CN117926385A - 一种可实现钢铁行业烧结烟气脱硫石膏高效资源化利用的新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了本发明的目的是提供一种可实现钢铁行业烧结烟气脱硫石膏高效资源化利用的新方法，首先将原料仓中待处理的钢铁行业烧结烟气脱硫石膏，然后制备半水硫酸钙晶须，待晶须结晶结束后，进行固液分离。分离后的物料，在高温热风下，速闪干燥后经旋风和布袋收尘后统一进入到产品料仓中，然后送入到智能包装及仓储系统。采用该控制方法不仅晶体重结晶速度快，且可实现石膏晶体取向性生长，并可根据下游用户需求定制化生产所需晶须产品，同时具有生产流程短、生产时间快、无“三废”排放，生产成本低，占地面积小等优势，可解决目前困扰钢铁行业烧结烟气脱硫石膏受含氯、含铁和颜色深等问题制约，而无法规模化资源综合利用的难题。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁行业烧结烟气脱硫固体废弃物资源化、清洁化和规模化综合利用领域，尤其涉及一种可实现钢铁行业烧结烟气脱硫石膏高效资源化利用的新方法。
背景技术
目前市场销售的硫酸钙晶须材料主要应用于汽车刹车片领域，销售领域过于单一，严重阻碍了晶须的规模化应用，也间接严重限制了脱硫石膏的规模化消纳空间，尤其是钢铁行业烧结烟气脱硫石膏的利用，由于在此类烟气脱硫石膏中含有氯离子和铁离子，不仅颜色偏红，且含有一定可溶性盐，导致钢铁行业烧结烟气脱硫石膏在利用过程中问题较多，如返盐问题、腐蚀问题和颜色问题等，均成为阻碍其资源化和规模化利用的技术瓶颈。若要从根本上解决钢铁行业烧结烟气脱硫石膏资源化和规模化利用问题，首先需要解决的是此类脱硫石膏如何利用的问题，虽然有关于石膏制备晶须的报道，但仅限于石膏晶须在汽车刹车片上的应用，导致石膏晶须规模化应用小的技术瓶颈在于脱硫石膏晶须生长控制方法存在问题，缺乏相关技术和万吨级成套装备。而目前国内外晶须生产方法主要是常压酸化法和水热法两种工艺，由于酸化法生产的晶须脆性过大，极容易在应用过程中产生折断现象，而导致复合材料性能易出现衰减现象；而常规水热法工艺在生产过程中难于实现溶液循环，易产生废水排放现象、且能耗较大，产品销售价格较高，导致下游应用企业“无利可图”，甚至造成用不起晶须的现象；同时在水热法生产过程中，若晶须产品的直径较大或生长过程控制不当，也会存在晶须脆性问题，使石膏晶须应用领域和消纳量受限。
公开号为CN113512761A的专利公开了一种工业固废石膏的纯化及制备硫酸钙晶须方法：将多种工业固废石膏在盐酸中提纯得到高纯二水石膏，然后将石膏与盐酸和醇混合溶液混合，并加入晶型调控剂与表面改性剂，在常压、温度80～100℃的条件下搅拌反应1～2h制成料浆，经过滤、干燥后制成硫酸钙晶须。该方法能够制的纯度高的硫酸钙晶须，但是需要加入多种醇和晶型控制剂，工艺流程长，过程繁琐，效率低，成本高，且易产生有机废水。
公开号为CN107236993A的专利公开了一种脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法：首先使用双氧水预处理去除NO3-离子，经过3次水洗后烘干，再研磨至100-200目，按预定比例加入蒸馏水，调整pH至6.5-7.5，在反应釜内于120-140℃温度下反应4h，自然降压后加入CaSO4·0.5H2O，快速搅拌一段时间后，过滤、干燥得到长径比为100-200的硫酸钙晶须。该方法可以制得长径比较大的晶须，而且硫酸钙纯度能进一步提高，但是，流程长、反应时间长，能耗高，而且滤液不能循环使用，废水排放较多。
