CN110803878A - 一种由磷石膏生产ii型无水石膏的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种由磷石膏生产II型无水石膏的装置及方法，所述装置包括依次连接的预处理单元、干燥单元、煅烧单元和产品收集单元，所述预处理单元包括螺旋搅拌装置，所述干燥单元包括打散装置和至少一级干燥装置，所述煅烧单元包括煅烧装置，煅烧装置内设有热源管道。本发明所述装置通过预处理、干燥及煅烧工艺的结合，将磷石膏精准转化为II型无水石膏，有效去除磷石膏中可溶性磷、氟，实现难溶性磷的转化及有机物的分解，解决了酸的腐蚀问题，降低了有害杂质对石膏制品的影响；所述方法提高了磷石膏的综合利用效率，产品不易水化，可复配超硫酸盐水泥、石膏矿渣水泥或石膏复合胶凝材料，产品性能稳定，强度高，扩大了磷石膏的应用途径。

Description

一种由磷石膏生产II型无水石膏的装置及方法

技术领域

本发明属于固体废弃物利用技术领域，涉及一种由磷石膏生产II型无水石膏的装置及方法。

背景技术

磷酸是一种重要的工业用品，其生产以硫酸法湿法工艺为主，该方法的副产物主要为磷石膏，每生产1吨磷酸大约产生含游离水20％左右的磷石膏7吨，副产物产量极大，既占用大量储存空间，又会给周边环境带来严重污染，因此磷石膏的回收及资源化利用必不可少。然而，由于磷矿石与硫酸的主、副反应以及在选矿过程中加入的助剂等原因，使得副产磷石膏中杂质种类复杂及浓度范围广，会严重影响制备的石膏胶凝材料的性能，限制了磷石膏的广泛利用，造成其综合利用率低，因此有必要对磷石膏进行除杂，以减少有害杂质对产品强度及应用环境的危害。

目前，磷石膏的除杂方式主要有水洗法、中和法、浮选法、酸浸取法或上述方法的组合，但只能除去可溶性杂质，除杂不充分，且耗水量大，产生的废水易带来二次污染。磷石膏由于其有害杂质的存在，未经充分除杂的的磷石膏不能单独作为石膏原料用于水泥缓凝剂、筑路填料、建筑石膏粉，均需要添加一定量的天然石膏或脱硫石膏进行复配来实现产品指标，使得磷石膏的综合利用率低，由其制备的建筑材料仅能用于面层或装饰，不能应用于主体结构材料，受应用范围的限制，其每年综合利用幅度远不及每年的产生量，且用量远低于用于主体材料的水泥。为此，需要对磷石膏进行转化，使之能够代替传统水泥，从而可以大量消化工业副产石膏，解决环保问题。

CN 109553372A公开了一种可循环使用的磷石膏路基材料的制备和使用方法，将自由含水率为7-20％的磷石膏加入到饱和氢氧化钙溶液中进行中和反应，得到去除可溶性磷酸根和氟离子的磷石膏，然后在170-350℃下进行高温煅烧，使其中的二水石膏转变为III型无水石膏，将制得的III型无水石膏与水、减水剂和防水剂混合，制得所述磷石膏路基材料，但该方法制得的无水石膏易水化，仍需添加减水剂和防水剂，原料成本较高，且除杂过程中难溶性杂质没有去除，影响其使用性能。

CN 105985036A公开了一种磷石膏的加工方法，将磷石膏与石灰混合处理后加入烘干煅烧机中，端部配置喷火炉，喷火口温度高于800℃，烘干煅烧机的出口采用分级出口，分别得到半水石膏和无水石膏II，将出口石膏送入搅拌匀化还原输送装置将混合石膏与空气充分接触，将不同形式的石膏进行分配，合格的石膏送入石膏晶体结构转化装置进行晶体转化，得到成品石膏，但该方法中烘干煅烧机不能精确控制煅烧过程，需要设置分级出口，再进行混合陈化，其生产的是β型石膏粉；烘干煅烧机配置喷火炉，难以控制煅烧时间，造成产品波动较大。

