CN115893884B - 一种酸性磷石膏煅烧净化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种酸性磷石膏煅烧净化系统及方法，所述方法包含煅烧工序和陈化冷却工序。磷石膏经进料装置进入文丘里干燥器，在280‑600℃热气体作用下脱除部分吸附水和少量结晶水，同时预热磷石膏物料。预热后磷石膏与来自快速煅烧反应器的热烟气进行两级预热回收系统热量，两级预热后的磷石膏进入快速煅烧反应器，在350‑900℃热气体作用下快速煅烧5s‑30min，将磷石膏中的氟类杂质、有机物和可溶磷在高温下分解或快速转化为难溶盐，磷石膏煅烧净化后得到煅烧粉。煅烧粉进入陈化冷却工序，在流态化陈化冷却反应器内水含量为0.2‑40％(体积)的气体作用下快速陈化和均化得到建筑石膏或与冷空气换热回收热量后得到无水石膏(Ⅱ)产品。
Description
技术领域
本发明涉及磷石膏煅烧净化技术领域，尤其涉及一种磷石膏净化制备石膏产品的系统以及方法。
背景技术
磷石膏是湿法生产磷酸时所排出的工业废渣，每生产1t磷酸约产生4.5-5.5t磷石膏。磷石膏是一种重要的再生石膏资源，主要成分是二水硫酸钙，磷石膏中硫酸钙干基质量分数一般超过80％。此外还含有磷类杂质、氟类杂质、有机类杂质、金属盐和放射性元素等，磷石膏中含有的磷、氟、有机质杂质是限制磷石膏利用的主要原因。
磷是磷石膏中主要的有害杂质，磷石膏中的磷主要以可溶性磷、共晶磷、难溶性磷三种形式存在，难溶物覆盖在磷石膏表面，阻碍石膏继续溶出和水化，从而延长磷石膏及其制品的凝结硬化时间、降低水泥早期强度和降低石膏制品的强度，其中以可溶性磷对磷石膏性能影响最大。
磷石膏中的氟以可溶氟NaF和难溶氟(CaF、Na2SiF6、Na2AlF6)两种形式存在。可溶性氟是影响磷石膏性能的主要物质，具有促凝作用。若质量分数超过0.3％时，可溶性氟会使水化产物晶体粗化，晶体间分子力削弱，结构疏松，从而降低磷石膏的强度。难溶性氟有惰性，可以作为惰性填料对磷石膏基本不产生影响，若以结晶络合物存在，则会有很大的活性和热不稳定性。
磷石膏中的有机物来源于磷矿石中的有机杂质，以及在一些工艺生产中所加的有机添加剂，其杂质组分主要是乙二醇甲醚乙酸酯、异硫氰甲烷、3-甲氧基正戊烷等。有机物一般呈现絮状，它们分布在二水石膏晶体表面，其质量分数随磷石膏粒度的增大而增加。若磷石膏作为胶凝材料使用时，该杂质的存在会明显地增加需水量，同时又会减弱二水石膏晶体间的接合，削弱晶体间的分子力，使硬化体结构疏松，强度降低。
现有技术在预处理磷石膏中杂质时通常采用的方式为碱改性、水洗、浮选和放置。其中水洗的方法是预处理磷石膏最为常用的方式，处理后磷石膏性能较稳定，而且水洗后的磷石膏晶体干净清晰，轮廓分明，胶结材料及其硬化体显微结构接近天然石膏。但是水洗的缺点也非常显著，主要是生产线一次投资大，水耗和能耗均较高，水洗后污水排放造成二次污染等。浮选的方法是利用水洗时有机物浮上水面的特性，通过浮选设备将浮在水面上的有机物除去，也去除部分可溶磷和可溶氟。该方法与水洗相比耗水较少，但是该方法仅对有机物的去除较为有效而对可溶性杂质的去除量不像水洗那样显著，因此该方法仅适用于特定杂质分布的磷石膏。另外，放置也是预处理磷石膏的常用方法，长时间的放置能够使得磷石膏中的杂质逐渐通过渗滤液排出或者被消解，处置效果有限，因此它通常是用来配合其它方法。磷石膏通常需要放置陈化3-5年才能够加工利用成下游产品；而在水洗法等常规的预处理中，所用的磷石膏也大多数是放置两年以上的磷石膏。磷石膏建库堆存不但占用大量土地，同时由于磷石膏中的有害物质的渗漏转移更给周围环境带来了严重环境问题。现有专利也提供了一些磷石膏净化的方法。
中国实用新型专利CN214270704U公开了一种采用浮选加水洗磷石膏的装置，所述装置包括原料供应系统，制浆系统、浮选系统，过滤系统，污水净化系统。该装置内磷石膏在浮选药剂和水的作用下加工成可生产α石膏和β石膏的原料。
中国专利CN112808736B公开了一种磷石膏的净化和无害化处理方法，该方法通过浮选将混于磷石膏中的部分杂质和有害物质吸附或粘结在泡沫中，实现将部分杂质从磷石膏中分离除去，得到的浮选浆料经过固液分离后得到的精磷石膏符合一级磷石膏标准；将精磷石膏进行净化后，再进一步将部分重金属离子转化为难溶固体，得到无害精磷石膏。处理过程是额外添加水和浮选药剂而后进行浮选。
