CN113860269B - 一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法及其装置 - Google Patents

一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法及其装置，涉及磷石膏分段制备硫酸及其烧渣高值化利用技术领域。将磷石膏通过循环流化床还原为硫化钙和硫酸钙的混合物，然后再与经预热后的硅、铝、镁的粉状化合物物料混合后送入高温反应炉焙烧熔融，或者先送入鼓泡流化床焙烧分解，再与经预热后的硅、铝、镁的粉状化合物物料混合后送入高温反应炉熔融，熔融炉渣经喷吹或离心工艺，可制备出附加值高的矿渣棉纤维产品。焙烧过程中制得高浓度SO2烟气，送去制备硫酸。物料以粉状直接进入反应，通过分段法，使得各段反应更加完全，使制得的SO2烟气浓度更高，得到的矿渣棉纤维更细、质量更好，实现磷石膏烧渣的高附加值利用。

Description

一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法及其装置
技术领域
本发明涉及磷石膏分段制备硫酸及其烧渣高值化利用技术领域，具体涉及一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法及其装置。
背景技术
磷石膏是湿法生产磷酸的工业副产品，每生产1t磷酸产生4.5t～5.5t的磷石膏。磷石膏的主要成分为CaSO4·2H2O，并含有较的SiO2和少量MgO、Al2O3、Fe2O3、P2O5、氟化物、有机质等杂质。中国目前磷石膏存量高达约7.5亿吨，每年新增9000万吨左右，综合利用处置率不足40％。巨量磷石膏在专门的渣库集中堆存，带来了环保和安全风险，国家已不允许新建磷石膏渣库，国家和各级地方政府相关部门出台了一系列政策文件，对工业固废，尤其针对磷石膏综合利用率提出了越来越高的要求，达不到利用率要求的企业面临关停风险；另一方面，又出台一系列政策文件，鼓励和强化大宗固废和磷石膏综合利用。因此，磷石膏综合利用问题，已成为制约我国湿法磷酸和高浓度磷复肥行业可持续健康发展而亟需解决的重大问题。
目前，国内湿法磷酸、磷复肥行业副产磷石膏仍以渣库堆存为主，其综合利用率、尤其是资源化利用率仍处于较低水平，主要利用途径尚处于加工低端产品的初级阶段，如制备水泥缓凝剂，改性后用于矿井充填，加工建筑石膏等建材(各种粉材和型材)。在磷石膏制酸方面，与主流方法硫磺制酸法相比，生产成本高，而大量烧渣只能用作水泥熟料或混合材等低端产品，且质量波动大，附加价值低，缺乏经济性和竞争力，因此难以大规模应用推广。除个别装置因兼顾处理工业废物得以维持生产之外，其它磷石膏制酸联产水泥装置均先后停产。
矿渣棉纤维属于无机硅酸盐纤维，是一种以熔融炉渣为主要原料，通过离心/喷吹方法制取的一种棉丝状矿物纤维，是一种高附加值产品。矿渣棉的市场售价约2200元/t以上，部分冶金、化工、电力等耐高温矿渣棉隔热板制品的售价在10000元/t以上。目前，国内主要利用高温炼铁的高炉渣、黄磷渣等固体熔渣，通过对炉渣调质、均化(保温)、离心成纤的方法生产矿渣棉。
专利CN102530886B公开了一种磷石膏制备硫酸和水泥的方法，是通过在磷石膏中添加沙土、焦炭、石灰、粗盐和亚铁盐混合，加入回转窑进行煅烧，分解得到的SO2的烟气用于制硫酸，烧渣用作水泥熟料。
磷石膏制酸联产水泥，是在湿法磷酸和磷复肥行业自身内实现磷石膏大量消化利用的重要途径，但由于装置投资大，占地大，熟料质量波动大，生产成本高，经济性差等原因，难以推广应用，已成为亟待解决的重大问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法及其装置，解决现有磷石膏资源化利用率低的问题。该发明将磷石膏经流化床快速还原为硫化钙与硫酸钙的混合物，进行计算和配料优化，补充加入含硅、铝、镁等的原料，再通过焙烧分解和熔融过程，焙烧将磷石膏所含硫分解生成高浓度SO2烟气，用于制硫酸；熔融炉渣通过喷吹或离心工艺，可直接制备出附加价值高的矿渣棉纤维产品。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法，其特征在于：包括两段法或三段法；其中，两段法包含以下步骤：