目前，超硫酸盐水泥因其具有水化热低、抗硫酸盐侵蚀、抗冻性好的特性，能够有效代替传统水泥，应用范围正不断扩展，其主要成分包括石膏，其中以II型无水石膏的效果最佳，因此，有必要寻求由磷石膏精确制备II型无水石膏的方法，既需要解决磷石膏中杂质的影响，同时提高磷石膏的资源化利用率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种由磷石膏生产II型无水石膏的装置及方法，所述装置以工业副产物磷石膏为原料，通过预处理、干燥及煅烧工艺，可有效磷石膏中酸过量的问题，同时去除可溶性磷、氟，再将共晶磷、难溶性磷转化，消除杂质对石膏制品的影响，所得产品质量稳定；同时本发明还辅以冷却、余热回收、除尘等工艺，使得磷石膏处理能力达、综合利用程度高，节能环保，无二次污染产生。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种由磷石膏生产II型无水石膏的装置，所述装置包括依次连接的预处理单元、干燥单元、煅烧单元和产品收集单元，所述预处理单元包括螺旋搅拌装置，所述干燥单元包括打散装置和至少一级干燥装置，所述煅烧单元包括煅烧装置，所述煅烧装置内设有热源管道。

本发明中，所述装置以工业副产磷石膏为原料生产II型无水石膏，预处理单元中通过反应除去磷石膏中的酸、可溶性磷及可溶性氟，干燥单元中充分除去磷石膏中的游离水以及大部分结合水，再通过煅烧单元将磷石膏中的磷酸钙及其共晶磷等难溶性磷转化为焦磷酸盐，不影响石膏制品的强度，同时将可能存在的有机物分解，降低杂质随后续石膏制品的影响；而经过预处理、干燥及煅烧工艺，尤其是精准控制石膏的煅烧过程，生成II型无水石膏，质量稳定，难水化凝结，作为原料制备的超硫酸盐水泥产品性能稳定，强度高，提高磷石膏的资源化利用率。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述螺旋搅拌装置包括双螺旋搅拌器，所述双螺旋搅拌器内设有搅拌桨。

优选地，所述搅拌桨为内部中空结构。

优选地，所述搅拌桨内通入热源气。

本发明中，将双螺旋搅拌器的搅拌桨设置为中空结构，通入热源气，维持反应的温度并辅助干燥，该热源气为干燥单元排出的气体。

优选地，所述螺旋搅拌装置的上部设有排湿口，预处理过程中游离水变成水蒸气后可以从排湿口离开。

优选地，所述螺旋搅拌装置的下部还设有补风口，可以通入少量热空气辅助排湿。

优选地，所述预处理单元还包括第一引风机，所述第一引风机的入口与螺旋搅拌装置的排湿口相连。

作为本发明优选的技术方案，所述打散装置包括烘干打散机，即在正式干燥前将预处理的原料打散破碎，便于干燥脱水。

优选地，所述干燥装置包括旋风式干燥器。

优选地，所述干燥装置的级数为2～5级，例如2级、3级、4级或5级，干燥装置数量的选择随磷石膏中游离水含量的不同而变化，游离水含量越高，所需干燥装置数量越多；采用分级干燥的方式，合理利用热源气的温度梯度。

优选地，最后一级干燥装置为预煅烧装置。

本发明中，多级干燥装置中下级干燥装置的出口热源气作为上级干燥装置的进口热源气，进行多级逆流干燥；烘干打散机中也需要通入热源气将打散的原料带出，也可以作为干燥装置起作用，经过气固分离，固体原料进入后续干燥装置，气体则进入预处理单元。

优选地，所述干燥单元的气体出口与螺旋搅拌装置的搅拌桨相连。

优选地，所述煅烧装置包括回转煅烧窑。

优选地，所述煅烧装置从入口到出口方向向下倾斜，斜度为1～4％，例如1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％或4％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，斜度的计算是指煅烧装置入口和出口处的高度差与煅烧装置长度的比值，设置一定的斜度可以使原料在煅烧反应过程中缓慢移动，也便于控制停留时间。

优选地，所述热源管道为燃料管道或热风管道。

本发明中，设置热源管道可以使磷石膏与热源隔绝开来，通过热交换形式的煅烧石膏，则粉状物料不易扬起，容易精确控制煅烧过程及停留时间，保证煅烧产物的类型。

优选地，所述煅烧单元还包括进料器、出料器和温度控制装置，所述进料器设置于煅烧装置的入口，出料器设置于煅烧装置的出口，温度控制装置设置于出料器入口处。

优选地，所述产品收集单元包括顺次连接的斗式提升机和成品仓。

作为本发明优选的技术方案，所述装置还包括进料单元，所述进料单元的出口与螺旋搅拌装置的入口相连。

优选地，所述进料单元包括磷石膏储存装置、磷石膏输送装置、添加剂储存装置和添加剂给料装置，磷石膏储存装置、磷石膏输送装置和螺旋搅拌装置的入口依次相连，添加剂储存装置、添加剂给料装置和螺旋搅拌装置的入口也依次相连。

