CN107324676B

CN107324676B - 利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法

Info

Publication number: CN107324676B
Application number: CN201710608426.9A
Authority: CN
Inventors: 马保国; 孙仲达; 苏英; 祝路; 金子豪; 卢文达; 高超; 彭毅
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2017-07-24
Publication date: 2019-11-26
Anticipated expiration: 2037-07-24
Also published as: CN107324676A

Abstract

本发明涉及一种利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β‑半水石膏的方法，包括以下步骤：1)将磷石膏与电石泥按比例混合，加入煅烧设备中；2)利用低品位煤作为燃料，将燃烧生成的烟气控制在一定温度通入煅烧设备内进行煅烧；3)将煅烧过后的烟气除尘，然后排出；4)将煅烧过后的产物进行研磨、陈化，时间为12～24h，即可得到β‑半水石膏。本发明的有益效果：采用低品位煤作为燃料，在煅烧过程中电石泥能够吸收燃烧所产生的SO₂，缓解了煤炭燃料资源紧张的问题。在煅烧前无需加入固体吸收剂，电石泥与磷石膏混合后即可调节pH，操作步骤更加简单。

Description

利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法

技术领域

本发明涉及一种利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的工业副产品，主要成分是CaSO₄·2H₂O，质量分数大于80.0％。由于磷石膏中含有一定量影响其制品性能的杂质，例如磷、氟、有机物等，造成了其综合利用困难。随着磷肥工业的快速发展，大量的磷石膏随之产生。现存的磷石膏处理方法主要以堆放方式处理，占用了大量的土地资源并产生了严重的环境危害。利用磷石膏生产β-半水石膏是磷石膏资源化利用的重要研究方向，具有广阔的商业前景和实际意义。

电石泥是电石水解获取乙炔气体后获得的氢氧化钙大于85％的固态废渣。1t电石加水可生成300kg以上的乙炔气，同时生成10t固含量约12％的工业废液。目前我国电石泥每年的排放量约有2000万吨，虽然有40％左右的电石泥通过综合处理得到利用，但其余部分仍然采用堆存和填埋为主，土地和环境承载压力大。

我国煤炭资源条件较差，据文献可知，低品位煤占到我国总煤炭资源储量的45.68％，低品质煤是指矿物、硫等杂质含量高的煤炭或煤炭分选产品，无论它是什么样的煤阶与煤种，都由于高含杂而导致利用效率极低甚至无法利用。随着我国煤炭开釆规模的扩大、开釆水平向深部延伸以及产煤重心的西移，我国煤炭产出中低品质煤总量不断增加，这部分资源的开发利用，对满足我国快速增长的能源需求及实现节能减排目标具有重要意义。

专利CN201510436927.4中介绍了一种利用磷石膏制备β-建筑石膏的方法，先将磷石膏进行筛分，再与水、柠檬酸按一定比例混合，得到混合物料；再加入Ca(OH)₂调节物料pH至7-10，再将加热干燥后的物料冷却至室温，经再次筛分后即得到β-磷建筑石膏。该发明减少了化学试剂的用量和使用种类，克服了传统生产β-磷建筑石膏时添加大量化学试剂、生产工艺复杂繁琐、二次污染严重等问题。专利CN201310142412.4公开了一种磷石膏生产磷建筑石膏的方法，以工业废物磷石膏为原料，利用工业余热产生的过热蒸汽为动力的蒸汽气流磨制备磷建筑石膏，具有原材料广泛、生产设备简单、产量高、成本低、生产趋于大规模化等特点。

在磷石膏制备β-磷建筑石膏方面，目前采用直接煅烧或加入化学试剂进行处理的方法进行煅烧。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法，其不仅具有低成本、没有二次污染、实现了废弃物再利用的特点，而且为低品位煤的使用提供了一种新途径，为磷石膏高效低成本制备β-半水石膏提供了新思路，生成的β半水石膏品质良好，生产过程简单，操作方便，易于大规模化生产。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将磷石膏与电石泥按比例混合，加入煅烧设备中；

2)利用低品位煤作为燃料，将燃烧生成的烟气控制在一定温度通入煅烧设备内进行煅烧；

3)将煅烧过后的烟气除尘，然后排出；

4)将煅烧过后的产物进行研磨、陈化，时间为12～24h，即可得到β-半水石膏。

按上述方案，步骤1)所述的磷石膏为磷二水石膏，其吸附水含量为0～25％、干基二水硫酸钙含量≥90％、且杂质中可溶磷含量≥1％、可溶氟含量≥0.5％、pH值为2～4，以上均为质量百分比计。