S1-1.原料磷石膏和煤焦，采用粉状原料，无需压制成型，直接送入流化床；
S1-2.物料在流化床中，独立进行磷石膏还原；
S1-3.根据矿渣棉纤维制备所需的MK、PH率值要求，在流化床的粉状热出料中，补充所需的、经过预热的含有硅、铝、镁成分的粉状原料；
S1-4.上述热态的粉状物料混合物，直接进入焙烧分解炉，进行焙烧分解和熔融；
S1-55焙烧分解得到的高浓度S02烟气，经过配入干燥空气，将气浓控制在8.5-.12.0％，同时控制氧硫比，送到硫酸装置制硫酸；焙烧分解炉液态排出的熔融炉渣，通过喷吹或离心工艺，直接制备得到矿渣棉纤维产品；
三段法包含以下步骤：
S2-1.原料磷石膏和煤焦，采用粉状原料，无需压制成型，直接送入流化床；
S2-2.物料在流化床中，独立进行磷石膏还原；
S2-3.流化床的粉状热出料直接进入第二段焙烧分解炉，进行焙烧分解，得到的高浓度S02烟气，经过配入干燥空气，将气浓控制在8.5-12.0％，同时控制氧硫比，送到硫酸装置制硫酸；
S2-4.根据矿渣棉纤维制备所需的MK、PH率值要求，在焙烧分解炉的粉状热出料中，补充所需的、经过预热的含有硅、铝、镁成分的粉状原料；
S2-5上述热态的粉状物料混合物，直接进入熔融炉，进行熔融，液态排出的熔融炉渣，通过喷吹或离心工艺，直接制备得到矿渣棉纤维产品。
更进一步的技术方案是所述煤焦中的C与原料磷石膏中S的摩尔比为0.8～1.2：1；将煤焦和原料磷石膏粉碎混合均匀，送入流化床快速还原，在温度750～850℃条件下，反应时间2.0～20.0min；所述二段法中经过预热的含有硅、铝、镁成分的粉状原料预热温度为600-700℃，三段法中经过预热的含有硅、铝、镁成分的粉状原料预热温度为1100-1200℃；加入经过预热的含有硅、铝、镁成分的粉状原料的物料体系酸度系数Mk为1.1～1.4，pH值为4～5。
更进一步的技术方案是所述焙烧分解温度控制在1100～1350℃，时间5.0～15.0min，磷石膏中硫的分解逸出率为95-98％。
更进一步的技术方案是所述熔融温度为1350～1550℃，熔融时间20.0～90.0min，生成的熔融炉渣粘度为1～3Pa·s。
更进一步的技术方案是所述煤焦为C还原剂，选自褐煤、无烟煤、焦炭、焦丁、白煤中的一种或几种。
更进一步的技术方案是所述的含硅成分的粉状原料选自硅石粉、粉煤灰、焦灰、高炉渣、钾长石中的一种或几种。
更进一步的技术方案是所述的含铝成分的粉状原料选自粉煤灰、焦灰、高炉渣中的一种或几种。
更进一步的技术方案是所述的含镁成分的粉状原料选自硼镁矿、轻烧镁或高炉渣中的一种或两种。
更进一步的技术方案是所述步骤S2中混合物粉碎后过30～80目筛，步骤S3中含硅、铝、镁的粉状化合物物料粒径为50～100目。
更进一步的技术方案是所述步骤S3中矿渣棉纤维主要组分的质量百分含量为SiO236-42％、Al2O35-12％、CaO 28-47％，MgO 1-8％、Fe2O31-5％、(K2O+NaO)0-1.2％。
更进一步的技术方案是熔渣酸度系数Mk为所含酸性氧化物和碱性氧化物的质量比，Mk＝(WSiO2+WAl2O3)/(WCaO+WMgO)。
更进一步的技术方案是熔渣pH值的计算方法为：
pH＝-0.0602WSiO2-0.120WAl2O3+0.232WCaO+0.120WMgO+0.144WFe2O3+0.21WNa2O。
