CN105129744B

CN105129744B - 一种磷石膏制硫酸联产水泥预热分解的方法

Info

Publication number: CN105129744B
Application number: CN201510429837.2A
Authority: CN
Inventors: 田键; 朱兵兵
Original assignee: Hubei Hubei University Tianshu New Energy Materials Industry Research & Design Institute Co Ltd
Current assignee: Hubei Hubei University Tianshu New Energy Materials Industry Research & Design Institute Co Ltd
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2017-10-20
Anticipated expiration: 2035-07-21
Also published as: CN105129744A

Abstract

本发明涉及硫酸、水泥工业生产技术及工业固体废弃物综合利用领域与环境保护治理领域，具体涉及一种磷石膏制硫酸联产水泥预热分解的方法。方法包括原料粉磨、多级循环预热、高效分解、窑气分离净化等步骤。本发明应用于磷石膏制硫酸联产水泥预热分解磷石膏与黏土、砂岩、焦炭等辅助原料制备的水泥生料，解决现有热预分解工艺存在的磷石膏分解率低、硫酸与熟料产量低、窑炉易结皮堵塞、生产能耗高等问题，可降低磷石膏分解温度、提高磷石膏分解效率，加速SO₂逸出速率，进而提高硫酸与水泥熟料产量。磷石膏制硫酸联产水泥预热分解工艺可以显著减少熟料烧成温度与能耗，降低硫酸与水泥熟料生产成本，还可进一步提高磷石膏综合利用率。

Description

一种磷石膏制硫酸联产水泥预热分解的方法

技术领域

本发明涉及硫酸、水泥工业生产技术及工业固体废弃物综合利用领域与环境保护治理领域，具体涉及一种磷石膏制硫酸联产水泥预热分解的方法。

背景技术

磷石膏是湿法生产磷酸过程中排放的工业废渣，每生产1t磷酸，大约产生4.5t～5t磷石膏。据统计，2012年我国磷石膏的堆放量累计达3亿多t，每年磷石膏排放量接近5000万t。我国的磷肥产量正在以每年超过10％的速度递增，将导致磷石膏的排放量逐年增加。磷石膏长期大量堆积，不仅浪费土地资源，而且易造成土壤与水体污染，威胁人体健康。我国高度重视磷石膏资源化综合利用，相关行业发布了《磷石膏安全处置及综合利用“十二五”实施方案》，提出了“十二五”期间磷石膏综合利用率达到30％，安全处置率超过90％的总体目标。

目前，我国高度重视磷石膏资源化利用，对磷石膏综合利用技术作了大量研究，使磷石膏可应用于水泥工业、石膏建材制品、化肥工业、陶瓷装饰材料及土壤改良剂等方面。磷石膏制硫酸联产水泥综合利用技术，不仅可以解决硫资源缺乏问题、降低硫酸生产成本，而且可以减少水泥工业对优质资源的需求、节约资源成本、减少碳排放，同时可解决磷石膏大量堆积严重污染环境的问题，是一种高效、经济、合理的磷石膏综合处置利用途径。

我国磷石膏制硫酸联产水泥工艺主要流程是磷石膏首先是经过烘干处理脱去结晶水变成半水石膏，再按生产需要掺入一定量的粉磨好的粘土、砂岩、焦炭等辅助原料配制成合适的生料，生料经过均化送入回转窑高温煅烧反应，制取生产硫酸的窑气与生产水泥的熟料，熟料再掺入一定量的高炉矿渣、粉煤灰等混合材与石膏混合配料，经过水泥粉磨系统粉磨成水泥产品。而窑气分离进入制硫酸系统转化成SO₃，SO₃经硫酸吸收后制得硫酸产品。

磷石膏制硫酸联产水泥预热分解工艺目前主要有两种形式：中空回转窑分解工艺与水泥窑外分解工艺。中空回转窑分解工艺是将经过粉磨配料的生料在中空回转窑内分解煅烧，磷石膏在窑内受热分解成SO₂和CaO，CaO再与SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等反应形成水泥熟料。中空回转窑分解工艺是在水泥窑内完成硫酸钙分解和水泥熟料煅烧过程的。水泥窑外分解工艺把磷石膏的分解与水泥熟料的煅烧过程分开，利用带预热器的专用分解炉装置，使磷石膏在水泥窑外预热分解成SO₂和CaO，CaO与SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等在回转窑内反应形成水泥熟料。我国磷石膏制硫酸联产水泥生产线大多采用水泥窑外分解工艺，也有少数早期设计建设的生产线采用中空回转窑分解煅烧工艺。

目前，磷石膏制硫酸联产水泥预热分解工艺存在磷石膏分解效率低、工艺能耗高、硫酸产量低、水泥熟料质量差等问题。研究设计一种新型磷石膏制硫酸联产水泥预热分解工艺，解决现有工艺存在的问题，提高磷石膏分解效率，增加硫酸与熟料产量，降低系统能耗，有利于减少硫酸与水泥生产成本，提高磷石膏综合利用率，有助于解决磷石膏堆积与污染问题，具有重大的经济效益、社会效益与环境效益。

