CN101376574B

CN101376574B - 用磷石膏废液生产水泥缓凝剂的工艺及装置

Info

Publication number: CN101376574B
Application number: CN2008100461303A
Authority: CN
Inventors: 靳武士; 李经宏; 张鸿
Original assignee: Sichuan Lisen Building Material Group Co Ltd
Current assignee: Sichuan Lisen Building Material Group Co Ltd
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2028-09-23
Also published as: CN101376574A

Abstract

本发明公开一种用磷石膏废液生产水泥缓凝剂的工艺及装置，工艺包括步骤：①将磷石膏废液脱水，制成固含量较高的磷石膏料浆；②向磷石膏料浆中加入改性剂，与料浆中的有害杂质反应，生成不溶性惰性物质，制得水泥缓凝剂料浆；③将水泥缓凝剂料浆脱水，使其由液相变成固相水泥缓凝剂；④将固相水泥缓凝剂造粒，获得水泥缓凝剂产品。装置包括顺序布置的磷石膏废液储槽、泵、浓密脱水装置、改性装置、压滤脱水装置、干燥装置、造粒装置。用该工艺及装置生产磷石膏水泥缓凝剂，原料成本低、能耗低、污染小、产品质量好且稳定。

Description

用磷石膏废液生产水泥缓凝剂的工艺及装置

技术领域

本发明涉及水泥缓凝剂，具体涉及一种用磷石膏废液生产水泥缓凝剂的工艺及装置。

背景技术

磷石膏做水泥缓凝剂在世界各国均有不同程度的应用，其中利用较好的是日本，其次是英国和德国。目前日本的水泥缓凝剂75％来源于磷石膏，25％采用其他化学石膏。日本、德国磷石膏水泥缓凝剂均采用半水技术路线，即添加改性剂等中和有害杂质，使有害杂质转化为惰性物质，再于适当温度下煅烧得到可溶性的无水物和半水物，最后加水造粒成球。我国磷石膏利用起步较晚，特别是利用磷石膏做水泥缓凝剂的研究工作进展缓慢。目前，安徽铜陵化工集团有一套水泥缓凝剂生产线，该生产线的技术水平代表了我国目前该技术的先进程度。其基本流程为：用石灰改性磷石膏和经煅烧的β-磷石按照1：1比例混合，加水10-15％，搅拌混合均匀，然后造粒的得产品。该工艺基本消耗为：

名称	磷石膏/干基	石灰	水电	重质燃油
					消耗定额	900kg	30kg	300kg25kwh	60kg

注：消耗定额为每吨水泥缓凝剂。

其产品基本符合生产42.5普通硅酸盐水泥的要求，初凝、终凝、抗折、抗压也达标。但是磷石膏质量不够稳定，特别是凝结时间有时达不到要求。司时，该工艺存在资源消耗大、产生二次污染等问题。

上述现有技术均以商品磷石膏为原料，原料成本很高。并须经煅烧、改性、加水造粒才能获得水泥缓凝剂产品，煅烧能耗高，烟尘、粉尘污染大；加水造粒烘干能耗高；尤其在改性时，改性剂与磷石膏是固相混合，反应不充分，不溶性有害杂质残留大，产品质量不好且不稳定。