公开号为CN113882021A的专利公开了一种磷石膏高温高压法制备硫酸钙晶须的方法：先将磷石膏与粉末状硅藻土按比例混合，再向复合体系加入去离子水，最后，通过高温高压法制得硫酸钙晶须。该方法可制得分散均匀、形貌规整的硫酸钙晶须，但是，该方法反应温度高，达到200℃～300℃，反应压力高，达到2MPa～3MPa，反应时间长达24h，能耗高、效率低，而且难以产业化。
发明内容
本发明的目的是提供一种可实现钢铁行业烧结烟气脱硫石膏高效资源化利用的新方法，利用该技术可实现万吨级钢铁行业烧结烟气脱硫石膏制备石膏晶须产品质量要求，采用该控制方法不仅晶体重结晶速度快，且可实现石膏晶体取向性生长，并可根据下游用户需求定制化生产所需晶须产品，同时具有生产流程短、生产时间快、无“三废”排放，生产成本低，占地面积小等优势，可解决目前困扰钢铁行业烧结烟气脱硫石膏受含氯、含铁和颜色深等问题制约，而无法规模化资源综合利用的难题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种可实现钢铁行业烧结烟气脱硫石膏高效资源化利用的新方法，包括：
首先将原料仓中待处理的钢铁行业烧结烟气脱硫石膏，经圆盘给料机由定量皮带输送至提升机内，再通过回转锁风喂料阀均匀送入研磨设备磨盘中心，在离心力作用下，颗粒大的重物料向磨盘周边移动，并进入粉磨辊道，在挤、研和剪切力场复合作用下使大颗粒的烧结脱硫石膏细化，通过风送和级配使脱硫石膏均细化；最终均细化后原料可形成不同粒度脱硫石膏，均细化后石膏经捕集仓输送至取向晶体生长系统中的原料计量罐；
然后制备半水硫酸钙晶须，控制石膏晶体取向生长的转晶添加剂为氯化钙、硫酸镁、氯化钠、氯化钾、硫酸钠或油酸钠中的一种或几种混合物，添加量0.8-3％，液固比5-10：1，料浆填充系数0.6-0.9、温度120-150℃、压力0.1-0.4MPa、pH值＝5-8、保温时间20-60min，升温时间30-60min，搅拌速度20-120r/min，粘度8×10-2-2Pa·s，进料时间≤5min，出料时间≤4min；
待晶须结晶结束后，进行固液分离，高温料浆100-150℃，高压0.1-0.6MPa进入压滤机，挤压出的料浆滤液进入母液罐，经过三级阶梯洗涤后，再通入室温空气，滤饼含水量10％-20％，滤饼中盐含量≤0.05％，pH值为6.5-7.5，其中重结晶器中料浆进入高温高压极速厢式分离设备分离时间2-5min，洗涤时间2-6min，风扫时间2-4min，整体分离、洗涤和超脱水时间＜10min；
分离后的物料，在热风下，速闪干燥后经旋风和布袋收尘后统一进入到产品料仓中，然后送入到智能包装及仓储系统；晶须在干燥器内仅停留2-5s，晶须表观水分从20％可以降低到0.5％以下；进口温度＜500℃，布袋出口温度≤180℃，原料湿度＜20％，干燥后产品湿度＜0.5％，晶须折损率＜15％；此时该产品为半水硫酸钙晶须。
进一步的，原料均细化后的主要控制参数：水分：1％-5％，原料粒度控制三种类型，第一种类型粒度D50≤20μm，第二种类型粒度20-10μm，第三种类型粒度≤10μm。
进一步的，半水硫酸钙晶须产品经进一步焙烧，焙烧温度为500-600℃，焙烧时间为10-20min，可制备成无水硫酸钙晶须产品。
进一步的，料浆填充系数0.7、添加剂氯化钙的添加量2％，液固比10：1、温度150℃、压力0.4MPa、pH值＝5、粘度8×10-2Pa·s、保温时间20min，升温时间30min，搅拌速度20r/min，进料时间4min，出料时间3min。
进一步的，料浆填充系数0.8、添加剂氯化钙和氯化钠的添加量1.5％，液固比8：1、温度120℃、压力0.2MPa、pH值＝8、粘度1.5Pa·s、保温时间60min，升温时间60min，搅拌速度120r/min，进料时间5min，出料时间4min。