发明内容

本发明的目的是，针对目前磷石膏制硫酸联产水泥预热分解工艺存在的诸多问题，设计一种磷石膏制硫酸联产水泥预热分解的方法用于硫酸和水泥联产工业，提高磷石膏分解效率，降低熟料烧成温度与能耗，提高硫酸与水泥熟料产量，降低硫酸与水泥熟料生产成本，加快推进磷石膏制硫酸联产水泥技术快速发展，从而有效提高磷石膏综合利用率，彻底解决磷石膏堆积与污染问题。

本发明的技术目的通过以上技术方案实现。

一种磷石膏制硫酸联产水泥预热分解的方法，包括以下步骤:

1)将磷石膏与黏土质原料、硅质校正材料、铝质校正材料和焦炭混合，并将得到的生料进行粉磨处理，得到细物料，使磷石膏分解温度降低100～150℃。

通过将磷石膏与黏土质原料、硅质校正材料、铝质校正材料、焦炭等辅助原材料配制的生料进行粉磨处理，对磷石膏生料进行粉磨改性，改变物料颗粒特性，减小磷石膏颗粒粒径，优化颗粒级配，从而减少磷石膏中有害杂质含量，提高物料颗粒活性，降低磷石膏颗粒分解温度，有利于提高磷石膏分解效率。磷石膏分解温度降低100～150℃，磷石膏分解效率升高，不易造成窑炉结皮堵塞。

2)以窑尾高温废气(900～980℃)为热源对步骤1)得到的细物料进行多级预热，其包括如下步骤：

a)以窑尾高温废气对所述细物料进行一级预热，将细物料升温至220～250℃；

b)以窑尾高温废气对所述细物料进行二级预热，将细物料由220～250℃升温至430～480℃；

c)以窑尾高温废气对所述细物料进行三级预热，将细物料由430～480℃升温至610～650℃；

d)以窑尾高温废气对所述细物料进行四级预热，将细物料由610～650℃升温至770～800℃，达到磷石膏起始分解温度，磷石膏开始部分分解；

e)以窑尾高温废气对所述细物料进行五级预热，将细物料由770～800℃升温至850～900℃，使磷石膏进行二次快速分解。

利用系统余热对磷石膏进行升温处理，磷石膏生料经过多级换热逐渐达到磷石膏起始分解温度800℃，经过前三级的预热准备，到第四级和第五级时磷石膏温度可达900℃，开始快速分解，磷石膏分解率可以达到96％。利用多级预热分解磷石膏生料，可充分增加物料与高温气流接触时间，增加物料与高温气流间的换热效率，有利于物料温度全面均匀提升，同时系统余热热消散减少，系统余热利用率显著提高。

优选的，步骤d)和步骤e)过程中产生的CaO物料送入回转窑高温煅烧制备水泥熟料。

优选的，将步骤2)的过程中产生的含有SO₂的粉尘进行气料分离，再进行除尘净化，得到体积浓度为13～15％的SO₂气体，SO₂气体送入硫酸系统制取硫酸成品。

优选的，所述生料中粒径在65μm以下的细颗粒达到80wt％以上，所述生料含水量在1.5％以下。

具体的，所述的磷石膏为湿法生产磷酸过程中排放的工业副产品，其中，以各元素的氧化物形式计：CaO含量≥25wt％，SO₃含量≥40wt％，P₂O₅含量≤2.0wt％。

具体的，所述黏土质原料选自黄土、黏土、页岩中的任意一种或者多种混合。所述黏土质原料中，硅率2.5～3.5，铝率1.5～3.0，SiO₂含量为55～72％。

具体的，所述硅质校正原料选自砂岩、沙土、粉砂岩中的任意一种或多种的混合。

具体的，所述铝质校正原料选自矿渣、粉煤灰、煤矸石中的任意一种或多种的混合。

具体的，步骤1)中，以磷石膏的重量为基准，将磷石膏、5～20wt％的黏土质原料、1～3wt％的硅质校正材料、1～5wt％的铝质校正材料和1～8wt％的焦炭混合配料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)对磷石膏进行预处理粉磨改性，可有效减少磷石膏有害杂质含量，改善磷石膏颗粒级配与颗粒形貌，进而提高磷石膏反应活性，降低其分解温度，有助于提高磷石膏分解效率；