另一方面，对于石膏生产厂家来说，为符合环保要求，大量的磷石膏废液须经处理达标后才能排放，污水处理的成本很高，企业的利润率低。

发明内容

本发明的目的，是提供一种用磷石膏废液生产水泥缓凝剂的工艺及装置，用该工艺及装置生产磷石膏水泥缓凝剂，原料成本低、能耗低、污染小、产品质量好且稳定。

本发明的技术解决方案如下：

一种用磷石膏废液生产水泥缓凝剂的工艺，包括步骤：

①.将磷石膏废液脱水，制成固含量较高的磷石膏料浆；

②.向磷石膏料浆中加入改性剂，与料浆中的有害杂质反应，生成不溶性惰性物质，制得水泥缓凝剂料浆；

③.将水泥缓凝剂料浆脱水，使其由液相变成固相水泥缓凝剂；

④.将固相水泥缓凝剂造粒，获得水泥缓凝剂产品。

所述磷石膏废液脱水步骤采用浓密增稠法。

所述磷石膏料浆改性步骤采用搅拌法。

所述磷石膏料浆的固含量≥60％。

所述改性剂是电石渣，将磷石膏料浆折算成干基磷石膏，电石渣掺量在2％-4％范围内。

所述水泥缓凝剂料浆脱水步骤包括两个子步骤，先用压滤法过滤，获得含水量<12％的固相水泥缓凝剂，再用热风干燥法干燥，使其含水量≤6％。

一种用磷石膏废液生产水泥缓凝剂的装置，包括顺序布置的磷石膏废液储槽、泵、浓密脱水装置、改性装置、压滤脱水装置、干燥装置、造粒装置。

所述浓密脱水装置包括浓密机和废水池，浓密机的进口连通泵的出口，浓密机的料浆出口连通改性装置，浓密机的废水出口连通废水池，该废水池反馈连通磷石膏废液储槽/浓密脱水装置。

所述改性装置包括混合池、搅拌机、改性剂供给装置，该改性剂供给装置具有计量称。

所述压滤脱水装置具有前置的压滤机和后置的压缩空气风干装置，所述压滤机的固相介质出口连通压缩空气风干装置，液相介质出口设有废水中间池，该废水中间池反馈连通浓密脱水装置和/或改性装置。

所述干燥装置是热风干燥装置，包括热风发生器、鼓风机、干燥室；该热风发生器是沸腾燃烧室。

所述造粒装置采用干法辊压造粒机。

本发明的技术效果：

本工艺相对于现有的磷石膏缓凝剂生产工艺最根本的区别在于：

1.现有的磷石膏缓凝剂生产工艺都是用商品磷石膏为原料，成本很高；本工艺以磷石膏废液为原料，原料成本大幅度降低，同时也为磷石膏生产厂家的污水处理以及树脂生产厂家的电石渣找到了一条出路，不仅变废为宝，增加了新的产品，可获得经济效果，其环保效果更为显著。

2.目前磷石膏作水泥缓凝剂基本上都采用半水技术路线，磷石膏改性不彻底，产量低、能耗高、缓凝剂质量不稳定。本工艺改性完全在浆液中进行，改性较为彻底；工艺中无煅烧环节，烘干后水分仅为6％左右，真正实现了低能耗、少排放安全文明生产；彻底摒弃了半干法(或)湿法造粒工艺，采用最先进的干法造粒技术，既节约了水资源，又大大提高了料球的使用性能；整个工艺流程简单、顺畅，便于实现自动化、规模化生产，为磷石膏大量用作水泥缓凝剂提供了技术保障。

用本工艺生产的水泥缓凝剂性能稳定，总体指标优于天然二水石膏。试验表明，本工艺生产的磷石膏水泥缓凝剂，对水泥凝结时间稍有延长，水泥的3d和28d强度均有不同程度的增长，水泥对外加剂的相容性也有明显的改善，是较为理想的水泥缓凝剂。具体数据详见表1、表2。

表1四川什邡市不同厂家磷石膏生产的水泥缓凝剂性能

注：

A00——基样+二水石膏

A10—A60分别为基样+原状磷石膏(1---6组)

A11—A61分别为基样+改性磷石膏(1---6组)

相容性251/202表示净浆流动度测定中初始流动度为251mm，1小时后流动度为202.

由表1可以看出，四川什邡、绵竹地区的磷石膏以原状磷石膏作水泥缓凝剂，强度总体上有所增长(只有一组强度有所下降)，六组平均3天强度25.2MPa，标准偏差1.2。经干法免煅烧改性工艺处理的磷石膏，配制水泥3天强度平均25.9MPa，标准偏差0.6，28d强度平均为48.48MPa，完全能满足水泥生产要求。A11-A61六组样品相对于二水石膏样品A00来看，除凝结时间稍有延长(完全能适应水泥的各种用途)外，强度、相容性等指标均有很大的改善。

表2不同地区的磷石膏生产的水泥缓凝剂性能

注：

B00——基样+二水石膏

B10—B20分别为基样+原状磷石膏(1为什邡川恒，2为贵州川恒)

B11—B21分别为基样+改性磷石膏(1为什邡川恒，2为贵州川恒)

相容性244/232表示净浆流动度测定中初始流动度为244mm，1小时后流动度为232.