更进一步的技术方案是所述两段法的生产装置包括依次连接的循环流化床、混合装置、高温反应炉和高速离心机，混合装置连接有预热装置；循环流化床排出的尾气出口依次连接有第一除尘装置、燃烧装置、尾气洗涤系统，高温反应炉的出口含有高浓度SO2的烟气，并依次与第二除尘装置、余热回收装置和制硫酸装置连接，制硫酸装置出口尾气与尾气洗涤系统连接。
更进一步的技术方案是所述三段法的生产装置包括依次连接的循环流化床、鼓泡流化床、混合装置、高温反应炉和高速离心机，混合装置连接有预热装置；循环流化床排出的尾气出口依次连接有第一除尘装置、燃烧装置、尾气净化洗涤系统，鼓泡流化床的出口含有高浓度SO2的烟气，且依次与第二除尘装置、余热回收装置和制硫酸装置连接，制硫酸装置出口尾气与尾气洗涤净化系统连接。
工作机理：
首先通过循环流化床将磷石膏还原为硫化钙和硫酸钙的混合物，还原反应后的热物料补充经预热的硅、铝、镁的化合物原料，进一步提高磷石膏中的硅、铝、镁的含量，达到满足制矿渣棉纤维的配料要求。
反应原理为；
还原反应：CaSO4+2C＝CaS+CO2(吸热反应)
CaSO4+4CO＝CaS+4CO2(吸热反应)
焙烧分解反应：2CaS+3O2＝＝2CaO+2SO2(放热反应)
CaS+3CaSO4＝4CaO+4SO2(吸热反应)
2CaSO4＝2CaO+O2+2SO2(吸热反应)
磷石膏的主要成分为二水硫酸钙，还原产物为硫化钙和硫酸钙的混合物，根据硅化物、铝化物和镁化物和还原产物中CaO、SiO2、Al2O3、MgO的含量，按照熔渣Mk为1.1～1.5，pH值为4～5，优化确定各自配料量。pH值是衡量矿渣棉纤维化学稳定性较准确的指标。
熔融炉渣粘度与温度有一定关系，在较高温度时，粘度较小，流动性较好。当温度降低到一定程度时，粘度急剧增大，流动性相对较差。制取矿渣棉合理的优化的熔体粘度1～3Pa·s，对应的区间温度约1350～1550℃，能够满足制备矿渣棉的要求。当熔融炉渣酸度系数Mk为1.1～1.5时，纤维直径均小于6.0μm，变化幅度不大，随着Mk的增大，矿渣棉直径略有增大趋势。优选的，循环流化床的反应温度为850℃，停留时间为5min，反应产物主要为CaS、CaSO4组成的混合物。焙烧温度1220℃左右，停留时间为5min，反应产物主要为多物相烧渣(主要含有Ca、Si、Al、Mg等)以及高浓度SO2烟气。熔融温度1450℃，停留时间为30min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：将磷石膏通过循环流化床还原为硫化钙和硫酸钙的混合物，然后再与经预热后的硅、铝、镁的粉状化合物物料混合后送入高温反应炉焙烧熔融，或者先送入鼓泡流化床焙烧分解，再与经预热后的硅、铝、镁的粉状化合物物料混合后送入高温反应炉熔融，熔融炉渣经喷吹或离心工艺，可制备出附加值高的矿渣棉纤维产品。焙烧过程中制得高浓度SO2烟气，送去制备硫酸。物料以粉状直接进入反应，通过分段法，使得各段反应更加完全，使制得的SO2烟气浓度更高，得到的矿渣棉纤维更细、质量更好。
过程中，磷石膏中S元素循环回收利用的同时，实现磷石膏烧渣的高附加值利用，同时还可充分利用磷石膏所含钙、较高的硅以及铝、镁等杂质成分，转变为制备矿渣棉的原料，进一步减少和节约硅钙石和其它矿物以及粉煤灰等其它价值更高的固废原料，降低生产成本，减少硅等矿物开采对环境的影响，使得磷石膏制酸更具有经济效益和生态环境效益，有利于磷石膏在化工领域的大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明中的一个工艺流程图。
图2为本发明中的另一个工艺流程图。
图中：1-循环流化床，2-混合装置，3-高温反应炉，4-高速离心机，5-预热装置，6-第一除尘装置，7-燃烧装置，8-第二除尘装置，9-余热回收装置，10-制硫酸装置，11-鼓泡流化床，12-尾气洗涤系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
