CN105129745A - 一种磷石膏制硫酸联产水泥生料集成粉磨的方法 - Google Patents

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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生料集成粉磨的方法，包括原料混合配料、在线烘干、循环破碎、开路粉磨等控制步骤。应用本发明粉磨磷石膏与黏土、砂岩、焦炭等辅助原料制备水泥生料，解决单级烘干粉磨磷石膏活性差、烘干效率低、生料均化差、粉磨能耗高等问题，不仅可以实现生料成分均一，而且可以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，激发磷石膏反应活性，降低分解温度、提高分解效率，加速SO2逸出速率，进而提高水泥熟料质量与产量。

Description

一种磷石膏制硫酸联产水泥生料集成粉磨的方法
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生料集成粉磨的方法。
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。磷石膏主要成分为二水硫酸钙，含有磷、氟、有机物等多种有害杂质。磷石膏中的二水硫酸钙晶体粗大、均匀整齐，呈六面板状，表面覆盖可溶磷、有机物等杂质，颗粒分布高度集中。磷石膏存在的多种有害杂质以及其颗粒结构特点，对其应用性能会产生不利影响，使其性能不如天然石膏，从而限制了磷石膏的实际应用范围及规模。磷石膏长期大量堆积，不仅占用大量土地，浪费土地资源，而且极易造成环境污染，破坏生态环境。
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。实践证明，磷石膏制硫酸联产水泥综合利用是磷石膏最合理、最有效、最经济的资源化利用途径，不仅可以解决硫资源缺乏问题、降低硫酸生产成本，同时解决磷石膏大量堆积严重污染环境的问题，而且可以减少水泥工业对自然资源的需求、节约资源成本、减少碳排放。磷石膏制硫酸联产水泥对我国硫酸工业与水泥工业的发展、磷石膏堆积与环境污染的治理具有重要而深远的意义。
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。
目前，我国磷石膏制硫酸联产水泥生料粉磨工艺主要采用球磨机或者立式磨将磷石膏和辅助原料分别单级粉磨。磷石膏首先是利用烘干机与热风炉使磷石膏水分蒸发，脱水成为半水石膏送入石膏库储存；利用除尘器和电收尘收集烘干机排出的废气，收集石膏粉尘同样送入石膏库。而黏土、砂岩、焦炭等辅助原料单级粉磨工艺首先是利用烘干磨机将辅助原料烘干、粉磨，送入各自的储库。最后将石膏库中的石膏与辅料库中的辅助原料配料混合均化，使原料组分稳定，将生料送入生料仓。我国磷石膏制硫酸联产水泥装置的生料粉磨采用分别单级烘干粉磨工艺，主要存在磷石膏杂质多活性差、烘干效率低、生料均化差、粉磨工艺能耗高等问题。
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生料单级粉磨工艺存在的诸多问题，设计一种新型磷石膏制硫酸联产水泥生料粉磨方法用于硫酸和水泥联产，不仅可以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，提高磷石膏颗粒反应活性，进而提高其分解效率，并且可提高生料均化程度，有助于获得质量稳定的水泥熟料；同时集成粉磨工艺具有节能减排特点，有利于降低硫酸与水泥联产行业生产成本，促进硫酸工业与水泥工业转型升级；还可进一步提高磷石膏综合利用率，彻底解决磷石膏堆积问题与污染问题，具有重要深远的经济效益、社会效益和环保效益。
本发明的目的通过以下技术方法实现:
一种磷石膏制硫酸联产水泥生料集成粉磨的方法，包括以下步骤:
1)将磷石膏与硅质校正材料、铝质校正材料和焦炭等辅助原材料按照预定的比例进行混合配料。
具体的，以磷石膏的重量为基准，将磷石膏、5～20wt％(优选的为10～20wt％)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。
优选的，所述磷石膏为湿法生产磷酸过程中排放的工业副产品，其中CaO含量≥25％，SO3≥40，P2O5≤1.5％；
优选的，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，硅率2.5～3.5，铝率1.5～3.0，SiO2含量为55～72％。
优选的，所述硅质校正原料选自砂岩、沙土中、粉砂岩的任意一种或多种的混合，SiO2含量高于60％。
优选的，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，Al2O3含量高于30％。
2)将步骤1)所得的混合物均匀分散至负压的空间体积内，得到分散的物料，再从分散的物料的下料方向的垂直方向持续喷吹高温的干燥气流，将分散的物料的含水率降低到2％以下，收集得到干燥的物料。之后，烘干后的物料可直接进入破碎步骤。
具体的，高温的干燥气流来自工艺过程中预热阶段的系统余热的再利用，气流温度200～300℃。
3)将步骤2)得到的干燥的物料破碎、粉磨至物料比表面积在200m2/kg以上，得到粉磨后的物料。
此步骤有利于提高系统粉磨效率与产量，降低系统电耗。
破碎、粉磨过程可以借由高效的球磨机或辊压机进行。
4)将步骤3)得到的粉磨后的物料进行二次粉磨，使物料中30～65μm范围内细颗粒的含量(质量分布)达到85％以上，物料比表面积在300m2/kg以上。
此过程不仅减少磷石膏有害杂质含量，而且提高磷石膏颗粒反应活性，降低磷石膏分解温度，有利于提高硫酸产量与水泥熟料产量及质量。
二次粉磨可以借由球磨机进行。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.采用在线烘干技术，热交换效率高、热损失小、热利用率高，在线烘干效率高，处理量大，取消传统烘干仓；
2.集成粉磨对磷石膏进行粉磨预处理，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，提高分解效率；
3.磷石膏与辅助原料集成粉磨，使生料化学成分均一，提高生料均化程度，有利于提高熟料质量；
4.磷石膏与辅助原料集成粉磨系统，生产设备少，工艺流程简单，生产电耗低，产量高。
5.磷石膏制硫酸联产水泥生料粉磨工艺，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
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生料集成粉磨的方法”粉磨该公司生料，并利用粉磨生料煅烧制水泥熟料，获得以下试验结果：
实施例1
原材料为磷石膏与黏土、煤渣、焦炭末等辅助材料，其中磷石膏含量85％。
磷石膏与辅助原料集成粉磨时，将磷石膏与黏土、煤渣、焦炭末等辅助原料构成的含水量为20％～25％的原材料，首先利用预热器一级预热系统余热对原材料进行在线烘干处理，使物料含水量在2％以下，烘干物料直接送入一级破碎系统循环破碎，选出比表在200m2/kg以上的初级细粉，送入二级粉磨系统开路粉磨，最终获得比表面积在300m2/kg以上，30～65μm细颗粒含量(质量分布)达到88％、均化效果好的水泥生料。
该系统台时产量200t/h，电耗22kW·h/t。所制得水泥生料经过后续工艺烧制熟料，磷石膏开始分解温度下降80～100℃，磷石膏分解率高达96％以上，生料易烧性好，制得的熟料质量稳定，熟料易磨性好。
实施例2
原材料为磷石膏与黏土、矿渣、焦炭末等辅助材料，其中磷石膏含量80％。
磷石膏与辅助原料集成粉磨时，将磷石膏与黏土、矿渣、焦炭末等辅助原料构成的含水量为20％～25％的原材料，首先利用预热器一级预热系统余热对原材料进行在线烘干处理，使物料含水量在2％以下，烘干物料直接送入一级破碎系统循环破碎，选出比表面积在200m2/kg以上的初级细粉，送入二级粉磨系统开路粉磨，最终获得比表面积在300m2/kg以上，30～65μm细颗粒含量(质量分布)达到85％、均化效果好的水泥生料。
该系统台时产量200t/h，电耗24kW·h/t。所制得水泥生料经过后续工艺烧制熟料，磷石膏开始分解温度下降80～100℃，磷石膏分解率高达96％以上，生料易烧性好，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 (7)