由表2可以看出，贵州磷石膏作水泥缓凝剂凝结时间显著延长，但强度方面优于什邡磷石膏。两地的磷石膏经过干法免煅烧工艺改性完全能代替二水石膏用作水泥缓凝剂。

此外，本发明还有如下优点：

(1)物料经机械压力强制压缩成型，不添加任何润湿剂，产品纯度得到保证。

(2)工艺流程简短，能耗低，辅助设备及人员配置少。

(3)干粉直接造粒，无需后续干燥过程。

(4)颗粒强度高，堆积密度的提高较其他造粒方式都更为显著。

(5)操作弹性大，适应范围广，颗粒强度的大小可通过液压力调节。

(6)系统密闭循环操作，可实现连续、自动化生产。

附图说明

图1是本发明的工艺流程及装置结构示意图

具体实施方式

以磷石膏废液为原料制备水泥缓凝剂是没有先例的崭新课题，不能沿用以商品磷石膏为原料制备水泥缓凝剂的技术路线，必须根据原料的特点重新制订技术路线，研究制备工艺，选择适合的装置。

磷石膏废液的固含量很低，一般只有25-30％，水分高达70-75％，因此，脱水增稠，提高固含量成为本发明的核心内容。

参见图1：本发明采用两步脱水，先由泵02将废液从废液储槽泵入浓密机03脱水，将废液的固含量提高到60-65％，经改性得水泥缓凝剂料浆，再用压滤机13对料浆进一步脱水，制得含水12％左右的固相水泥缓凝剂，最后烘干得水泥缓凝剂产品，产品的含水量≤6％。

本发明选用的压滤机13为立式全自动压滤机，是我国压滤设备厂家在借鉴国外压滤机的基础上自行开发和研制的，其压滤机的工作范围较广，适用于有色、冶金、化工、选煤、食品、陶瓷、造纸、糖、染料、污水处理等行业对物料洗涤、过滤、脱水，使悬浮液中的固液两相分离。

该压滤机具有如下特点：

(1)采用立式结构设计，占地面积少，充分利用重力原理优化操作循环过程。

(2)除了压滤功能以外，设有风干装置14，用压缩空气对压滤后的固相物料进行干燥，故该压滤机集过滤、洗涤、挤压、风干、卸料于一体，从而达到简化工艺流程的目的。

(3)滤饼在滤腔内水平放置，能够高效而均匀地进行过滤，滤饼含水率低。固含量40-45％的磷石膏经压滤，水分可控制在12％以内。

(4)滤液和高压风以暗流形式排出，减少了对操作环境的污染。

(5)设备有自诊断和自动报警功能，采用全自动操作，减轻了操作人员的劳动强度。

该压滤机工作原理：

压滤机是能有效地将固液分离的自动压滤机。它的运行主要包括以下四个阶段：过滤、隔膜挤压、滤饼洗涤、空气风干。压滤机的滤板在两个压力板框中水平放置，过滤时滤板组件挤压在一起，滤饼排放时打开。滤板组件主要由液压缸打开和关闭。滤布在板框间穿行，滤饼可在滤布两边形成。滤布自动反洗，粘附在滤布上或堵塞在滤布中的上一个循环残留的固体颗粒，在滤布另一面进行过滤时反洗出来。每个过滤循环结束时，滤布向前驱动带出滤饼。滤饼排出后，新的循环开始。滤布运行时将滤饼从压滤机上卸下，同时用高压水从两边清洗。滤布由液压马达驱动。滤布张紧装置在板框组件打开和关闭时运行。料浆从分配管道进入密封的滤腔。洗涤水和压缩空气经同样的管路进入。进料阶段结束后，使用排空阀将分配管排空。分配管位于压滤机进料口一边(进料口在驱动装置左侧)。高压水由一个多级离心泵抽送至位于隔膜上方的分配管。挤压阶段结束后，水由同样管路返回高压水站。压滤机的运行由控制柜全自动控制，控制柜配有显示屏、操作者界面、开关和操作按钮，便于调节和观察过滤循环过程。

本发明的改性工艺是：将浓密增稠后固含量60-65％的磷石膏料浆置于改性池04内，由改性剂料斗06、计量称07计量加入改性剂，用搅拌机05搅拌，使改性剂与磷石膏料浆中的有害杂质充分反应，生成不溶性惰性物质。改性剂加入量为干基磷石膏的2-4％，最好是3％。改性后残留杂质相对较少，基本不影响缓凝剂性能。

本发明选用的改性剂是电石渣，是煤化工行业用乙炔法生产聚氯乙烯树脂或乙炔气厂产生的工业废渣，电石渣中主要含Ca(OH)2，含有一定水量的电石废渣及渗滤液亦是强碱性，CaO含量较高，是比较理想的钙质改性材料。电石渣化学成分见表3。

