CN107324678A - 一种磷石膏改性处理配方及在制备水泥缓凝剂上的应用 - Google Patents

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徐安玉
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Abstract

本发明提供一种磷石膏改性处理配方，该配方包括新鲜磷石膏，工业电石渣，工业碱渣；其中工业电石渣及工业碱渣的量占新鲜磷石膏质量的3‑10%，且工业电石渣与工业碱渣的质量比为1：1。所述的工业碱渣为烧碱生产企业的废弃物。具体包括如下步骤：将新鲜磷石膏、电石渣、碱渣通过加料斗，进料皮带机进入烘干窑；新鲜磷石膏、电石渣、碱渣的混合物在回转干燥窑内与来自热风炉的热空气充分混合，交换热量，将物料的水份烘干，物料出口温度50℃‑55℃；从回转干燥窑出来的物料经出料皮带机冷却后送到成品仓库，即可作为水泥缓凝剂。解决了磷石膏做缓凝球需对磷石膏进行水洗的问题，1吨水泥缓凝剂需消耗一次水100公斤。

Description

一种磷石膏改性处理配方及在制备水泥缓凝剂上的应用
技术领域
本发明提供一种新鲜磷石膏改性后再利用的配方及在水泥缓凝剂上的处理方法。
背景技术
磷石膏是磷复肥行业磷矿石与硫酸反应生产硫酸后的副产品，其主要成分为二水硫酸钙 (CaSO4·2H2O)，含有微量磷、氟等杂质。目前磷石膏的综合利用仍然是世界性的难题，世界磷石膏年排放量达3亿吨，我国也超过6000万吨，而且这个数字还在每年以15％速度增长。现大部分都采用堆存的方式进行处理。
国家发改委在“十二五”资源综合利用指导意见和大宗固体废物料综合利用实施方案的通知中明确要求2015年工业副产石膏利用率要达到50％(其中磷石膏要达30％)。
理论上磷石膏通过处理后是可代替天然石膏的，而且用途极为广泛，主要用在以下几个领域：
①磷石膏作水泥缓凝剂；②磷石膏作新型建筑材料；③利用磷石膏制硫酸联产水泥；④磷石膏用于矿山充填；⑤磷石膏用于地基加固。
但由于磷石膏中含有微量磷、氟及其它多种杂质，制约了磷石膏的综合利用，必须对磷石膏进行改性处理后磷石膏的综合利用才能得到推广。因此对磷石膏的改性处理是磷石膏综合利用的关键。
国内外对磷石膏改性的方法很多，普遍的作法是将磷石膏进行洗涤，在洗涤的过程中加适量的生石灰，使磷石膏中易溶性的磷、氟等杂质固化为非溶性的物质。但随着国家对环境保护的要求越来越高，生石灰的开采量也呈逐年下降趋势，导致市场上生石灰的价格不断上扬，间接引起磷石膏改性的成本上涨。
发明内容
本技术是以氯碱行业生产中的副产品电石渣和烧碱生产企业的废弃物碱渣作为磷石膏的改性剂对磷石膏进行改性处理，同样可达到对磷石膏进行改性的目的，但成本却比以生石灰作磷石膏改性剂有大幅下降。
电石渣主要成分为氢氧化钙Ca(OH)2，OH-可中和磷石膏中的H+离子，Ca2+与磷石膏中的可溶性PO4 3-结合，成为不可溶的化合物。所述的工业碱渣来自本集团下属烧碱生产企业的废弃物，主要成分为氢氧化钠，具有强腐蚀性的强碱，一般为片状或块状形态，易溶于水并形成碱性溶液，另有潮解性，易吸取空气中的水蒸气(潮解)和二氧化碳(变质)、密度2.130g/cm3。熔点318.4℃。沸点1390℃。在改性剂中与Ca(OH)2性能基本一致。
将电石渣与碱渣按1：1进行混合，混合均匀后，按5-10％比例加入新鲜磷石膏中，然后送到回转干燥窑内，混合物料在干燥的过程中，同时发生一系列的反应，使磷石膏中的磷、氟等易溶物得到固化、磷石膏的晶相更加稳定。
易溶水的F-、PO4 3-与Ca2+反应生产难溶于水的Ca3(PO4)2、F2Ca；H+与OH-结合成H2O。同时磷石膏在一定温度及回转干燥窑内破碎链的作用下，原料磷石膏的晶体结构被打碎，使原分布在磷石膏晶体中的可溶性磷、氟也被分离出来与电石渣、碱渣反应，从回转干燥窑出来的磷石膏在环境温度下通过重结晶，从而使磷石膏晶体间连接更加紧密、无杂质，达到与天然石膏相同的晶相结构。故从回转窑出来后的产品即可作为水泥行业生产水泥的缓凝剂，其效果与天然石膏一样。
具体步骤如下：