本发明中，磷石膏和添加剂分别进料，并控制两者的进料量，磷石膏输送装置可采用皮带称重机，添加剂给料装置可采用定量给料机，并配备收尘装置，避免粉尘扩散。

作为本发明优选的技术方案，所述装置还包括冷却单元，所述冷却单元设置于煅烧单元和产品收集单元之间。

优选地，所述冷却单元包括冷却器、第一鼓风机、收尘器和产品输送装置，所述煅烧装置的出口与冷却器的入口相连，所述第一鼓风机的出口与冷却器的入口相连，所述冷却器的气体出口与收尘器的入口相连，所述冷却器的固体出口、所述收尘器的固体出口均与产品输送装置相连，所述产品输送装置与产品收集单元相连。

优选地，所述产品输送装置包括螺旋输送机。

优选地，所述装置还包括除尘单元，所述除尘单元包括除尘器和第二引风机，所述除尘器的入口与冷却单元的收尘器的气体出口和产品收集单元的气体出口相连，所述除尘器的固体出口与产品收集单元的入口相连，所述除尘器的气体出口与第二引风机相连。

优选地，所述装置还包括供热单元，所述供热单元包括热风炉，所述热风炉的气体出口与干燥单元、煅烧单元的气体入口相连。

本发明中，所述热风炉以煤或天然气为原料进行燃烧，经过除尘，得到所需温度的热风，作为干燥单元和煅烧单元的热源气，由于干燥单元和煅烧单元需要的热源气温度不同，通过控制热源气的量，再与其他补风混合，得到各单元所需的温度和风量。

优选地，所述供热单元还包括气体预热器和第二鼓风机，所述气体预热器的入口与第二引风机的出口相连，所述气体预热器的出口经第二鼓风机与热风炉的入口相连。

另一方面，本发明提供了一种采用上述装置生产II型无水石膏的方法所述方法包括以下步骤：

(1)将磷石膏和添加剂混合后反应，然后进行打散、干燥，得到III型无水石膏；

(2)将步骤(1)得到的III型无水石膏以热交换形式进行间接煅烧处理，得到II型无水石膏。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述磷石膏为硫酸法磷酸生产工艺的副产物。

优选地，步骤(1)所述磷石膏含有磷酸、磷酸盐、氟化物和游离水。

优选地，所述磷酸的含量满足pH值为1～5，例如1、1.5、2、2.5、3、3.5或4等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；游离水的含量占磷石膏总量的10～30wt％，例如10wt％、15wt％、20wt％、25wt％或30wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述添加剂包括氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氧化钙和氢氧化钙的组合，氢氧化钙和碳酸钙的组合，氧化钙、氢氧化钙和碳酸钙的组合等。

优选地，步骤(1)所述磷石膏和添加剂的质量比为(150～34100):1，例如150:1、200:1、400:1、600:1、1000:1、2500:1、5000:1、10000:1、17800或34100等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，添加剂加入量的选择与磷石膏中酸、可溶性磷和氟的含量相关，根据氢离子、可溶性磷和氟和添加剂反应时的摩尔配比，决定添加剂的用量；pH越大，可溶性的磷、氟越少，所需的添加剂也越少。

优选地，步骤(1)所述混合和反应在螺旋搅拌装置中进行。

优选地，步骤(1)所述反应的温度为20～60℃，例如20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或60℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述打散后，原料的平均粒径为20～50μm，例如20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，打散后的原料除了上述平均粒径的限制条件，还满足通过0.2mm的方孔筛后的筛余量小于6％的要求。

优选地，步骤(1)所述干燥级数为2～5级，例如2级、3级、4级或5级，干燥装置数量的选择与磷石膏中游离水含量、干燥温度以及各级干燥装置能力等有关。

优选地，下一级干燥的温度高于上一级干燥的温度。

优选地，最后一级干燥的温度为250～400℃，例如250℃、270℃、300℃、320℃、350℃、380℃或400℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述打散、干燥过程中通入热源气。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述III型无水石膏通过热源气进行间接煅烧。

优选地，步骤(2)所述煅烧处理在煅烧装置内进行，所述煅烧装置内设有热源管道。

优选地，步骤(2)所述煅烧处理的温度为300～750℃，例如300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、560℃、600℃、650℃、700℃或750℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为400～650℃。