按上述方案，步骤1)所述的电石泥中氢氧化钙大于85％，含水率为5％～20％，其中含有杂质硫化钙、磷化钙，以上均为质量百分比计。

按上述方案，步骤1)所述的电石泥的用量为磷石膏质量的0.5％～6％。

按上述方案，步骤2)所采用的低品位煤为含硫量较高的低品位煤，其灰分范围为25.00％～40.00％，干燥基全硫分范围为1.01％～3.00％，以上均为质量百分比计，发热量为16.71～25.00MJ/Kg。

按上述方案，步骤2)所用煅烧设备为直热式回转窑，煅烧时通入烟气的温度为160～200℃，煅烧时间为1～4h，其中烟气流速为0.04～0.15m/s。

按上述方案，步骤4)陈化后所得的β-半水石膏粒径小于30μm的占总量的20％～40％，粒径30～60μm占总量的40％～55％，粒径60～100μm占总量的10％～30％，以上均为质量百分比计。

按上述方案，步骤4)所得的β-半水石膏的物理性能为：初凝时间≥6min，终凝时间≤30min，抗折强度≥1.8MPa，抗压强度≥3.0MPa。

本发明的基本原理：传统的β半水石膏的煅烧过程中，需要加入酸碱调节剂来调节pH至理想状态，在煅烧过程中需加入固体吸收剂来实现脱硫，防止污染环境。本发明将酸性的磷石膏与碱性的电石泥通过按比例混合后，无需加入酸碱调节剂即可通过磷石膏与电石泥的酸碱中和来调节pH至理想状态。除此之外，在煅烧过程中无需加入固体吸收剂，所加入的电石泥即可以在煅烧过程中吸收低品位煤燃烧所产生的SO₂，生成二水硫酸钙。不仅解决了燃烧过程中所产生的环境污染问题，还增加了β半水石膏的产量，降低了生产成本，具有很大的应用前景。

本发明的有益效果：与传统β半水石膏的制备方法相比较，本发明采用低品位煤作为燃料，在煅烧过程中电石泥能够吸收燃烧所产生的SO₂，缓解了煤炭燃料资源紧张的问题。在煅烧前无需加入固体吸收剂，电石泥与磷石膏混合后即可调节pH，操作步骤更加简单。由于电石泥与磷石膏都属于工业废弃物，本发明所阐述的方法具有“以废治废”的特点，实现了工业废弃物的再利用，降低了成本、节约了资源，符合国家可持续发展的战略需求，生产过程简单，操作方便，易于大规模化生产，具有良好的市场前景。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

一种利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法，所述的磷石膏为磷二水石膏，其吸附水含量为10％，干基二水硫酸钙含量90％、且杂质中可溶磷含量1％，可溶氟含量0.5％、pH值为2.5，按照100g干基磷石膏：3.0g干基电石泥渣的比例取磷石膏和电石泥，电石泥渣是电石水解获取乙炔气体后获得，氢氧化钙含量为85％，含水率为8％，其中含有杂质硫化钙、磷化钙。将磷石膏与电石泥混合均匀之后加入直热式回转窑中，采用含硫量较高的低品位煤炭作为燃料，该种低品位煤的灰分范围为28.00％，干燥基全硫分范围为1.5％，发热量为18.70MJ/Kg。煅烧时通入烟气的温度为165，℃煅烧时间为2h。其中烟气流速为0.08m/s。将煅烧过后的烟气利用除尘器除尘，然后用引风机直接排出。将煅烧过后的产物进行研磨、陈化，时间为14h，即可得到主要性能(见附表，实施例1)符合GB/T 9776-2008《建筑石膏》要求的β-半水石膏。其粒径小于30μm的占总量的24％，粒径30～60μm占总量的46％，粒径60～100μm占总量的30％，以上均为质量百分比计。