中国专利申请CN113620625A公开了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，将磷石膏进行第一煅烧处理得到半水磷石膏，将所述半水磷石膏依次进行酸处理和第二煅烧处理后得到白色无水磷石膏。处理过程包含酸洗和两次煅烧，流程较长，酸洗后液体可能二次污染。
综上所述，以上方法存在工艺过程对磷石膏中有机物含量有选择性；一次性投资大、能耗高、污水排放的二次污染以及其它污染、还有工艺较复杂等问题；磷石膏的煅烧与无害化处理分开进行，需要额外的水或浮选剂。因此，需要一种经济有效、环境友好且快速的酸性磷石膏净化生产石膏产品的系统以及方法。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种酸性磷石膏煅烧净化系统及方法，本发明除杂过程没有额外加入水或添加剂，除杂与磷石膏煅烧同时完成。一套装置能生产两种产品，即将酸性磷石膏快速煅烧净化生产建筑石膏或无水石膏(Ⅱ)产品。制备建筑石膏产品时煅烧后的磷石膏直接经陈化、均化得到建筑石膏产品，实现除杂，煅烧，陈化在一个系统内完成。系统效率高，产品性能良好。并且石膏陈化速率快，物料均匀，产品质量稳定，不存在过度陈化现象；能够缩短陈化时间，提高陈化效率和产品质量；达到酸性磷石膏净化，煅烧和快速陈化，均化制备建筑石膏或无水石膏(Ⅱ)产品的目的。
为达到上述目的，本发明提供一种酸性磷石膏煅烧净化系统：
所述系统由煅烧工序和陈化冷却工序组成，包括进料装置、文丘里干燥器、热风炉Ⅰ、旋风除尘Ⅰ、布袋除尘Ⅰ、一级预热、二级预热、快速煅烧反应器、旋风除尘Ⅱ、热风炉Ⅱ、流态化陈化冷却反应器、供风单元、增湿单元、旋风除尘Ⅲ和布袋除尘Ⅱ；
所述煅烧工序中，进料装置出口与文丘里干燥器固体入口相连，文丘里干燥器出口与旋风除尘Ⅰ的气体入口相连，旋风除尘Ⅰ的气体出口与布袋除尘Ⅰ的入口相连。热风炉Ⅰ热烟气出口与文丘里干燥器气体入口相连，旋风除尘Ⅰ的固体出口与一级预热进口相连，一级预热与二级预热依次串联。二级预热固体出口与快速煅烧反应器固体入口相连。热风炉Ⅱ热烟气出口与快速煅烧反应器下部气体分布器入口相连，快速煅烧反应器气体出口与旋风除尘Ⅱ入口相连，旋风除尘Ⅱ气体出口与二级预热气体进口相连。旋风除尘Ⅱ固体出口与流态化陈化反应器固体入口相连。布袋除尘Ⅰ固体出口与快速煅烧反应器固体入口相连。
所述陈化冷却工序中，供风单元气体出口与增湿单元入口相连或与流态化陈化反应器气体分布器入口相连。增湿单元气体出口与流态化陈化反应器气体分布器入口相连。流态化陈化反应器气体出口与旋风除尘Ⅲ入口相连。所述布袋除尘Ⅰ和布袋除尘Ⅱ的气体出口与引风机的进口相连，引风机与烟囱相连。
优选地，所述快速煅烧反应器为文丘里反应器、输送床反应器和流化床反应器中的一种或两种的组合。
优选地，采用流化床反应器时密相段有带控制阀的固体出口与流态化陈化反应器固体入口相连。
优选地，所述流态化陈化冷却反应器由一个或多个流态化反应室组成。
优选地，所述旋风除尘Ⅰ、旋风除尘Ⅱ或旋风除尘Ⅲ由一个或多个旋风分离器串/并联组成。
优选地，所述供风单元为风机或空压机。
优选地，所述增湿单元为一个或一组并联的增湿罐；所述增湿罐包括气体进口、气体出口、进水口、排空口和液位计；所述增湿罐内设置气体分布器和破沫网，所述破沫网在气体出料口下方，所述气体分布器与气体进料口相联。
本发明还提供了一种酸性磷石膏煅烧净化方法。
所述方法包含煅烧工序和陈化冷却工序。磷石膏经进料系统进入文丘里干燥器，在来自热风炉Ⅰ出口的280-600℃热气体作用下脱除部分吸附水和少量结晶水，同时预热磷石膏物料。文丘里干燥器出口气体依次经旋风分离和布袋除尘分离粉尘经引风机到烟囱达标排放。预热后磷石膏与来自快速煅烧反应器的热烟气进行两级预热回收系统热量，两级预热后的磷石膏与文丘里气体除尘分离下的固体一起进入快速煅烧反应器，在来自热风炉Ⅱ的350℃-900℃热气体作用下快速煅烧5s-30min，将磷石膏中的氟类杂质、有机物和可溶磷在高温下分解或快速转化为难溶盐，磷石膏煅烧后得到煅烧粉。煅烧粉进入陈化冷却工序在流态化陈化冷却反应器内，在来自增湿单元水含量为0.2-40％(体积)的气体作用下快速陈化和均化得到建筑石膏。制备无水石膏(Ⅱ)产品时煅烧粉在陈化冷却工序煅烧粉与空气换热，冷却回收热量后得到产品。两个工序的气体经旋风除尘和布袋除尘器净化除尘后经引风机到烟囱达标排放。