图1示出了一种磷石膏通过二段法制备硫酸和矿渣棉纤维的装置，包括依次连接的循环流化床1、混合装置2、高温反应炉3和高速离心机4，混合装置2连接有预热装置5，流化床1尾气出口依次连接有第一除尘装置6、燃烧装置7、尾气洗涤系统12，高温反应炉3依次与第二除尘装置8、余热回收装置9和制硫酸装置10连接，制硫酸装置10尾气出口与尾气洗涤系统12连接。
制备方法主要包括如下步骤：
S1.在粉状磷石膏中加入炭基还原性物料；其中所述还原性物料中的C与磷石膏中S的摩尔比为0.8～1.2：1；
S2.将步骤S1中的混合物料粉碎混合均匀送入循环流化床1内快速还原，在温度750～850℃条件下，反应时间2.0～20.0min；
S3.在步骤S2得到的、循环流化床排出物料中，加入预热到600～700℃的含硅、铝、镁的粉状化合物物料，在混合装置2内混合均匀，控制物料体系酸度系数Mk为1.1～1.4，pH值为4～5，送入高温反应炉3内进行焙烧和熔融；其中焙烧温度1100℃，焙烧时间5.0～15.0min，熔融温度1350～1550℃，熔融时间20.0～90.0min，生成的熔融炉渣经过高速离心机4制备成矿渣棉纤维；所述熔融炉渣粘度为1～3Pa·s；
S4.将反应S3生成的高浓度SO2烟气，经过配入干燥空气控制氧硫比，进入转化器进行SO2转化为SO3制硫酸，磷石膏中硫的分解逸出率为95..0％。循环流化床1中出来的尾气经除尘后，未完全反应的CO在燃烧装置7内进一步燃烧后，经洗涤净化后排空。
实施例2
图2示出了一种磷石膏通过三段法制备硫酸和矿渣棉纤维的装置，包括依次连接的循环流化床1、鼓泡流化床11、混合装置2、高温反应炉3和高速离心机4，混合装置2连接有预热装置5，流化床1尾气出口依次连接有第一除尘装置6、燃烧装置7、尾气洗涤系统12，高温反应炉3、鼓泡流化床11尾气出口依次与第二除尘装置8、余热回收装置9和制硫酸装置10连接，制硫酸装置10尾气出口与尾气洗涤系统12连接。
制备方法主要包括如下步骤：
S1.在粉状磷石膏中加入炭基还原性物料；其中所述还原性物料中的C与磷石膏中S的摩尔比为0.8～1.0：1；
S2.将步骤S1中的、循环流化床排出物料中，粉碎混合均匀送入循环流化床1内快速还原，在温度750～850℃条件下，反应时间2.0～20.0min；
S3.在步骤S2得到的物料，送入鼓泡流化床11内焙烧分解，焙烧分解温度1150℃，焙烧时间5.0～15.0min，制得高浓度SO2烟气和粉状烧渣；
S4.粉状烧渣中，加入预热到1100～1200℃的含硅、铝、镁的粉状化合物物料，在混合装置2内混合均匀，控制物料体系酸度系数Mk为1.1～1.4，pH值为4～5，送入高温反应炉3内进行熔融；熔融温度1400～1550℃，熔融时间30.0～90.0min，生成的熔融炉渣经过高速离心机4制备成矿渣棉纤维；所述熔融炉渣粘度为1～3Pa·s；
S4.将反应S3生成的高浓度SO2烟气，经过配入干燥空气控制氧硫比，进入转化器进行SO2转化为SO3制硫酸，磷石膏中硫的分解逸出率为95.6％。
实施例3
本实施例及以下实施例中所用原料组成如表1。
表1实施例中所用原料组成(质量分数％)
CaO SiO2 Al2O3 MgO Fe2O3 Na2O SO3
磷石膏 28.00 13.50 0.21 0.034 0.13 0.05 38.72
粉煤灰 6.09 37.27 26.64 5.19 2.03 0.26
铁尾矿 3.06 71.93 4.93 4.14 4.75 0.92
硅石 2.22 87.3 3.35 0.36 0.93 0.21