优选地，步骤(2)所述煅烧处理的时间为20～50min，例如20min、25min、30min、35min、40min、45min或50min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，通过对煅烧温度和时间的精确控制，可以将石膏转化为难水化凝结的II型无水石膏，工业副产石膏减量化、无害化处理，作为进一步利用的原料。

优选地，步骤(1)所述打散、干燥和步骤(2)煅烧所用热源气来自供热单元。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述煅烧处理后进行冷却处理。

优选地，所述冷却处理为：通入气体对煅烧后的产物进行降温，然后进行气固分离，所得固体进行产品收集，所得气体进行除尘处理。

优选地，所述气固分离后所得固体的温度已降至100℃以下，例如100℃、90℃、80℃、70℃、60℃、50℃或40℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述除尘处理后的气体进入供热单元，用于产生热源气。

优选地，所述供热单元以煤或天然气的燃烧产生热源气。

优选地，步骤(2)所述II型无水石膏用作超硫酸盐水泥、石膏矿渣水泥或石膏复合胶凝材料的原料。

作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：

(1)将磷石膏和添加剂混合后反应，所述添加剂包括氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙中任意一种或至少两种的组合，所述磷石膏和添加剂的质量比为(150～34100):1所述反应的温度为20～60℃；

(2)将步骤(1)得到的产物进行打散、干燥，打散后原料的平均粒径为20～50μm，所述干燥级数为2～5级，下一级干燥的温度高于上一级干燥的温度，最后一级干燥的温度为250～400℃，得到III型无水石膏，所述打散、干燥过程中通入热源气；

(3)将步骤(2)得到的III型无水石膏通过热源气以热交换形式进行间接煅烧处理，煅烧处理的温度为300～750℃，煅烧处理的时间为20～50min；

(4)将步骤(3)煅烧后的产物采用气体进行降温，然后进行气固分离，所得固体温度降至100℃以下，进行产品回收，得到II型无水石膏，所述II型无水石膏用作超硫酸盐水泥、石膏矿渣水泥或石膏复合胶凝材料的原料；气固分离所得气体进行除尘处理，除尘处理后的气体进入供热单元，用于产生热源气。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所述装置通过预处理、干燥及煅烧工艺的结合，将磷石膏精准转化为II型无水石膏，可有效去除磷石膏中可溶性磷、氟，去除率达到91％以上，并实现共晶磷、难溶性磷的转化以及有机物的分解，有效解决了酸过量对设备的腐蚀问题，极大降低了有害杂质对石膏制品的影响；

(2)本发明将冷却、余热回收、除尘等工艺与主工艺相结合，提高了磷石膏的综合利用效率，余热回收率可达到65～88％，不会带来粉尘污染、尾气污染等问题；

(3)本发明所述装置提高了磷石膏生产II型无水石膏，再进一步复配超硫酸盐水泥的产能，且产品性能稳定，强度高，可代替传统水泥，扩大了磷石膏的应用途径。

附图说明

图1是本发明具体实施例1提供的由磷石膏生产II型无水石膏的装置结构连接示意图；

其中，1-进料单元，11-磷石膏储存装置，12-磷石膏输送装置，13-添加剂储存装置，14-添加剂给料装置，2-预处理单元，21-螺旋搅拌装置，22-第一引风机，3-干燥单元，31-打散装置，32-一级干燥装置，33-二级干燥装置，34-三级干燥装置，35-四级干燥装置，36-收尘装置，37-中间产物输送装置，4-煅烧单元，41-进料器，42-煅烧装置，43-出料器，44-温度控制装置,5-冷却单元，51-冷却器，52-第一鼓风机，53-收尘器，54-产品输送装置，6-除尘单元，61-除尘器，62-第二引风机，7-供热单元，71-热风炉，72-气体预热器，73-第二鼓风机，8-产品收集单元，81-斗式提升机，82-成品仓。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明，但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

本发明具体实施方式部分提供了一种由磷石膏生产II型无水石膏的装置及方法，所述装置包括依次连接的预处理单元2、干燥单元3、煅烧单元4和产品收集单元8，所述预处理单元2包括螺旋搅拌装置21，所述干燥单元3包括打散装置31和至少一级干燥装置，所述煅烧单元4包括煅烧装置42，所述煅烧装置42内设有热源管道。