所述一种酸性磷石膏煅烧净化的系统方法生产建筑石膏时，煅烧粉经陈化单元实现石膏的快速陈化和均化。也可直接冷却得到建筑石膏产品。
所述一种酸性磷石膏煅烧净化的系统调节工艺过程的温度和反应时间可以生产建筑石膏或无水石膏(Ⅱ)产品，实现一套装置生产两种产品。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种酸性磷石膏煅烧净化制备建筑石膏产品的方法。
所述方法采用煅烧工序和陈化冷却工序生产建筑石膏产品步骤如下：
(1)磷石膏经进料装置进入文丘里干燥器，与来自热风炉Ⅰ的280-600℃热气体作用下脱除部分吸附水和少量结晶水，同时磷石膏物料预热到70-140℃；
(2)预热后的磷石膏经两级预热进入快速煅烧反应器，与来自热风炉Ⅱ的350℃-650℃热气体作用下快速煅烧5s-30min。
(3)煅烧粉进入陈化冷却工序在流态化陈化冷却反应器内，在来自增湿单元水含量为0.2-40％(体积)的气体作用下快速陈化和均化得到建筑石膏。
所述步骤经煅烧工序和陈化冷却工序完成，采用以下工艺流程：
所述煅烧工序进料装置出口与文丘里干燥器固体入口相连，文丘里干燥器出口与旋风除尘Ⅰ的气体入口相连，旋风除尘Ⅰ的气体出口与布袋除尘Ⅰ的入口相连。热风炉Ⅰ热烟气出口与文丘里干燥器气体入口相连，旋风除尘Ⅰ的固体出口与一级预热进口相连，一级预热与二级预热依次串联。二级预热固体出口与快速煅烧反应器固体入口相连。热风炉Ⅱ的热烟气出口与快速煅烧反应器下部气体分布器入口相连，快速煅烧反应器气体出口与旋风除尘Ⅱ入口相连，旋风除尘Ⅱ气体出口与二级预热气体进口相连。旋风除尘Ⅱ固体出口与流态化冷却反应器固体入口相连。一级预热气体出口与文丘里干燥器气体入口相连。布袋除尘Ⅰ固体出口与快速煅烧反应器固体入口相连。
所述陈化冷却工序中供风单元气体出口与增湿单元入口相连，增湿单元气体出口与流态化陈化反应器气体分布器入口相连。流态化陈化反应器气体出口与旋风除尘Ⅲ入口相连。旋风除尘Ⅲ气体出口与布袋除尘Ⅱ入口相连。旋风除尘Ⅲ和布袋除尘Ⅱ的固体出口与流态化陈化反应器出口相连。流态化陈化反应器换热介质为空气，换热介质的空气出口与热风炉Ⅱ空气入口相连。
优选地，所述步骤经煅烧工序和陈化冷却工序完成，工艺如下：
煅烧工序进料装置出口与文丘里干燥器固体入口相连，文丘里干燥器出口与旋风除尘Ⅰ的气体入口相连，旋风除尘Ⅰ的气体出口与布袋除尘Ⅰ的入口相连。热风炉Ⅰ热烟气出口与文丘里干燥器气体入口相连，旋风除尘Ⅰ的固体出口与一级预热进口相连，一级预热与二级预热依次串联。二级预热固体出口与快速煅烧反应器固体入口相连。热风炉Ⅱ的热烟气出口与快速煅烧反应器下部气体分布器入口相连，快速煅烧反应器气体出口与旋风除尘Ⅱ入口相连，旋风除尘Ⅱ气体出口与二级预热气体进口相连。旋风除尘Ⅱ固体出口与流态化冷却反应器固体入口相连。一级预热气体出口与文丘里干燥器气体入口相连。布袋除尘Ⅰ固体出口与快速煅烧反应器固体入口相连。所述陈化冷却工序中供风单元气体出口与流态化陈化反应器气体分布器入口相连。流态化陈化反应器气体出口与旋风除尘Ⅲ入口相连。旋风除尘Ⅲ气体出口与布袋除尘Ⅱ入口相连。旋风除尘Ⅲ和布袋除尘Ⅱ的固体出口与流态化陈化反应器出口相连。流态化陈化反应器换热介质为空气，换热介质的空气出口与热风炉Ⅱ空气入口相连。
第二方面，本发明提供一种酸性磷石膏煅烧净化制备无水石膏(Ⅱ)产品的方法。
所述系统方法采用煅烧工序和陈化冷却工序生产无水石膏(Ⅱ)产品步骤如下：
(1)磷石膏经进料装置进入文丘里干燥器，与旋风除尘Ⅲ出口热气体作用下预热干燥，同时预热磷石膏物料。
(2)预热后的磷石膏经两级预热进入快速煅烧反应器，与来自热风炉Ⅱ的500℃-900℃热气体作用下快速煅烧5s-30min。
(3)煅烧粉进入陈化冷却工序在流态化陈化冷却反应器内，在空气和换热介质的作用下回收热量，冷却固体物料得到无水石膏(Ⅱ)。
所述煅烧工序进料装置出口与文丘里干燥器固体入口相连，文丘里干燥器出口与旋风除尘Ⅰ的气体入口相连，旋风除尘Ⅰ的气体出口与布袋除尘Ⅰ的入口相连。热风炉Ⅰ热烟气出口与文丘里干燥器气体入口相连，旋风除尘Ⅰ的固体出口与一级预热进口相连，一级预热与二级预热依次串联。二级预热固体出口与快速煅烧反应器固体入口相连。热风炉Ⅱ的热烟气出口与快速煅烧反应器下部气体分布器入口相连，快速煅烧反应器气体出口与旋风除尘Ⅱ入口相连，旋风除尘Ⅱ气体出口与二级预热气体进口相连。旋风除尘Ⅱ固体出口与流态化陈化冷却反应器固体入口相连。布袋除尘Ⅰ固体出口与快速煅烧反应器固体入口相连。
