] 在可能的示例中，可通过加快搅拌速度、降低温度的方式来进行萃取，此时溶液对于温度的要求降低，且电机3为了保证搅拌叶11较快的搅拌速度将散发更多的热量，例如作为本领域技术人员可知的，搅拌机的电机3的温度范围通常在60℃‑80℃之间，这部分热量可被用于对溶液的辅助加热，由此可进一步降低加热装置的加热温度或在同等温度下实现更佳的萃取效果。

[0032] 在一些实施例中，萃取槽1的顶部还设置有泵液箱8，上述电机3则贴合设置在泵液箱8上，以便于电机3将热量直接导向泵液箱8一侧，连接轴9则相应穿过泵液箱8伸入至萃取槽1内。而传热管4则包括连通于泵液箱8的两侧的两个部分，也即第一端部5、第二端部6分别构成在两个部分上。泵机构7则设置在连接轴9位于泵液箱8内的侧壁上，例如泵机构7可包括叶轮或螺杆，亦或者是其他利用旋转的形式完成泵液的结构。

[0033] 因此，电机3在带动搅拌桨2对溶液进行搅拌的同时，泵机构7将在电机3的驱动下同步实现对溶液的泵取，从而实现电机3所散发热量对溶液的辅助散热。在此示例中，泵机构7利用电机3作为溶液的泵取动力，而无需额外增设驱动源，在溶液搅拌的同时还同步实现对溶液的泵取辅助加热，大大降低了本披露的系统控制复杂性。

[0034] 在优选的示例中，连接轴9位于萃取槽1内的侧壁上设置有抵接盘10，且抵接盘10的直径大于搅拌叶11的直径。换句话说，在竖向投影上，搅拌叶11将落入抵接盘10内，而传热管4伸入萃取槽1内的两个部分则抵接于抵接盘10的侧壁，进而实现与搅拌叶11的隔离。

[0035] 在抵接盘10的作用下，一方面可防止出现传热管4与搅拌叶11干涉缠绕的情况，另一方面传热管4可对搅拌叶11外侧的搅拌盲区内溶液进行辅助加热，而这将更利于萃取槽1内的溶液反应均匀性，使得萃取效果得到提升。其中，在搅拌叶11直接搅拌的区域内溶液的混合效果最佳，因此该区域内的溶液对于温度的要求较低；而在搅拌叶11外侧至萃取槽1的内壁之间可能形成有搅拌盲区，该区域内的溶液由于混合效果较差，故进行针对性辅助散热可取得更加的萃取效果。

[0036] 例如，抵接盘10沿周向具体包括若干抵接部12，且若干抵接部12的偏心距不同。此外，每一抵接部12还通过弹性件连接于抵接盘10。可以理解，由于若干抵接部12的偏心距不同，如此在搅拌桨2旋转的过程中，不同偏心距的抵接部12依次抵接于传热管4，传热管4将呈现有径向移动、竖向移动的双重运动，以此可对搅拌盲区内不同位置处的溶液进行泵取，实现对溶液更均匀的辅助加热。

[0037] 而在搅拌桨2的转速变化时，例如在提高搅拌桨2的转速获取更佳的搅拌效果时，搅拌桨2作用于溶液的搅拌力度发生变化，此时搅拌盲区进一步被压缩，而在抵接部12上的弹性件的作用下，抵接部12会在离心力的作用下拉伸该弹性件，也即抵接盘10的整体直径将进一步变大，由此可带动传热管4始终位于搅拌盲区内实现上述的辅助加热效果。

[0038] 在一些实施例中，传热管4还被布置为使得上述循环流路能够流经预混箱13的外壁，如此可利用返料磷酸与硫酸预混时产生的热量来对溶液进行辅助加热。

[0039] 例如，预混箱13的外壁上可设置有保温件14，通过保温件14对返料磷酸与硫酸预混时产生的热量进行保存，保温件14诸如可以是保温泡沫或蓄热砖等。而传热管4位于泵机构7的泵出端的部分上连通设置有调温管15，该调温管15延伸至保温件14内，且其进液端16与出液端17均连通于传热管4。更具体地，传热管4内位于调温管15的进液端16、出液端17之间还活动设置有封闭板18，封闭板18上还连接有在自然状态下能够驱使封闭板18关闭传热管4的通路的弹性件。因此，通过对该弹性件的弹力大小的选择可使得封闭板18在阈值动量的流体的冲击下发生活动来开启传热管4的通路。此外，调温管15的进液端16与出液端17内均设置有压力式单向阀19。

[0040] 在优选的示例中，封闭板18可通过扭簧转动连接的形式连接在传热管4内，且封闭板18的侧壁上还可设置有橡胶圈等弹性密封件。而在弹性件的作用下，封闭板18可偏转至将传热管4的通路关闭。

[0041] 而根据对搅拌桨2的搅拌速率的控制，本披露的萃取装置可具有如下至少两种运行模式：低热补偿模式，搅拌桨2以第一速度对萃取槽1内的溶液进行搅拌。同时，泵机构7泵出阈值动量的溶液，并推动封闭板18将传热管4的通路打开，此时溶液仅流经电机3后重新导入萃取槽1。

[0042] 高热补偿模式，搅拌桨2以第二速度对萃取槽1内的溶液进行搅拌。同时，泵机构7泵出低于阈值动量的溶液，封闭板18保持对所述传热管4的通路的关闭，此时溶液流经电机3、预混箱13的外壁后重新导入萃取槽1。

[0043] 具体而言，上述第一速度大于第二速度。在搅拌桨2以第一速度搅拌时，由于连接轴9的转速较高，因此泵机构7将泵出溶液具有阈值动量，如此溶液将冲击封闭板18直接流入至萃取槽1内；在搅拌桨2以第二速度搅拌时，由于连接轴9的转速较低，因此泵机构7将泵出溶液低于阈值动量，封闭板18则不易发生偏转并保持对传热管4的通路的关闭，此时溶液在调温管15的进液端16一侧的压力增高，直至通过压力式单向阀19而流经预混箱13的外壁后重新导入萃取槽1。

[0044] 在低热补偿模式，搅拌桨2具有较高的转速，因此溶液对于温度的需求降低，此时可仅通过电机3散热的热量对溶液进行辅助散热；而在高热补偿模式，搅拌桨2的转速较低，溶液对于温度的需求上升，此时可通过电机3散热的热量、保温件14保存的热量对溶液进行双重辅助散热，以满足溶液对温度的需求。也即，保温件14的热量使用可根据萃取反应的需求进行动态释放，由此可进一步降低加热装置的能耗负担。

[0045] 实施例二：一种高硅低磷矿磷酸萃取方法，包括实施例一的高硅低磷矿磷酸萃取装置，还包
括如下步骤：
S1、将高硅低磷矿投入破碎机进行破碎，随后将破碎的矿石通过球磨机打浆得到
磷矿浆；
S2、将磷矿浆投入萃取槽1内，并在预混箱13内预混硫酸与返料磷酸后再投入萃取槽1内对磷矿浆进行萃取，制得磷酸；
在S2的萃取过程中通过加热装置对萃取槽1进行加热，并根据萃取反应的进程选
取萃取装置执行低热补偿模式或高热补偿模式。

[0046] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。