所述方法包括以下步骤：

(1)将磷石膏和添加剂混合后反应，然后进行打散、干燥，得到III型无水石膏；

(2)将步骤(1)得到的III型无水石膏以热交换形式进行间接煅烧处理，得到II型无水石膏。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种由磷石膏生产II型无水石膏的装置，所述装置的结构连接示意图如图1所示，包括依次连接的预处理单元2、干燥单元3、煅烧单元4和产品收集单元8，所述预处理单元2包括螺旋搅拌装置21，所述干燥单元3包括打散装置31和至少一级干燥装置，所述煅烧单元4包括煅烧装置42，所述煅烧装置42内设有热源管道。

所述螺旋搅拌装置21包括双螺旋搅拌器，所述双螺旋搅拌器内设有搅拌桨，所述搅拌桨为内部中空结构；所述螺旋搅拌装置21的上部设有排湿口，下部还设有补风口；所述预处理单元2还包括第一引风机22，所述第一引风机22的入口与螺旋搅拌装置21的排湿口相连。

所述打散装置31包括烘干打散机，所述干燥装置包括旋风式干燥器，分为4级，其中一级干燥装置32、二级干燥装置33、三级干燥装置34、四级干燥装置35依次相连；所述干燥单元3还包括收尘装置36和中间产物输送装置37，所述一级干燥装置32的上部出口、收尘装置36、中间产物输送装置37和二级干燥装置33的入口依次相连，所述收尘装置36的气体出口与螺旋搅拌装置21的搅拌桨相连。

所述煅烧装置42包括回转煅烧窑；所述煅烧装置42从入口到出口方向向下倾斜，斜度为3％；所述热源管道为热风管道；

所述煅烧单元4还包括进料器41、出料器43和温度控制装置44，所述进料器41设置于煅烧装置42的入口，出料器43设置于煅烧装置42的出口，温度控制装置44设置于出料器43入口处。

所述产品收集单元8包括顺次连接的斗式提升机81和成品仓82。

所述装置还包括进料单元1，所述进料单元1的出口与螺旋搅拌装置21的入口相连；所述进料单元1包括磷石膏储存装置11、磷石膏输送装置12、添加剂储存装置13和添加剂给料装置14，磷石膏储存装置11、磷石膏输送装置12和螺旋搅拌装置21的入口依次相连，添加剂储存装置13、添加剂给料装置14和螺旋搅拌装置21的入口也依次相连。

所述装置还包括冷却单元5，所述冷却单元5设置于煅烧单元4和产品收集单元8之间；所述冷却单元5包括冷却器51、第一鼓风机52、收尘器53和产品输送装置54，所述煅烧装置42的出口与冷却器51的入口相连，所述第一鼓风机52的出口与冷却器51的入口相连，所述冷却器51的气体出口与收尘器53的入口相连，所述冷却器51的固体出口、所述收尘器53的固体出口均与产品输送装置54相连，所述产品输送装置54与产品收集单元8相连；所述产品输送装置54包括螺旋输送机。

所述装置还包括除尘单元6，所述除尘单元6包括除尘器61和第二引风机62，所述除尘器61的入口与冷却单元5的收尘器53的气体出口和产品收集单元8的气体出口相连，所述除尘器61的固体出口与产品收集单元8的入口相连，所述除尘器61的气体出口与第二引风机62相连。

所述装置还包括供热单元7，所述供热单元包括热风炉71、气体预热器72和第二鼓风机73，所述热风炉71的气体出口与干燥单元3、煅烧单元4的气体入口相连，所述气体预热器72的入口与第二引风机62的出口相连，所述气体预热器72的出口经第二鼓风机73与热风炉71的入口相连。

实施例2：

本实施例提供了一种由磷石膏生产II型无水石膏的装置，所述装置的结构参照实施例1中的结构，区别在于：所述干燥单元3的干燥装置包括2级，二级干燥装置33的固体出口与煅烧单元4相连；所述煅烧装置42从入口到出口方向向下倾斜，斜度为1.5％。

对比例1：

本对比例提供了一种由磷石膏生产II型无水石膏的装置，所述装置的结构参照实施例1中的结构，区别在于：所述装置不包括预处理单元2、进料单元1的添加剂储存装置13和添加剂给料装置14。

对比例2：

本对比例提供了一种由磷石膏生产II型无水石膏的装置，所述装置的结构参照实施例1中的结构，区别在于：所述煅烧装置42内不设有热源管道。

实施例3：

本实施例提供了一种由磷石膏生产II型无水石膏的方法，所述方法采用实施例1中的装置进行，包括以下步骤：

(1)将磷石膏和氧化钙混合后反应，所述磷石膏中游离氢离子含量满足pH值为3，可溶性磷酸盐含量为1.4wt％，可溶性氟含量为0.75wt％，游离水的含量占磷石膏总量的20wt％，磷石膏品位92％，所述磷石膏和氧化钙的质量比为17500:1，所述反应的温度为60℃；