所述陈化冷却工序中供风单元气体出口与流态化陈化反应器气体分布器入口相连。流态化陈化反应器气体出口与旋风除尘Ⅲ的入口相连。旋风除尘Ⅲ的气体出口与文丘里干燥器的气体入口相连。旋风除尘Ⅲ和布袋除尘Ⅱ的固体出口与流态化陈化反应器出口相连。两个工序的气体净化除尘后经引风机到烟囱达标排放。流态化陈化反应器换热介质为空气，换热介质的空气出口与热风炉Ⅱ空气入口相连。
所述引风机可以为一组或多组以满足系统引风和负压要求。
优选地，所述流态化陈化冷却反应器有一个或多个具有内置换热管的反应室。换热管冷却介质可根据需要切换为水或空气，换热管进出口有相应管道、阀门和低位排空口以便切换换热介质。
优选地，所述流态化陈化冷却反应器在生产建筑石膏产品时，反应室换热管冷却介质为水。快速陈化温度为常温--60℃，陈化时间为2-150min；气速为0.01～10m/s；
优选地，所述流态化陈化冷却反应器在生产无水石膏(Ⅱ)产品时，反应室换热管冷却介质为空气，最后一个反应室冷却介质为水。流态化陈化冷却反应器物料出口温度冷却至80℃以下，冷却时间为30-150min；反应器内流化气体气速为0.1～5m/s；
所述陈化冷却工序由供风单元、增湿单元、流态化陈化冷却反应器、旋风除尘、布袋除尘组成；
优选地，所述供风单元提供压缩空气压力为0.01-0.7MPa；
优选地，所述增湿罐内破沫网为直径0.1mm-0.3mm的金属丝，非金属丝、金属丝与非金属丝的交织成平整型网面、压成波纹的波纹型网面、不规则形状等。
优选地，所述增湿罐包括加热设施，增湿罐温度为常温-60℃；
优选地，所述增湿罐可以为雾化器增湿。
本发明提供的一种酸性磷石膏煅烧净化制备石膏产品的系统方法煅烧和陈化冷却过程物料以流态化的形式与气体接触，传热，传质速度较快，效率高。
酸性磷石膏煅烧净化时高温气体直接与磷石膏物料接触，磷石膏颗粒含有的有机质、氟类杂质、可溶磷在高温气体的作用下快速煅烧。有机质被氧化或裂解、氟类杂质和可溶磷分解。磷石膏中有害杂质转化为气体、难溶盐或惰性化合物。磷石膏中杂质反应产生的气态物质脱离磷石膏颗粒表面随气体离开反应器。酸性的盐类转化为难溶盐或惰性化合物，磷石膏得到净化，固体的PH值增加。
生产建筑石膏时，煅烧粉在陈化冷却反应器内气体中含有的适量气态水分与建筑石膏中的无水石膏反应生成半水石膏，又不至于反应过度生成二水石膏，能够有效防止过度陈化现象。且陈化过程物料在气体的作用下不断运动不会产生石膏结块堵塞现象；陈化速度快，效率高，建筑石膏质量稳定。
生产无水石膏(Ⅱ)产品时磷石膏中的酸性的盐类转化为难溶盐或惰性化合物，磷石膏得到净化PH值增加到6左右，可以将酸性磷石膏充分净化。充分回收系统中气体和煅烧后固体的余热，降低能耗。
本发明对每个系统中具体装置的连接没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于实现各个功能的装置即可，本发明的关键主要在于整体的流程装置能够实现酸性磷石膏的快速煅烧净化，陈化和均化，且产品质量稳定，粉尘污染小。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种酸性磷石膏煅烧净化系统及方法可以除杂和煅烧同时完成。
(2)本发明提供的一种酸性磷石膏煅烧净化系统及方法，除杂过程没有额外加入水和添加剂环境友好，节约水资源。
(3)本发明提供的一种酸性磷石膏煅烧净化系统及方法，生产建筑石膏产品时陈化气体中水分含量适中，不会造成过度陈化。采用流化床技术反应速率高、占地面积小，避免了料仓自然陈化或倒仓陈化占用大量土地。
(4)本发明提供的一种酸性磷石膏煅烧净化系统及方法的装置温度和产品调节灵活，可以连续生产，便于大型化。
附图说明
图1为本发明生产的无水石膏(Ⅱ)产品的XRD图；
图2为本发明提供的一种酸性磷石膏煅烧净化制备石膏产品的系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅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，本发明的保护范围以权利要求书为准。
实施例1
本实施例提供一种酸性磷石膏煅烧净化制备建筑石膏产品的方法。方法步骤如下：