1.一种磷石膏制硫酸联产水泥生料集成粉磨的方法，其特征在于，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按照预定的比例进行混合配料，得到生料，生料的配料达到以下指标：石灰饱和系数0.93～1.07，硅酸率3.2～4.2，铝率2.2～2.8；
2)将步骤1)所得的生料均匀分散至负压的空间体积内，得到分散的物料，再从分散的物料下料方向的垂直方向持续喷吹高温的干燥气流，将分散的物料的含水率降低到2％以下，收集得到干燥的物料；
3)将步骤2)得到的干燥的物料破碎、粉磨至物料的比表面积在200m2/kg以上，得到粉磨后的物料；
4)将步骤3)得到的粉磨后的物料进行二次粉磨，使物料中粒径在30～65μm范围内细颗粒的含量达到85％以上，物料比表面积在300m2/kg以上。
2.根据权利要求1所述的磷石膏制硫酸联产水泥生料集成粉磨的方法，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的磷石膏制硫酸联产水泥生料集成粉磨的方法，其特征在于，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≤1.5wt％。
4.根据权利要求2所述的磷石膏制硫酸联产水泥生料集成粉磨的方法，其特征在于：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，所述黏土质原料的硅率为2.5～3.5，所述黏土质原料的铝率为1.5～3.0，所述黏土质原料的SiO2含量为55～72wt％。
5.根据权利要求2所述的磷石膏制硫酸联产水泥生料集成粉磨的方法，其特征在于：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，所述硅质校正原料的SiO2含量高于60wt％。
6.根据权利要求2所述的磷石膏制硫酸联产水泥生料集成粉磨的方法，其特征在于：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，所述铝质校正原料的Al2O3含量高于30wt％。
7.根据权利要求1至6任一所述的磷石膏制硫酸联产水泥生料集成粉磨的方法，其特征在于：步骤2)中，高温的干燥气流来自工艺过程中预热阶段的系统余热的再利用，气流温度200～300℃。
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