(2)将步骤(1)得到的产物进行打散、干燥，打散打散后原料的平均粒径为35μm，所述干燥级数为4级，下一级干燥的温度高于上一级干燥的温度，打散以及各级干燥的出料温度分别为105℃、160℃、165℃、250℃、300℃，得到III型无水石膏，所述打散、干燥过程中通入热源气；

(3)将步骤(2)得到的III型无水石膏通过热源气以热交换形式进行间接煅烧处理，煅烧处理的温度为600℃，煅烧处理的时间为35min；

(4)将步骤(3)煅烧后的产物采用空气进行降温，然后进行气固分离，所得固体温度降至80℃，进行产品回收，得到II型无水石膏，所述II型无水石膏用作超硫酸盐水泥的原料；气固分离所得气体进行除尘处理，除尘处理后的气体进入供热单元，所述供热单元以煤粉为燃料燃烧产生热源气。

本实施例磷石膏的处理过程中，游离氢离子被中和，可溶性磷、氟的去除率达到93％，难溶性磷杂质被转化为惰性物质，有机物去除率达到99.5％，所得产品中II型无水石膏水化率低，在水化条件(25℃，水膏比8，水化24h)下的水化率仅为0.5％。

实施例4：

本实施例提供了一种由磷石膏生产II型无水石膏的方法，所述方法采用实施例1中的装置进行，包括以下步骤：

(1)将磷石膏和氢氧化钙混合后反应，所述磷石膏中游离氢离子含量满足pH值为5，可溶性磷酸盐含量为1.52wt％，可溶性氟含量为0.65wt％，游离水的含量占磷石膏总量的30wt％，磷石膏品位93％，所述磷石膏和氢氧化钙的质量比为27180:1，所述反应的温度为20℃；

(2)将步骤(1)得到的产物进行打散、干燥，打散后原料的粒径为50μm，所述干燥级数为4级，下一级干燥的温度高于上一级干燥的温度，打散以及各级干燥的出料温度分别为95℃、140℃、160℃、240℃、250℃，得到III型无水石膏，所述打散、干燥过程中通入热源气；

(3)将步骤(2)得到的III型无水石膏通过热源气以热交换形式进行间接煅烧处理，煅烧处理的温度为400℃，煅烧处理的时间为50min；

(4)将步骤(3)煅烧后的产物采用空气进行降温，然后进行气固分离，所得固体温度降至60℃，进行产品回收，得到II型无水石膏，所述II型无水石膏用作超硫酸盐水泥的原料；气固分离所得气体进行除尘处理，除尘处理后的气体进入供热单元，所述供热单元以天然气为燃料燃烧产生热源气。

本实施例磷石膏的处理过程中，游离氢离子被中和，可溶性磷、氟的去除率达到92％，难溶性磷杂质被转化，有机物去除率达到99％，所得产品中II型无水石膏的水化率低，在水化条件(25℃，水膏比8，水化24h)下的水化率为0.9％。

实施例5：

本实施例提供了一种由磷石膏生产II型无水石膏的方法，所述方法采用实施例2中的装置进行，包括以下步骤：

(1)将磷石膏和碳酸钙混合后反应，所述磷石膏中游离氢离子含量满足pH值为1，可溶性磷酸盐含量为1.52wt％，可溶性氟含量为0.75wt％，游离水的含量占磷石膏总量的10wt％，磷石膏品位93％，所述磷石膏和碳酸钙的质量比为190:1，所述反应的温度为40℃；

(2)将步骤(1)得到的产物进行打散、干燥，打散后原料的粒径为20μm，所述干燥级数为2级，下一级干燥的温度高于上一级干燥的温度，打散以及各级干燥的出料温度分别为105℃、200℃、400℃，得到III型无水石膏，所述打散、干燥过程中通入热源气；

(3)将步骤(2)得到的III型无水石膏通过热源气以热交换形式进行间接煅烧处理，煅烧处理的温度为750℃，煅烧处理的时间为20min；

(4)将步骤(3)煅烧后的产物采用空气进行降温，然后进行气固分离，所得固体温度降至95℃，进行产品回收，得到II型无水石膏，所述II型无水石膏用作石膏复合胶凝材料的原料；气固分离所得气体进行除尘处理，除尘处理后的气体进入供热单元，所述供热单元以天然气为燃料燃烧产生热源气。