将100质量份磷石膏干基，按照炭(C)和磷石膏中硫(S)的摩尔比为0.8加入焦炭(固定碳含量为63.62％)7.5质量份，送入循环流化床，温度为850℃，物料平均停留时间为5.0分钟，按矿渣棉的配料要求，熔渣的酸度指数Mk＝1.35,pH＝5.0，将21.5质量份的粉煤灰、10质量份的铁尾矿和15质量份的硅石粉碎过40目筛，预热至800℃，与流化床热出料混合，送入高温反应炉，依次进行焙烧分解和熔融；控制焙烧分解层温度为1220℃，物料平均停留时间为5.0分钟，熔融层温度为1450℃，物料平均停留时间为20.0分钟，生成的熔融炉渣经过喷吹制备矿渣棉纤维；熔融炉渣粘度为1.8Pa·s。磷石膏中硫的分解逸出率为97.0％，反应生成的烟气中SO2的质量分数为16.0％，烟气从上部排出，经除尘、余热回收和洗涤净化后，经过配入干燥空气控制氧硫比，进入转化器进行SO2转化为SO3制硫酸，熔融炉渣经导流槽排出，通过喷吹工艺制备矿渣棉。制备的矿渣棉中各成分含量：CaO 34.58％、SiO241.38％、Al2O36.95％、MgO 1.62％、Fe2O31.18％、Na2O 0.23％，含水率为0.19％，纤维直径4.8μm，渣球含量4.49％。
实施例4
将100质量份的磷石膏，按照炭(C)和磷石膏中硫(S)的摩尔比为0.9加入焦炭(固定碳含量65.1％)8.2质量份，送入循环流化床，控制还原温度为800℃，物料平均停留时间为10.0分钟，按矿渣棉的配料要求，熔渣的酸度指数MK＝1.39，pH＝4.95,将22.5质量份的煤粉、25质量份的铁尾矿、3质量份的硅石粉碎过40目筛，预热至800℃，与流化床出料热混合，送入高温反应炉，依次进行焙烧氧化和熔融；其中：焙烧层温度为1200℃，物料平均停留时间为10.0分钟，熔融层温度为1400℃，物料平均停留时间为30.0分钟，生成熔融炉渣经过喷吹制备矿渣棉纤维；熔融炉渣粘度为2.1Pa·s。磷石膏中硫的逸出率为96.8％，反应生成的烟气中SO2的质量分数为16.2％，烟气从上部排出，经除尘、余热回收和洗涤净化后，经过配入干燥空气控制氧硫比，进入转化器进行SO2转化为SO3制硫酸，熔融炉渣经导流槽排出，通过喷吹工艺制备矿渣棉。制备的矿渣棉中各成分含量：CaO 33.67％、SiO242.49％、Al2O37.54％、MgO 2.24％、Fe2O31.80％、Na2O 0.35％，含水率为0.61％，纤维直径4.2μm，渣球含量3.18％。
实施例5
将100质量份的磷石膏，按照炭(C)和磷石膏中硫(S)的摩尔比为0.85加入焦炭(固定碳含量68.21％)7.4质量份，送入循环流化床，控制还原温度为880℃，物料平均停留时间为10.0分钟，按矿渣棉的配料要求，熔渣的酸度指数Mk＝1.40，pH＝4.86，将24质量份的煤粉、20质量份的铁尾矿和6质量份的硅石粉碎过40目筛，预热至880℃，与流化床出料热混合，送入高温反应炉，依次进行焙烧氧化和熔融；其中：焙烧层温度为1250℃，物料平均停留时间为4.0分钟，熔融层温度为1550℃，物料平均停留时间为35.0分钟，生成熔融炉渣经过喷吹制备矿渣棉纤维；熔融炉渣粘度为2.3Pa·s。磷石膏中硫的逸出率为97.2％，反应生成的烟气中SO2的质量分数为15.3％，烟气从上部排出，经除尘、余热回收和洗涤净化后，经过配入干燥空气控制氧硫比，进入转化器进行SO2转化为SO3制硫酸，，熔融炉渣从下部排出，通过喷吹工艺制备矿渣棉。制备的矿渣棉中各成分含量：CaO 33.62％、SiO242.21％、Al2O37.89％、MgO 2.15％、Fe2O31.63％、Na2O 0.31％，含水率为2％，纤维直径2.0μm，渣球含量4.21％。
实施例6