步骤一：新鲜磷石膏、电石渣、碱渣通过加料斗，进料皮带机进入烘干窑；所述的新鲜磷石膏的含水率为20-28％；电石渣的含水率为18-25％；碱渣的含水率为10-18％。新鲜磷石膏：电石渣：碱渣的质量比为85-98：1-5：1-5。
步骤二：新鲜磷石膏、电石渣、碱渣的混合物在回转干燥窑内与来自热风炉的热空气充分混合，交换热量，将物料的水份烘干，物料出口温度50℃-55℃；回转干燥窑内通入热空气，热空气进口的温度控制为200-250℃，新鲜磷石膏、电石渣、碱渣的混合物经热风干燥后湿度控制为8％-10％。
步骤三：从回转干燥窑出来的物料经出料皮带机冷却后即可作为水泥缓凝剂。
本专利的优点
1.主要是变废为宝，对工业副产品进行综合利用，同时降低磷石膏改性的成本，可以说是一举两得。目前市场上生石灰的价格已达到300元/吨，而电石渣仅50元/吨、碱渣更便宜。根据试验结果，两种改性剂在对磷石膏进行改性处理时，添加的比例相当，但添加电石渣和碱渣的磷石膏成本更低。
2.解决了传统磷石膏做水泥缓凝剂需先进行陈化处理的问题。石膏陈化过程中需占用场地，同时为防止石膏中渗滤液渗出后污染地下水，需对场地进行防渗处理，收集后的渗滤液呈酸性，还需进行中和处理。这些都增加了磷石膏生产水泥缓凝剂的生产成本，经测算，磷石膏陈化处理费每吨约11.2元。
3.解决了磷石膏做缓凝球需对磷石膏进行水洗的问题，因磷石膏中含有磷、氟等有害成分，因此传统的方式是在加工前，用水洗的方式进行净化处理，产生大量的工艺废水，1吨水泥缓凝剂需消耗一次水100公斤。
附图说明
图1为传统工艺流程图。
图2为本发明的工艺流程。
具体实施方式
实施例1
步骤一：备料：新鲜磷石膏、电石渣、碱渣分别从湖北宜化集团内磷酸、氯碱事业部运到原料仓库堆存。
步骤二：新鲜磷石膏(含水25％)、电石渣(含水20％)、碱渣(含水15％)分别通过加料斗(各物料质量比：新鲜磷石膏：电石渣：碱渣＝920kg：40kg：40kg、计量皮带机计量后送到1#原料皮带机、2#原料皮带机进入回转干燥窑进口。
步骤三：新鲜磷石膏、电石渣、碱渣的混合物在回转干燥窑内与来自热风炉的热空气(干燥窑进口热空气温度230℃)充分混合，交换热量，将物料的水份烘干(物料水分由25％降到8％-10％)，物料出口温度50℃。
步骤四：从回转干燥窑出来的物料经出料皮带机冷却后送成品仓库堆存。然后用汽运出厂至客户。
采用该技术生产的粉状水泥缓凝剂已在安徽盘固水泥集团、葛洲坝水泥厂等水泥生产装置上进行应用，水泥缓凝剂在水泥熟料中的添加比例为4％，实践证明其效果完全可替代天然石膏生产的水泥缓凝剂，部分指标甚至超过该公司过去使用的其它厂家水泥缓凝剂的指标。
水泥缓凝剂主要技术指标
序号 项目 指标
1 外表水含量(％) 10
2 pH值 7.5
3 SO3含量(％) 38.5％
添加本产品后相对于常规水泥的性能对比指标
注：水泥熟料采用安徽盘锦水泥有限公司普通硅酸盐水泥(PO42.5)
实施例2
步骤一：备料：新鲜磷石膏、电石渣、碱渣分别从湖北宜化集团内磷酸、氯碱事业部运到原料仓库堆存。
步骤二：新鲜磷石膏(含水22％)、电石渣(含水24％)、碱渣(含水20％)分别通过加料斗(各物料质量比：新鲜磷石膏：电石渣：碱渣＝960kg：20kg：20kg)、计量皮带机计量后送到1#原料皮带机、2#原料皮带机进入回转干燥窑进口。
步骤三：新鲜磷石膏、电石渣、碱渣的混合物在回转干燥窑内与来自热风炉的热空气(干燥窑进口热空气温度250℃)充分混合，交换热量，将物料的水份烘干(物料水分由25％降到8％-10％)，物料出口温度50℃-55℃。
步骤四：从回转干燥窑出来的物料经出料皮带机冷却后送成品仓库堆存。然后用汽运出厂至客户。
采用该技术生产的粉状水泥缓凝剂已在安徽盘固水泥集团、葛洲坝水泥厂等水泥生产装置上进行应用，水泥缓凝剂在水泥熟料中的添加比例为4％-5％，实践证明其效果完全可替代天然石膏生产的水泥缓凝剂，部分指标甚至超过该公司过去使用的其它厂家水泥缓凝剂的指标。
水泥缓凝剂主要技术指标
序号 项目 指标
1 外表水含量(％) 8
2 pH值 7.5
3 SO3含量(％) 37％
添加本产品后相对于常规水泥的性能对比指标
注：水泥熟料采用安徽盘锦水泥有限公司普通硅酸盐水泥(PO42.5)。