(1)磷石膏A经进料装置进入文丘里干燥器，在来自热风炉I的280℃热气体作用下脱除部分吸附水和少量结晶水，同时磷石膏物料预热到70℃。
(2)预热后的磷石膏经两级预热进入文丘里快速煅烧反应器，在来自热风炉Ⅱ的650℃热气体作用下快速煅烧5s。
(3)煅烧粉进入陈化冷却工序在具有6个空气冷却盘管的反应室的流态化陈化冷却反应器内，在来自增湿单元水含量为3.2％(体积)的气体作用下快速陈化和均化60min得到冷却到80℃的建筑石膏B。石膏产品性能分析见表1。
所述煅烧工序中，进料装置出料口与文丘里干燥器固体进料口相连，文丘里干燥器出料口与旋风除尘器Ⅰ的气体进料口相连，旋风除尘器Ⅰ的气体出料口与布袋除尘器Ⅰ的进料口相连。热风炉I热烟气出料口与文丘里干燥器气体进料口相连，旋风除尘器Ⅰ的固体出料口与一级预热进料口相连，一级预热与二级预热依次串联。热风炉II热烟气出料口与快速煅烧反应器下部气体分布器进料口相连，快速煅烧反应器气体出料口与旋风除尘器Ⅱ进料口相连，旋风除尘器Ⅱ气体出料口与二级预热气体进料口相连。旋风除尘器Ⅱ固体出料口与流态化冷却反应器固体进料口相连。二级预热固体出料口与快速煅烧反应器固体进料口相连。一级预热气体出料口与文丘里干燥器气体进料口相连。布袋除尘器Ⅰ固体出料口与快速煅烧反应器固体进料口相连。
所述陈化冷却工序中，供风单元气体出料口与增湿单元进料口相连，增湿单元气体出料口与流态化陈化冷却反应器气体分布器进料口相连。流态化陈化冷却反应器气体出料口与旋风除尘器Ⅲ的进料口相连。旋风除尘器Ⅲ的气体出料口与布袋除尘Ⅱ的进料口相连。旋风除尘器Ⅲ和布袋除尘Ⅱ的固体出料口与流态化陈化冷却反应器出料口相连。流态化陈化冷却反应器的换热介质为空气，换热介质的空气出料口与热风炉Ⅱ的空气进口相连。
两个工序的气体经旋风除尘和布袋除尘器净化除尘后经引风机到烟囱达标排放。
实施例2
本实施例提供一种酸性磷石膏煅烧净化制备建筑石膏产品的方法。方法步骤如下：
(1)磷石膏A经进料装置进入文丘里干燥器，在来自热风炉I的320℃热气体作用下脱除部分吸附水和少量结晶水，同时磷石膏物料预热到110℃。
(2)预热后的磷石膏经两级预热进入输送床快速煅烧反应器，在来自热风炉Ⅱ的500℃热气体作用下快速煅烧16s。
(3)煅烧粉进入陈化冷却工序在具有4个水冷却盘管的反应室的流态化陈化冷却反应器内，在来自增湿单元水含量为2％(体积)的气体作用下快速陈化和均化50min得到冷却到45℃的建筑石膏C。石膏产品性能分析见表1。
所述煅烧工序中，进料装置出料口与文丘里干燥器固体进料口相连，文丘里干燥器出料口与旋风除尘器Ⅰ的气体进料口相连，旋风除尘器Ⅰ的气体出料口与布袋除尘器Ⅰ的进料口相连。热风炉I热烟气出料口与文丘里干燥器气体进料口相连，旋风除尘器Ⅰ的固体出料口与一级预热进料口相连，一级预热与二级预热依次串联。热风炉II热烟气出料口与快速煅烧反应器下部气体分布器进料口相连，快速煅烧反应器气体出料口与旋风除尘器Ⅱ进料口相连，旋风除尘器Ⅱ气体出料口与二级预热气体进料口相连。旋风除尘器Ⅱ固体出料口与流态化冷却反应器固体进料口相连。二级预热固体出料口与快速煅烧反应器固体进料口相连。一级预热气体出料口与文丘里干燥器气体进料口相连。布袋除尘器Ⅰ固体出料口与快速煅烧反应器固体进料口相连。
所述陈化冷却工序中，供风单元气体出料口与增湿单元进料口相连，增湿单元气体出料口与流态化陈化冷却反应器气体分布器进料口相连。流态化陈化冷却反应器气体出料口与旋风除尘器Ⅲ进料口相连。旋风除尘器Ⅲ气体出料口与布袋除尘Ⅱ进料口相连。旋风除尘器Ⅲ和布袋除尘Ⅱ的固体出料口与流态化陈化冷却反应器出料口相连。流态化陈化冷却反应器换热介质为空气，换热介质的空气出料口与热风炉Ⅱ空气进料口相连。
两个工序的气体经旋风除尘和布袋除尘器净化除尘后经引风机到烟囱达标排放。
实施例3
本实施例提供一种酸性磷石膏煅烧净化制备建筑石膏产品的方法。方法步骤如下：
(1)磷石膏A经进料装置进入文丘里干燥器，在来自热风炉I的280℃热气体作用下脱除部分吸附水和少量结晶水，同时磷石膏物料预热到120℃。
(2)预热后的磷石膏经两级预热进入流化床快速煅烧反应器，在来自热风炉Ⅱ的350℃热气体作用下快速煅烧20min。
(3)煅烧粉进入陈化冷却工序在具有2个反应室的流态化陈化冷却反应器内，在来自增湿单元水含量为40％(体积)的气体作用下快速陈化和均化150min得到冷却到80℃的建筑石膏D。石膏产品性能分析见表1。