本实施例磷石膏的处理过程中，游离氢离子被中和，可溶性磷、氟的去除率达到91％，难溶性磷杂质被转化，有机物去除率达到99.2％，所得产品中II型无水石膏的水化率低，在水化条件(25℃，水膏比8，水化24h)下的水化率为0.3％。

对比例3：

本对比例提供了一种由磷石膏生产II型无水石膏的方法，所述方法采用对比例1中的装置进行，所述方法参照实施例3中的方法，区别仅在于：步骤(1)中不加入氧化钙混合反应。

本对比例中，由于所用装置不包括预处理单元，且不加入添加剂，磷石膏中的酸会对后续装置造成腐蚀，且可溶性磷、氟等杂质去除率低，影响最终石膏制品的性能，所得产品的水化率较高，在与实施例同等水化条件下24h水化率高达9.6％。

对比例4：

本对比例提供了一种由磷石膏生产II型无水石膏的方法，所述方法采用对比例2中的装置进行，所述方法参照实施例3中的方法，区别仅在于：步骤(3)中热源气与干燥后得到的III型无水石膏直接接触进行煅烧。

本对比例中，由于所用装置未设置热源管道，热源气直接吹扫干燥后的固体颗粒，煅烧的精准度和颗粒的停留时间难以控制，无法准确生成II型无水石膏，所得产品中II型无水石膏的纯度仅为80％，热源气吹扫容易产生扬尘，反应物损失较多，成品收率低，其在与实施例同等水化条件下24h水化率高达12.2％。

综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述装置通过预处理、干燥及煅烧工艺的结合，将磷石膏精准转化为II型无水石膏，可有效去除磷石膏中可溶性磷、氟，去除率达到91％以上，并实现共晶磷、难溶性磷的转化以及有机物的分解，有效解决了酸过量对设备的腐蚀问题，极大降低了有害杂质对石膏制品的影响；通过将冷却、余热回收、除尘等工艺与主工艺相结合，提高了磷石膏的综合利用效率，不会带来粉尘污染、尾气污染等问题；所得II型无水石膏可进一步复配超硫酸盐水泥，产品性能稳定，强度高，可代替传统水泥，扩大了磷石膏的应用途径。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细装置与方法，但本发明并不局限于上述详细装置与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细装置与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明装置的等效替换及辅助装置的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种由磷石膏生产II型无水石膏的装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的预处理单元、干燥单元、煅烧单元和产品收集单元，所述预处理单元包括螺旋搅拌装置，所述干燥单元包括打散装置和至少一级干燥装置，所述煅烧单元包括煅烧装置，所述煅烧装置内设有热源管道。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述螺旋搅拌装置包括双螺旋搅拌器，所述双螺旋搅拌器内设有搅拌桨；

优选地，所述搅拌桨为内部中空结构；

优选地，所述搅拌桨内通入热源气；

优选地，所述螺旋搅拌装置的上部设有排湿口；

优选地，所述螺旋搅拌装置的下部还设有补风口；

优选地，所述预处理单元还包括第一引风机，所述第一引风机的入口与螺旋搅拌装置的排湿口相连。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述打散装置包括烘干打散机；

优选地，所述干燥装置包括旋风式干燥器；

优选地，所述干燥装置的级数为2～5级；

优选地，最后一级干燥装置为预煅烧装置；

优选地，所述干燥单元的气体出口与螺旋搅拌装置的搅拌桨相连；

优选地，所述煅烧装置包括回转煅烧窑；

优选地，所述煅烧装置从入口到出口方向向下倾斜，斜度为1～4％；

优选地，所述热源管道为燃料管道或热风管道；

优选地，所述煅烧单元还包括进料器、出料器和温度控制装置，所述进料器设置于煅烧装置的入口，出料器设置于煅烧装置的出口，温度控制装置设置于出料器入口处；

优选地，所述产品收集单元包括顺次连接的斗式提升机和成品仓。

4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括进料单元，所述进料单元的出口与螺旋搅拌装置的入口相连；

优选地，所述进料单元包括磷石膏储存装置、磷石膏输送装置、添加剂储存装置和添加剂给料装置，磷石膏储存装置、磷石膏输送装置和螺旋搅拌装置的入口依次相连，添加剂储存装置、添加剂给料装置和螺旋搅拌装置的入口也依次相连。

5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括冷却单元，所述冷却单元设置于煅烧单元和产品收集单元之间；

