磷酸是制备精细磷酸盐和磷复肥等磷化工产品的基本原料,在工农业和国防军工以及电子等尖端科学领域都有着广泛的应用。目前,生产磷酸的工业方法主要有三种：湿法磷酸、热法磷酸、窑法磷酸,各种磷酸制备的工业方法都存在着不同的原料适应性、能耗水平、环境影响和产品纯度。本课题研究力图探寻一种原料适应性广、能耗水平较低、环境影响小和产品纯度高的磷酸制备新工艺-高炉法磷酸工艺,利用焦炭(或无烟煤)为燃料,磷矿和熔剂为原料,在高炉中高温熔融,磷矿中的磷元素以单质磷蒸气形式还原,同时熔融物水淬冷凝制备低磷中量营养元素(硅、钙、镁)肥料,或分离稀有贵重金属(镍、钛)等,因此本课题研究对实现磷资源,尤其是低品位磷资源的全面合理综合利用,提高磷酸工业技术水平具有一定的意义。主要研究内容及结论如下：(1)分析了影响磷矿还原的各种因素(还原时间、还原温度、硅钙比),确定了磷矿还原过程的优惠工艺条件。研究表明：在磷矿还原过程中,反应温度是影响磷矿还原率的重要因素,反应温度越高还原速度越快,还原所需的间越短；硅钙比也是影响磷矿还原的另一个重要因素,随着硅钙摩尔比增大,还原率增加。综合考虑,硅钙摩尔比选取0.8-1.0之间比较适宜。磷矿随反应时间的变化率在1200℃时很小,但当升高温度到1300℃-1500℃时,磷矿随反应时间的转化速率比较大,且具有一定的规律性。(2)分析了炉渣中的化学组分对于炉渣熔点的影响,确定NaCl和KC1作为助熔剂。通过研究加入NaCl和KCl后对磷矿还原率的影响,发现两种熔剂均有利于促进磷矿还原率的提升,KC1比NaCl作为助熔剂的作用更为明显,其增长幅度在1%-10%之间；加入量高(10%)或加入量低(5%)时磷矿还原增长幅度并不明显,加入量在5%-7%范围内最好。(3)探讨了磷矿还原过程反应特性及还原机理。认为：磷矿首先与二氧化硅进行脱氟反应而生成2CaF2·SiO2和Ca3 (PO4) 2,生成的Ca3(P04)2通过扩散反应通过熔融液相扩散致焦炭表面进行还原的。假定在高温下还原反应主要受扩散控制,基于此假设对还原过程进行了动力学实验,确定了还原学动力学模型,并拟合出速率常数K,为工业化生产提供了必要的基础理论数据。