所述煅烧工序中，进料装置出料口与文丘里干燥器固体进料口相连，文丘里干燥器出料口与旋风除尘器Ⅰ的气体进料口相连，旋风除尘器Ⅰ的气体出料口与布袋除尘器Ⅰ的进料口相连。热风炉I热烟气出料口与文丘里干燥器气体进料口相连，旋风除尘器Ⅰ的固体出料口与一级预热进料口相连，一级预热与二级预热依次串联。热风炉II热烟气出料口与快速煅烧反应器下部气体分布器进料口相连，快速煅烧反应器气体出料口与旋风除尘器Ⅱ进料口相连，旋风除尘器Ⅱ气体出料口与二级预热气体进料口相连。旋风除尘器Ⅱ固体出料口与流态化冷却反应器固体进料口相连。二级预热固体出料口与快速煅烧反应器固体进料口相连。一级预热气体出料口与文丘里干燥器气体进料口相连。布袋除尘器Ⅰ固体出料口与快速煅烧反应器固体进料口相连。
所述陈化冷却工序中，供风单元气体出料口与增湿单元进料口相连，增湿单元气体出料口与流态化陈化冷却反应器气体分布器进料口相连。流态化陈化冷却反应器气体出料口与旋风除尘器Ⅲ进料口相连。旋风除尘器Ⅲ气体出料口与布袋除尘Ⅱ进料口相连。旋风除尘器Ⅲ和布袋除尘Ⅱ的固体出料口与流态化陈化冷却反应器出料口相连。流态化陈化冷却反应器换热介质为空气，换热介质的空气出料口与热风炉Ⅱ空气进料口相连。
两个工序的气体经旋风除尘和布袋除尘器净化除尘后经引风机到烟囱达标排放。
表1石膏产品性能分析
| 项目 | A | B | C | D | E | F | G |
| PH | 3.65 | 5.1 | 4.50 | 4.45 | 5.88 | 6.2 | 6.4 |
| 结晶水，％ | 18.2 | 5.5 | 5.61 | 5.72 | 0.08 | 0.06 | 0.16 |
| 无水石膏，％ | - | 0 | 0 | 0 | - | - | - |
| 半水石膏，％ | - | 76.8 | 75.6 | 75.3 | - | - | - |
| 二水石膏 | 84.4 | 2.6 | 3.9 | 4.6 | - | - | - |
| 初凝时间，min | -- | 5.3 | 4.7 | 3.7 | - | - | - |
| 终凝时间，min | -- | 8 | 9 | 7 | - | - | - |
| 抗折强度，min | -- | 3.85 | 3.5 | 1.68 | - | - | - |
| 抗压强度，min | -- | 4.27 | 4.10 | 3.6 |
将PH为3.65的酸性磷石膏采用本发明提供的一种酸性磷石膏煅烧净化制备石膏产品的方法，生产出建筑石膏的PH值为5.1、4.5、4.45。PH有明显提高，磷石膏得到净化，生产的建筑石膏不含无水石膏物相，半水石膏含量大于60％，抗折强度和抗压强度均满足标准GB/T9776标准要求。采用本发明的方法可以将酸性磷石膏净化并生产合格的建筑石膏产品。
实施例4
本实施例提供一种酸性磷石膏煅烧净化制备无水石膏(Ⅱ)产品的方法。方法步骤如下：
(1)磷石膏A经进料装置进入文丘里干燥器，在旋风除尘器Ⅲ出料口热气体作用下预热干燥，同时磷石膏物料预热到120℃。
(2)预热后的磷石膏经两级预热进入文丘里快速煅烧反应器，在来自热风炉Ⅱ的900℃热气体作用下快速煅烧5s。
(3)煅烧粉进入陈化冷却工序在具有6个空气冷却盘管反应室的流态化陈化冷却反应器内，在空气和换热介质的作用下回收热量，冷却固体物料得到80℃的无水石膏(Ⅱ)样品编号为E，石膏产品性能分析见表1。物相分析见图1。
所述煅烧工序中，进料装置出料口与文丘里固体进料口相连，文丘里出料口与旋风除尘器Ⅰ的气体进料口相连，旋风除尘器Ⅰ的气体出料口与布袋除尘器Ⅰ的进料口相连。热风炉I热烟气出料口与文丘里气体进料口相连，旋风除尘器Ⅰ的固体出料口与一级预热进料口相连，一级预热与二级预热依次串联。热风炉II热烟气出料口与快速煅烧反应器下部气体分布器进料口相连，快速煅烧反应器气体出料口与旋风除尘器Ⅱ进料口相连，旋风除尘器Ⅱ气体出料口与二级预热气体进料口相连。旋风除尘器Ⅱ固体出料口与流态化陈化冷却反应器固体进料口相连。二级预热固体出料口与快速煅烧反应器固体进料口相连。布袋除尘器Ⅰ固体出料口与快速煅烧反应器固体进料口相连。
所述陈化冷却工序中，供风单元气体出料口与流态化陈化冷却反应器气体分布器进料口相连。流态化陈化冷却反应器气体出料口与旋风除尘器Ⅲ进料口相连。旋风除尘器Ⅲ气体出料口与文丘里干燥器气体进料口相连。旋风除尘器Ⅲ和布袋除尘Ⅱ的固体出料口与流态化陈化冷却反应器出料口相连，旋风除尘器Ⅲ和布袋除尘Ⅱ的固体出料口与流态化陈化冷却反应器出料口均连接产品料仓。两个工序的气体净化除尘后经引风机到烟囱达标排放。流态化陈化冷却反应器换热介质为空气，换热介质的空气出料口与热风炉Ⅱ空气进料口相连。