将100质量份60℃烘干后的磷石膏，按照炭(C)和磷石膏中硫(S)的摩尔比为0.8加入焦炭(固定碳含量为63.62％)7.5质量份，送入循环流化床，温度为850℃，物料平均停留时间为5.0分钟；后送入鼓泡流化床氧化焙烧，控制焙烧温度为1220℃，物料平均停留时间为5.0分钟；按矿渣棉的配料要求，熔渣的酸度指数Mk＝1.35，pH＝5.0，将21.5质量份的粉煤灰、10质量份的铁尾矿和15质量份的硅石粉碎过40目筛，预热至1400℃，与流化床热出料热混合，送入高温反应炉熔融，温度为1450℃，物料平均停留时间为30分钟，熔融炉渣粘度为1.8Pa·s。磷石膏中硫的逸出率为97.2％，反应生成的烟气中SO2的质量分数为16.5％，烟气从上部排出，经除尘、余热回收和洗涤净化后，经过配入干燥空气控制氧硫比，进入转化器进行SO2转化为SO3制硫酸，熔融炉渣从下部排出，通过喷吹工艺制备矿渣棉。制备的矿渣棉中各成分含量：CaO 34.58％、SiO241.83％、Al2O36.95％、MgO 1.62％、Fe2O31.18％、Na2O 0.23％，含水率为0.19％，纤维直径5.8μm，渣球含量4.49％。
实施例7
将100质量份的磷石膏，按照炭(C)和磷石膏中硫(S)的摩尔比为0.9加入焦炭(固定碳含量65.1％)8.2质量份，送入循环流化床，控制还原温度为800℃，物料平均停留时间为10.0分钟；送入鼓泡流化床氧化焙烧，控制焙烧温度为1220℃，物料平均停留时间为5.0分钟；按矿渣棉的配料要求,熔渣的酸度指数Mk＝1.39，pH＝4.95,将22.5质量份的粉煤灰、25质量份的铁尾矿、3质量份的硅石粉碎过40目筛，预热至1400℃，与鼓泡流化床出料热混合，送入高温反应炉进行熔融，温度为1400℃，物料平均停留时间为40.0分钟，熔融炉渣粘度为2.1Pa·s。磷石膏中硫的分解逸出率为96.9％，反应生成的烟气中SO2的质量分数为15.9％，烟气从上部排出，经除尘、余热回收和洗涤净化后，经过配入干燥空气控制氧硫比，进入转化器进行SO2转化为SO3制硫酸，熔融炉渣从下部排出，通过喷吹工艺制备矿渣棉。制备的矿渣棉中各成分含量：CaO 33.67％、SiO242.49％、Al2O37.54％、MgO 2.24％、Fe2O31.80％、Na2O 0.35％，含水率为2.0％，纤维直径4.9μm，渣球含量3.76％。
实施例8
将100质量份的磷石膏，按照炭(C)和磷石膏中硫(S)的摩尔比为0.85加入焦炭(固定碳含量68.21％)7.4质量份，送入循环流化床，控制还原温度为880℃，物料平均停留时间为10.0分钟；送入鼓泡流化床氧化焙烧，控制焙烧温度为1250℃，物料平均停留时间为4.0分钟；按矿渣棉的配料要求，熔渣的酸度指数Mk＝1.40，pH＝4.86，将24质量份的粉煤灰、20质量份的铁尾矿和6质量份的硅石粉碎过40目筛，预热至1400℃，与鼓泡流化床出料热混合，送入高温反应炉进行熔融，熔融温度为1550℃，物料平均停留时间为30.0分钟，生成熔融炉渣经过喷吹制备矿渣棉纤维，熔融炉渣粘度为2.3Pa·s。磷石膏中硫的逸出率为97.5％，反应生成的烟气中SO2的质量分数为15.0％，烟气从上部排出，经除尘、余热回收和洗涤净化后，经过配入干燥空气控制氧硫比，进入转化器进行SO2转化为SO3制硫酸，熔融炉渣从下部排出，通过喷吹工艺制备矿渣棉。制备的矿渣棉中各成分含量：CaO 33.62％、SiO242.21％、Al2O37.89％、MgO 2.15％、Fe2O31.63％、Na2O 0.31％，含水率为2％，纤维直径2.0μm，渣球含量4.21％。
以上仅为本发明的优选实施例举例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的创造性、创新性原则之内，所作的任何修改、改进、等同替换等，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法，其特征在于：包括两段法或三段法；其中，两段法包含以下步骤：
S1-1.原料磷石膏和煤焦，采用粉状原料，无需压制成型，直接送入流化床；
S1-2.物料在流化床中，独立进行磷石膏还原；
S1-3.根据矿渣棉纤维制备所需的MK、PH率值要求，在流化床的粉状热出料中，补充所需的、经过预热的含有硅、铝、镁成分的粉状原料；
S1-4.上述热态的粉状物料混合物，直接进入焙烧分解炉，进行焙烧分解和熔融；