优选地，所述冷却单元包括冷却器、第一鼓风机、收尘器和产品输送装置，所述煅烧装置的出口与冷却器的入口相连，所述第一鼓风机的出口与冷却器的入口相连，所述冷却器的气体出口与收尘器的入口相连，所述冷却器的固体出口、所述收尘器的固体出口均与产品输送装置相连，所述产品输送装置与产品收集单元相连；

优选地，所述产品输送装置包括螺旋输送机；

优选地，所述装置还包括除尘单元，所述除尘单元包括除尘器和第二引风机，所述除尘器的入口与冷却单元的收尘器的气体出口和产品收集单元的气体出口相连，所述除尘器的固体出口与产品收集单元的入口相连，所述除尘器的气体出口与第二引风机相连；

优选地，所述装置还包括供热单元，所述供热单元包括热风炉，所述热风炉的气体出口与干燥单元、煅烧单元的气体入口相连；

优选地，所述供热单元还包括气体预热器和第二鼓风机，所述气体预热器的入口与第二引风机的出口相连，所述气体预热器的出口经第二鼓风机与热风炉的入口相连。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述装置生产II型无水石膏的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将磷石膏和添加剂混合后反应，然后进行打散、干燥，得到III型无水石膏；

(2)将步骤(1)得到的III型无水石膏以热交换形式进行间接煅烧处理，得到II型无水石膏。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述磷石膏为硫酸法磷酸生产工艺的副产物；

优选地，步骤(1)所述磷石膏含有磷酸、磷酸盐、氟化物和游离水；

优选地，所述磷酸的含量满足pH值为1～5，游离水的含量占磷石膏总量的10～30wt％；

优选地，步骤(1)所述添加剂包括氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙中任意一种或至少两种的组合；

优选地，步骤(1)所述磷石膏和添加剂的质量比为(150～34100):1；

优选地，步骤(1)所述混合和反应在螺旋搅拌装置中进行；

优选地，步骤(1)所述反应的温度为20～60℃；

优选地，步骤(1)所述打散后，原料的平均粒径为20～50μm；

优选地，步骤(1)所述干燥级数为2～5级；

优选地，下一级干燥的温度高于上一级干燥的温度；

优选地，最后一级干燥的温度为250～400℃；

优选地，步骤(1)所述打散、干燥过程中通入热源气。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述III型无水石膏通过热源气进行间接煅烧；

优选地，步骤(2)所述煅烧处理在煅烧装置内进行，所述煅烧装置内设有热源管道；

优选地，步骤(2)所述煅烧处理的温度为300～750℃，优选为400～650℃；

优选地，步骤(2)所述煅烧处理的时间为20～50min；

优选地，步骤(1)所述打散、干燥和步骤(2)煅烧所用热源气来自供热单元。

9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述煅烧处理后进行冷却处理；

优选地，所述冷却处理为：通入气体对煅烧后的产物进行降温，然后进行气固分离，所得固体进行产品收集，所得气体进行除尘处理；

优选地，所述气固分离后所得固体的温度已降至100℃以下；

优选地，所述除尘处理后的气体进入供热单元，用于产生热源气；

优选地，所述供热单元以煤或天然气的燃烧产生热源气；

优选地，步骤(2)所述II型无水石膏用作超硫酸盐水泥、石膏矿渣水泥或石膏复合胶凝材料的原料。

10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将磷石膏和添加剂混合后反应，所述添加剂包括氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙中任意一种或至少两种的组合，所述磷石膏和添加剂的质量比为(150～34100):1，所述反应的温度为20～60℃；

(2)将步骤(1)得到的产物进行打散、干燥，打散后原料的平均粒径为20～50μm，所述干燥级数为2～5级，下一级干燥的温度高于上一级干燥的温度，最后一级干燥的温度为250～400℃，得到III型无水石膏，所述打散、干燥过程中通入热源气；

(3)将步骤(2)得到的III型无水石膏通过热源气以热交换形式进行间接煅烧处理，煅烧处理的温度为300～750℃，煅烧处理的时间为20～50min；

(4)将步骤(3)煅烧后的产物采用气体进行降温，然后进行气固分离，所得固体温度降至100℃以下，进行产品回收，得到II型无水石膏，所述II型无水石膏用作超硫酸盐水泥、石膏矿渣水泥或石膏复合胶凝材料的原料；气固分离所得气体进行除尘处理，除尘处理后的气体进入供热单元，用于产生热源气。