实施例2

一种利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法，所述的；磷石膏为磷二水石膏，其吸附水含量为12％，干基二水硫酸钙含量93％、且杂质中可溶磷含量1.5％，可溶氟含量0.7％、pH值为2.7，按照100g干基磷石膏：5.2g干基电石泥渣的比例取磷石膏和电石泥，电石泥渣是电石水解获取乙炔气体后获得，氢氧化钙含量为87％，含水率为8.6％，其中含有杂质硫化钙、磷化钙。将磷石膏与电石泥混合均匀之后加入直热式回转窑中，采用含硫量较高的低品位煤炭作为燃料，该种低品位煤的灰分范围为31.00％，干燥基全硫分范围为1.8％，发热量为20.10MJ/Kg。煅烧时通入烟气的温度为170，℃煅烧时间为2h。其中烟气流速为0.10m/s。将煅烧过后的烟气利用除尘器除尘，然后用引风机直接排出。将煅烧过后的产物进行研磨、陈化，时间为16h，即可得到主要性能(见附表，实施例2)符合GB/T 9776-2008《建筑石膏》要求的β-半水石膏。其粒径小于30μm的占总量的28％，粒径30～60μm占总量的47％，粒径60～100μm占总量的25％，以上均为质量百分比计。

实施例3

一种利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法，所述的；磷石膏为磷二水石膏，其吸附水含量为21％，干基二水硫酸钙含量95％、且杂质中可溶磷含量2.1％，可溶氟含量0.9％、pH值为2.4，按照100g干基磷石膏：6.0g干基电石泥渣的比例取磷石膏和电石泥，电石泥渣是电石水解获取乙炔气体后获得，氢氧化钙含量为92％，含水率为11％，其中含有杂质硫化钙、磷化钙。将磷石膏与电石泥混合均匀之后加入直热式回转窑中，采用含硫量较高的低品位煤炭作为燃料，该种低品位煤的灰分范围为33.00％，干燥基全硫分范围为2.1％，发热量为33.07MJ/Kg。煅烧时通入烟气的温度为175，℃煅烧时间为2h。其中烟气流速为0.12m/s。将煅烧过后的烟气利用除尘器除尘，然后用引风机直接排出。将煅烧过后的产物进行研磨、陈化，时间为20h，即可得到主要性能(见附表，实施例3)符合GB/T 9776-2008《建筑石膏》要求的β-半水石膏。其粒径小于30μm的占总量的33％，粒径30～60μm占总量的40％，粒径60～100μm占总量的27％，以上均为质量百分比计。

附表：磷石膏和电石泥通过煅烧制备的β-半水石膏

序号	初凝时间/min	终凝时间/min	2h抗折强度/MPa	2h抗压强度/MPa
					实施例1	3.5	25	3.3	6.2
实施例2	4	28	3.5	6.5
					实施例3	3.9	27	4.1	7.2

Claims

1.利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将磷石膏与电石泥按比例混合，加入煅烧设备中；

3)将煅烧过后的烟气除尘，然后排出；

4)将煅烧过后的产物进行研磨、陈化，时间为12～24h，即可得到β-半水石膏；

所述的磷石膏为磷二水石膏，其吸附水含量为0～25％、干基二水硫酸钙含量≥90％、且杂质中可溶磷含量≥1％、可溶氟含量≥0.5％、pH值为2～4，以上均为质量百分比计；所述的电石泥中氢氧化钙大于85％，含水率为5％～20％，其中含有杂质硫化钙、磷化钙，以上均为质量百分比计；所述的电石泥的用量为磷石膏质量的0.5％～6％。

2.根据权利要求1所述的利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法，其特征在于步骤2)所采用的低品位煤为含硫量较高的低品位煤，其灰分范围为25.00％～40.00％，干燥基全硫分范围为1.01％～3.00％，以上均为质量百分比计，发热量为16.71～25.00MJ/Kg。

3.根据权利要求1所述的利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法，其特征在于步骤2)所用煅烧设备为直热式回转窑，煅烧时通入烟气的温度为160～200℃，煅烧时间为1～4h，其中烟气流速为0.04～0.15m/s。

4.根据权利要求1所述的利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法，其特征在于步骤4)陈化后所得的β-半水石膏粒径小于30μm的占总量的20％～40％，粒径30～60μm占总量的40％～55％，粒径60～100μm占总量的10％～30％，以上均为质量百分比计。

5.根据权利要求1所述的利用低品位煤煅烧磷石膏和电石泥制备β-半水石膏的方法，其特征在于步骤4)所得的β-半水石膏的物理性能为：初凝时间≥6min，终凝时间≤30min，抗折强度≥1.8MPa，抗压强度≥3.0MPa。