实施例5
本实施例提供一种酸性磷石膏煅烧净化制备无水石膏(Ⅱ)产品的方法。方法步骤如下：
(1)磷石膏A经进料装置进入文丘里干燥器，在旋风除尘器Ⅲ出料口热气体作用下预热干燥，同时磷石膏物料预热到140℃。
(2)预热后的磷石膏经两级预热进入流化床快速煅烧反应器，在来自热风炉Ⅱ的800℃热气体作用下快速煅烧10min。
(3)煅烧粉进入陈化冷却工序在在具有5个水冷却盘管反应室的流态化陈化冷却反应器内，在流化空气和换热介质的作用下回收热量，冷却固体物料得到60℃无水石膏(Ⅱ)样品编号为F，石膏产品性能分析见表1。物相分析见图1。
所述煅烧工序中，进料装置出料口与文丘里干燥器固体进料口相连，文丘里干燥器出料口与旋风除尘器Ⅰ的气体进料口相连，旋风除尘器Ⅰ的气体出料口与布袋除尘器Ⅰ的进料口相连。热风炉I热烟气出料口与文丘里干燥器气体进料口相连，旋风除尘器Ⅰ的固体出料口与一级预热进料口相连，一级预热与二级预热依次串联。热风炉II热烟气出料口与快速煅烧反应器下部气体分布器进料口相连，快速煅烧反应器气体出料口与旋风除尘器Ⅱ进料口相连，旋风除尘器Ⅱ气体出料口与二级预热气体进料口相连。旋风除尘器Ⅱ固体出料口与流态化陈化冷却反应器固体进料口相连。二级预热固体出料口与快速煅烧反应器固体进料口相连。布袋除尘器Ⅰ固体出料口与快速煅烧反应器固体进料口相连。
所述陈化冷却工序中，供风单元气体出料口与流态化陈化冷却反应器气体分布器进料口相连。流态化陈化冷却反应器气体出料口与旋风除尘器Ⅲ进料口相连。旋风除尘器Ⅲ气体出料口与文丘里干燥器气体进料口相连。旋风除尘器Ⅲ和布袋除尘Ⅱ的固体出料口与流态化陈化冷却反应器出料口相连，旋风除尘器Ⅲ和布袋除尘Ⅱ的固体出料口与流态化陈化冷却反应器出料口均连接产品料仓。两个工序的气体净化除尘后经引风机到烟囱达标排放。流态化陈化冷却反应器换热介质为空气，热风炉风机出料口与热风炉Ⅱ空气进料口相连。
所述快速煅烧反应器可以是文丘里反应器，输送床反应器或流化床反应器中的一种或两种的组合。采用流化床反应器时密相段有带控制阀的固体出料口与流态化陈化冷却反应器固体进料口相连。
实施例6
本实施例提供一种酸性磷石膏煅烧净化制备无水石膏(Ⅱ)产品的方法。方法步骤如下：
(1)磷石膏A经进料装置进入文丘里干燥器，在旋风除尘器Ⅲ出料口热气体作用下预热干燥，同时磷石膏物料预热到110℃。
(2)预热后的磷石膏经两级预热进入快速煅烧反应器，在来自热风炉Ⅱ的750℃热气体作用下快速煅烧30min。
(3)煅烧粉进入陈化冷却工序在流态化陈化冷却反应器内，在空气和换热介质的作用下回收热量，冷却固体物料得到无水石膏(Ⅱ)样品编号为G，石膏产品性能分析见表1。物相分析见图1。
所述煅烧工序中，进料装置出料口与文丘里干燥器固体进料口相连，文丘里干燥器出料口与旋风除尘器Ⅰ的气体进料口相连，旋风除尘器Ⅰ的气体出料口与布袋除尘器Ⅰ的进料口相连。热风炉I热烟气出料口与文丘里气体进料口相连，旋风除尘器Ⅰ的固体出料口与一级预热进料口相连，一级预热与二级预热依次串联。热风炉II热烟气出料口与快速煅烧反应器下部气体分布器进料口相连，快速煅烧反应器气体出料口与旋风除尘器Ⅱ进料口相连，旋风除尘器Ⅱ气体出料口与二级预热气体进料口相连。旋风除尘器Ⅱ固体出料口与流态化陈化冷却反应器固体进料口相连。二级预热固体出料口与快速煅烧反应器固体进料口相连。布袋除尘器Ⅰ固体出料口与快速煅烧反应器固体进料口相连。
所述陈化冷却工序中，供风单元气体出料口与流态化陈化冷却反应器气体分布器进料口相连。流态化陈化冷却反应器气体出料口与旋风除尘器Ⅲ进料口相连。旋风除尘器Ⅲ气体出料口与文丘里干燥器气体进料口相连。旋风除尘器Ⅲ和布袋除尘Ⅱ的固体出料口与流态化陈化冷却反应器出料口相连，旋风除尘器Ⅲ和布袋除尘Ⅱ的固体出料口与流态化陈化冷却反应器出料口均连接产品料仓。两个工序的气体净化除尘后经引风机到烟囱达标排放。流态化陈化冷却反应器换热介质为空气，换热介质的空气出料口与热风炉Ⅱ空气进料口相连。