S1-5.焙烧分解得到的高浓度S02烟气，经过配入干燥空气，将气浓控制在8.5-.12.0％，同时控制氧硫比，送到硫酸装置制硫酸；焙烧分解炉液态排出的熔融炉渣，通过喷吹或离心工艺，直接制备得到矿渣棉纤维产品；
三段法包含以下步骤：
S2-1.原料磷石膏和煤焦，采用粉状原料，无需压制成型，直接送入流化床；
S2-2.物料在流化床中，独立进行磷石膏还原；
S2-3.流化床的粉状热出料直接进入第二段焙烧分解炉，进行焙烧分解，得到的高浓度S02烟气，经过配入干燥空气，将气浓控制在8.5-12.0％，同时控制氧硫比，送到硫酸装置制硫酸；
S2-4.根据矿渣棉纤维制备所需的MK、PH率值要求，在焙烧分解炉的粉状热出料中，补充所需的、经过预热的含有硅、铝、镁成分的粉状原料；
S2-5.上述热态的粉状物料混合物，直接进入熔融炉，进行熔融，液态排出的熔融炉渣，通过喷吹或离心工艺，直接制备得到矿渣棉纤维产品；
所述煤焦中的C与原料磷石膏中S的摩尔比为0.8～1.2：1；将煤焦和原料磷石膏粉碎混合均匀，送入流化床快速还原，在温度750～850℃条件下，反应时间5.0～10.0min；所述二段法中经过预热的含有硅、铝、镁成分的粉状原料预热温度为600～700℃，三段法中经过预热的含有硅、铝、镁成分的粉状原料预热温度为1100～1200℃；加入经过预热的含有硅、铝、镁成分的粉状原料的物料体系酸度系数Mk为1.1～1.4，pH值为4～5；所述焙烧分解温度控制在1100～1350℃，时间5.0～15.0min，磷石膏中硫的分解逸出率为95-98％；所述熔融温度为1350～1550℃，熔融时间20.0～90.0min，生成的熔融炉渣粘度为1～3Pa·s。
2.根据权利要求1所述的一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法，其特征在于：所述煤焦为C还原剂，选自褐煤、无烟煤、焦炭、焦丁、白煤中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法，其特征在于：所述的含硅成分的粉状原料选自硅石粉、粉煤灰、焦灰、高炉渣、钾长石中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法，其特征在于：所述的含铝成分的粉状原料选自粉煤灰、焦灰、高炉渣中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法，其特征在于：所述的含镁成分的粉状原料选自硼镁矿、轻烧镁或高炉渣中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法，其特征在于：所述两段法的生产装置包括依次连接的循环流化床(1)、混合装置(2)、高温反应炉(3)和高速离心机(4)，混合装置(2)连接有预热装置(5)；循环流化床(1)排出的尾气出口依次连接有第一除尘装置(6)、燃烧装置(7)、尾气洗涤系统(12)，高温反应炉(3)的出口含有高浓度SO2的烟气，并依次与第二除尘装置(8)、余热回收装置(9)和制硫酸装置(10)连接，制硫酸装置(10)出口尾气与尾气洗涤系统(12)连接。
7.根据权利要求1所述的一种磷石膏分段制备硫酸和矿渣棉纤维的方法，其特征在于：所述三段法的生产装置包括依次连接的循环流化床(1)、鼓泡流化床(11)、混合装置(2)、高温反应炉(3)和高速离心机(4)，混合装置(2)连接有预热装置(5)；循环流化床(1)排出的尾气出口依次连接有第一除尘装置(6)、燃烧装置(7)、尾气净化洗涤系统(12)，鼓泡流化床(11)的出口含有高浓度SO2的烟气，且依次与第二除尘装置(8)、余热回收装置(9)和制硫酸装置(10)连接，制硫酸装置(10)出口尾气与尾气洗涤净化系统(12)连接。
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