表3

成分	Loss	SiO₂	Al₂0₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	K₂O	Na₂O	Cl-
											含量％	23.26	4.95	2.58	0.30	68.66	0.08	0.10	0.002	0.001	0.025

电石渣与主要杂质进行如下反应：

P₂O₅+3Ca(OH)₂→Ca₃(PO₄)₂+3H₂O

2F^-+Ca(OH)₂→CaF₂+2OH^-

反应产物Ca₃(PO₄)₂、CaF₂是不溶性惰性物质。

经改性制得的缓凝剂料浆由泵9泵入压滤机13脱水，经压滤机13压滤、风干装置14干燥，制得含水12％左右的固相缓凝剂。风干装置14的干燥介质是压缩空气。

将固相缓凝剂送入筛分机15筛分，粗粉即为产品，细粉送入干燥装置干烘干，使其含水量≤6％。本干燥工艺是热风干燥法，干燥装置由沸腾燃烧室20、鼓风机19、干燥室17组成。由于固相缓凝剂的含水量已经很低，只有12％左右，因此，本发明干燥工序的能耗很低。

将干燥后的固相缓凝剂细粉用刮板输送机21送入提升机22，再由提升机22送入辊式造粒机23，造粒成球，即得产品。

干法辊压造粒是在近几年发展起来的新兴技术，随着环保需求和生产过程自动化程度的提高，其重要性日益彰显。“粉状产品颗粒化”已成为世界粉体后处理技术的必然趋势。

辊式造粒机23的工作原理：

干粉物料从设备顶部加入，经脱气、螺旋预压进入对辊，在对辊极大的挤压力作用下使物料产生塑性变形而被压缩成一定形状(磷石膏一般做成25mmX10mm的扁平颗粒状)。出造粒机的物料再经筛分，颗粒料即为成品，粉状物料(约20％)循环入辊压机再造粒。挤压力的大小可根据造粒操作的需要由液压油缸的压力进行调节。不同压力的设定可以得到不同强度的成品颗粒。

此外，本发明还有如下特点：

1.一次脱水时，从浓密机03排出的废水不排放，存入废水池10，一部分送往磷石膏生产工段循环使用，另一部分由泵11泵入磷石膏废液储槽01循环利用。二次脱水的废水，从压滤机13排出后，存入废水中间池12，一部分用泵08泵入改性池04循环利用，此时，改性池04内的固含量控制在40-45％，另一部分送往废水池10循环利用。全流程没有废水排放，此技术措施较好地解决了废水二次污染问题。

2.筛分机15、热风干燥室17分别设有袋式收尘器16、18，有效地解决了粉尘污染问题。

Claims

1.一种用磷石膏废液生产水泥缓凝剂的工艺，包括步骤：

①.收集磷石膏废液，存于储槽中；

②.用泵将磷石膏废液送入浓密机脱水增稠，制得固含量≥60％的磷石膏料浆；

③.向磷石膏料浆中加入改性剂电石渣，与料浆中的有害杂质反应，生成不溶性惰性物质，制得水泥缓凝剂料浆；

④.将水泥缓凝剂料浆送入压滤机脱水，制得含水率≤12％的固相水泥缓凝剂。

2.根据权利要求1所述的用磷石膏废液生产水泥缓凝剂的工艺，其特征在于，步骤④之后进一步包括步骤：

A.将含水率≤12％的固相水泥缓凝剂送入筛分机筛分，收集粗粉，获得含水率≤12％的固相水泥缓凝剂产品；

B.将筛分出的细粉送入干燥装置干燥，使其含水率≤6％；

C.将含水率≤6％的细粉送入造粒机造粒，获得含水率≤6％的固相水泥缓凝剂产品。

3.根据权利要求2所述的用磷石膏废液生产水泥缓凝剂的工艺，其特征在于，所述造粒机采用干法辊压造粒机。

4.根据权利要求1所述的用磷石膏废液生产水泥缓凝剂的工艺，其特征在于，经压滤机滤出的滤液返回磷石膏废液储槽，循环利用。

5.根据权利要求1所述的用磷石膏废液生产水泥缓凝剂的工艺，其特征在于，将磷石膏料浆折算成干基磷石膏，电石渣掺量在2％～4％范围内。