Claims (6)

1.一种磷石膏改性处理配方，其特征在于，该配方包括新鲜磷石膏，工业电石渣，工业碱渣；其中工业电石渣及工业碱渣的量占新鲜磷石膏质量的3-10%，且工业电石渣与工业碱渣的质量比为1：1。
2.权利要求1所述的磷石膏改性处理配方，其特征在于，所述的工业碱渣为烧碱生产企业的废弃物。
3.一种磷石膏改性处理配方在制备水泥缓凝剂上的应用，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：新鲜磷石膏、工业电石渣、工业碱渣通过加料斗，进料皮带机进入烘干窑；
步骤二：新鲜磷石膏、工业电石渣、工业碱渣的混合物在回转干燥窑内与来自热风炉的热空气充分混合，交换热量，将物料的水份烘干，物料出口温度50℃-55℃；
步骤三：从回转干燥窑出来的物料经出料皮带机冷却后送到成品仓库，即可作为水泥缓凝剂。
4.权利要求3所述的磷石膏改性处理配方在制备水泥缓凝剂上的应用，其特征在于，原料中，新鲜磷石膏的含水率为20-28%；工业电石渣的含水率为18-25%；工业碱渣的含水率为10-18%。
5.权利要求3所述的磷石膏改性处理配方在制备水泥缓凝剂上的应用，其特征在于，新鲜磷石膏：工业电石渣：工业碱渣的质量比为85-98：1-5：1-5。
6.权利要求3所述的磷石膏改性处理配方在制备水泥缓凝剂上的应用，其特征在于，步骤二中回转干燥窑内通入热空气，热空气进口的温度控制为200-250℃，新鲜磷石膏、电石渣、碱渣的混合物经热风干燥后湿度控制为8%-10%。
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