(2)磷石膏分解效率高，气体中SO₂浓度增加，有利于提高硫酸产量和水泥熟料质量及产量；

(3)磷石膏预热分解工艺，降低磷石膏分解温度，降低熟料烧成温度与热耗，烧成工艺能耗低，系统余热利用率高，降低硫酸与水泥熟料生产成本；

(4)磷石膏分解温度降低，多级预热器内温度相对较低，不利于磷石膏生料在预热分解过程中形成低共熔过渡液相，减少液相量，有效避免热预器粘结堵塞，降低企业运营风险。

(5)磷石膏预热分解工艺，有助于提高磷石膏利用率，减少磷石膏堆积与污染问题。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

在重庆某特种建材有限公司采用“一种磷石膏制硫酸联产水泥预热分解的方法”对该公司磷石膏生料进行处理，并在回转窑内烧制水泥熟料，获得以下试验结果：

实施例1

原材料为磷石膏与煤渣、黏土、焦炭末等辅助材料，其中磷石膏含量80％以上。

磷石膏与辅助原料进行预热分解，将磷石膏与煤渣、焦炭末等辅助原料构成的含水量为20％～25％的原材料首先进行在线烘干处理，使物料含水量在2％～3％以下，烘干物料直接送入粉磨系统进行共同粉磨改性处理，获得65μm以下细颗粒含量达到85％、均化效果好的生料送入新型多级预热器进行多级循环预热，磷石膏生料温度升至850℃～900℃，磷石膏开始快速分解生产CaO与SO₂，其中CaO送入中空回转窑煅烧生成水泥熟料，而SO₂在预热器内经过高效料气分离，除尘净化，得到体积浓度为13～15％的SO₂气体，SO₂气体送入硫酸系统制取硫酸成品。

经检测，磷石膏开始分解温度下降120～150℃，磷石膏分解率高达99％，气体中SO₂浓度达到15％，生料易烧性较好，熟料烧成温度降低80～120℃，硫酸与水泥熟料产量均有提升，制得的熟料质量稳定，熟料易磨性好。

实施例2

原材料为磷石膏与煤渣、黏土、焦炭末等辅助材料，其中磷石膏含量85％左右。

磷石膏与辅助原料进行预热分解，将磷石膏与煤渣、焦炭末等辅助原料构成的含水量为22％～25％的原材料首先进行在线烘干处理，使物料含水量在2％～2.5％以下，烘干物料直接送入粉磨系统进行共同粉磨改性处理，获得65μm以下细颗粒含量达到88％左右、均化效果好的生料送入新型多级预热器进行多级循环预热，磷石膏生料温度升至800℃～900℃，磷石膏开始快速分解生产CaO与SO₂，其中CaO送入中空回转窑煅烧生成水泥熟料，而SO₂在预热器内经过高效料气分离，除尘净化，得到体积浓度为13～15％的SO₂气体，SO₂气体送入硫酸系统制取硫酸成品。

经检测，磷石膏开始分解温度下降100～150℃，磷石膏分解率高达99％，气体中SO₂浓度达到14％左右，生料易烧性较好，熟料烧成温度降低80～120℃，硫酸与水泥熟料产量均有提升，制得的熟料质量稳定，熟料易磨性好。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种磷石膏制硫酸联产水泥预热分解的方法，其特征在于，包括以下步骤:

1)将磷石膏、黏土质原料、硅质校正材料、铝质校正材料和焦炭混合配料得到生料，并将得到的生料进行共同粉磨处理，得到细物料，使磷石膏分解温度降低100～150℃，以磷石膏的重量为基准，将磷石膏、5～20wt％的黏土质原料、1～3wt％的硅质校正材料、1～5wt％的铝质校正材料和1～8wt％的焦炭混合配料，所述的磷石膏选自湿法生产磷酸过程中排放的工业副产品，其中，以各元素的氧化物形式计：CaO含量≥25wt％，SO₃含量≥40wt％，P₂O₅含量≤2.0wt％，所述黏土质原料选自黄土、黏土、页岩中的任意一种或者多种混合，所述黏土质的硅率为2.5～3.5，所述黏土质的铝率为1.5～3.0，所述黏土质的SiO₂含量为55～72wt％，所述硅质校正原料选自砂岩、沙土、粉砂岩中的任意一种或多种的混合，所述铝质校正原料选自矿渣、粉煤灰、煤渣、煤矸石中的任意一种或多种的混合，所述生料中粒径在65μm以下的细颗粒达到80％wt以上，所述生料含水量在1.5％以下；

2)以窑尾高温废气为热源对步骤1)得到的细物料进行多级预热，其包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的磷石膏制硫酸联产水泥预热分解的方法，其特征在于，步骤d)和步骤e)过程中产生的CaO物料送入回转窑高温煅烧制备水泥熟料。

3.根据权利要求1所述的磷石膏制硫酸联产水泥预热分解的方法，其特征在于：将步骤2)的过程中产生的含有SO₂的粉尘进行气料分离，再进行除尘净化，得到体积浓度为13～15％的SO₂气体，SO₂气体送入硫酸系统制取硫酸成品。