将PH为3.65的酸性磷石膏采用本发明提供的一种酸性磷石膏煅烧净化制备石膏产品的系统方法，生产出无水石膏(Ⅱ)的性能如表1，XRD如图1。表1中样品无水石膏(Ⅱ)PH均在6左右，说明酸性磷石膏的酸性物质被分解，磷石膏得到净化，PH值明显提高。磷石膏净化后生产的无水石膏(Ⅱ)只有无水石膏和氧化硅物相，结晶水含量小于0.2％说明磷石膏中的结晶水基本全部脱除，物相转化较为完全。采用本发明的方法可以将酸性磷石膏净化并生产无水石膏(Ⅱ)产品。
综上所述，本发明工艺流程短；能耗低；温度调节方便，灵活调控磷石膏预热与快速煅烧的温度，保持煅烧后产品物相稳定。调节煅烧温度可以生产建筑石膏或无水石膏(Ⅱ)产品，实现一套装置生产两种产品的目的。快速冷却工序陈化速度快，效率高；无过度陈化现象，具有良好的推广应用价值。
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种酸性磷石膏煅烧净化系统，其特征在于，所述系统包括煅烧工序和陈化冷却工序；所述煅烧工序包括进料装置、文丘里干燥器、热风炉Ⅰ、旋风除尘Ⅰ、布袋除尘Ⅰ、一级预热、二级预热、快速煅烧反应器、旋风除尘Ⅱ、热风炉Ⅱ；所述陈化冷却工序包括流态化陈化冷却反应器、供风单元、增湿单元、旋风除尘Ⅲ和布袋除尘Ⅱ；
所述煅烧工序中，进料装置出口与文丘里干燥器固体入口相连，文丘里干燥器出口与旋风除尘Ⅰ的入口相连，旋风除尘Ⅰ的气体出口与布袋除尘Ⅰ的入口相连；热风炉Ⅰ热烟气出口与文丘里干燥器气体入口相连，旋风除尘Ⅰ的固体出口与一级预热进口相连，一级预热与二级预热依次串联；二级预热固体出口与快速煅烧反应器固体入口相连；热风炉Ⅱ的热烟气出口与快速煅烧反应器下部气体分布器入口相连，快速煅烧反应器气体出口与旋风除尘Ⅱ入口相连，旋风除尘Ⅱ气体出口与二级预热气体进口相连；旋风除尘Ⅱ固体出口与流态化陈化冷却反应器固体入口相连；布袋除尘Ⅰ固体出口与快速煅烧反应器固体入口相连；
所述陈化冷却工序中，供风单元气体出口与增湿单元入口相连或与流态化陈化反应器气体分布器入口相连；增湿单元气体出口与流态化陈化反应器气体分布器入口相连；流态化陈化反应器气体出口与旋风除尘Ⅲ入口相连；
所述布袋除尘Ⅰ和布袋除尘Ⅱ的气体出口均与引风机的进口相连，引风机与烟囱相连；
所述快速煅烧反应器是文丘里反应器、输送床反应器或流化床反应器中的一种或两种的组合；采用流化床反应器时密相段有带控制阀的固体出口与流态化陈化反应器固体入口相连；
所述流态化陈化冷却反应器由一个或多个流态化反应室组成；所述反应室内置换热管；换热管冷却介质为水或空气，换热管进出口有相应管道、阀门和低位排空口以便切换换热介质。
2.根据权利要求1所述的酸性磷石膏煅烧净化系统，其特征在于，所述旋风除尘Ⅱ和旋风除尘Ⅲ由一个或多个旋风分离器串/并联组成。
3.根据权利要求1所述的酸性磷石膏煅烧净化系统，其特征在于，所述供风单元为风机或空压机。
4.根据权利要求1所述的酸性磷石膏煅烧净化系统，其特征在于，所述增湿单元为一个或一组并联的增湿罐；所述增湿罐包括气体进口、气体出口、进水口、排空口和液位计；所述增湿罐内包括气体分布器和破沫网，所述破沫网在气体出口下方，所述气体分布器与气体进口相联。
5.一种基于权利要求1所述系统的酸性磷石膏煅烧净化方法，所述方法生产建筑石膏产品步骤如下：
(1)磷石膏经进料装置进入文丘里干燥器，与来自热风炉Ⅰ的280～600℃热气体作用下脱除部分吸附水和少量结晶水，同时磷石膏物料预热到70～140℃；气体进入布袋除尘Ⅰ；
(2)预热后的磷石膏经两级预热进入快速煅烧反应器，与来自热风炉Ⅱ的350℃～650℃热气体作用下快速煅烧5s～30min；
(3)煅烧粉进入陈化冷却工序在流态化陈化冷却反应器内，在来自增湿单元水含量为0.2～40vol％的气体作用下快速陈化和均化得到建筑石膏。
6.一种基于权利要求1所述系统的酸性磷石膏煅烧净化方法，所述方法生产Ⅱ型无水石膏产品步骤如下：
(1)磷石膏经进料装置进入文丘里干燥器，与旋风除尘Ⅲ出口热气体作用下预热干燥，同时预热磷石膏物料；
(2)预热后的磷石膏经两级预热进入快速煅烧反应器，与来自热风炉Ⅱ的500℃～900℃热气体作用下快速煅烧5s～30min；
(3)煅烧粉进入陈化冷却工序在流态化陈化冷却反应器内，在空气和换热介质的作用下回收热量，冷却固体物料得到Ⅱ型无水石膏。
7.根据权利要求5或6所述的酸性磷石膏煅烧净化方法，其特征在于，流态化陈化冷却反应器温度为常温～80℃，陈化时间为2～150min；气速为0.01～10m/s。
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