进一步的，料浆填充系数0.75、添加剂为氯化钙、硫酸镁、氯化钠和氯化钾，添加量1％，液固比14：1、温度130℃、压力0.3MPa、pH值＝7、粘度1Pa·s、保温时间30min，升温时间60min，搅拌速度80r/min，进料时间5min，出料时间3min。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明工艺流程短，节能、环保，智能化水平高；不仅符合国家“变废为宝”节能减排的总体方向，且符合国家工业4.0发展目标，不仅工艺先进，且具有原创技术。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明可实现钢铁行业烧结烟气脱硫石膏高效资源化利用的新方法的工艺流程。
具体实施方式
实施例1：
以钢铁厂烧结烟气脱硫石膏为原料，经本发明均细化技术及智能化控制系统均质化后，控制脱硫石膏粒度D50≤20μm，经捕集仓输送至重结晶系统中原料计量罐，水分4％-5％，该脱硫石膏原料纯度≥85％；再经取向性硫酸钙单晶材料水热法快速生长技术及智能化控制系统，制备半水硫酸钙晶须，料浆填充系数0.7、添加剂氯化钙的添加量2％，液固比10：1、温度150℃、压力0.4MPa、pH值＝5、粘度8×10-2Pa·s、保温时间20min，升温时间30min，搅拌速度20r/min，进料时间4min，出料时间3min。待晶须结晶结束后，进行固液分离，高温料浆140℃，高压0.5MPa进入压滤机，挤压出的料浆滤液进入母液罐，经过三级阶梯洗涤后，再通入120℃空气，滤饼含水量8％，滤饼中盐含量≤0.02％，pH值为7，其中重结晶器中料浆进入高温高压极速厢式分离设备分离时间3min，洗涤时间2min，风扫时间2min，整体分离、洗涤和超脱水时间为7min。分离后的物料，在480℃热风下，速闪干燥后的物料经旋风和布袋收尘后统一进入到产品料仓中，然后送入到智能包装控制技术及仓储系统，晶须在干燥器内仅停留2s，出口风温180℃，晶须表观水分从8％可以降低到0.2％。经干燥后物料具有超分散效果，晶须折损率<3％，此时该产品为半水硫酸钙晶须。产品若经进一步焙烧，焙烧温度为500℃，焙烧时间为20min，可制备成无水硫酸钙晶须产品。
干燥后晶须经智能化控制系统和智能化包装及储运系统，经编码、码垛、入库、装车等于一体的智能化系统，跟踪产品储运及应用。
实施例2：
以钢铁厂脱硫石膏为原料，控制脱硫石膏粒度D50为20-10μm，经捕集仓输送至重结晶系统中原料计量罐，水分2％-4％，该脱硫石膏原料纯度≥90％；再制备半水硫酸钙晶须，料浆填充系数0.8、添加剂氯化钙和氯化钠的添加量1.5％，液固比8：1、温度120℃、压力0.2MPa、pH值＝8、粘度1.5Pa·s、保温时间60min，升温时间60min，搅拌速度120r/min，进料时间5min，出料时间4min。待晶须结晶结束后，进行固液分离，高温料浆110℃，高压0.2MPa进入压滤机，挤压出的料浆滤液进入母液罐，经过三级阶梯洗涤后，再通入80℃空气，滤饼含水量15％，滤饼中盐含量≤0.04％，pH值为6.7，其中重结晶器中料浆进入高温高压极速厢式分离设备分离时间4min，洗涤时间3min，风扫时间3min，整体分离、洗涤和超脱水时间为10min。分离后的物料，在460℃热风下，速闪干燥后的物料经旋风和布袋收尘后统一进入到产品料仓中，然后送入到智能包装控制技术及仓储系统，晶须在干燥器内仅停留5s，出口风温100℃，晶须表观水分从15％可以降低到0.1％。经干燥后物料具有超分散效果，晶须折损率<10％，此时该产品为半水硫酸钙晶须。产品若经进一步焙烧，焙烧温度为600℃，焙烧时间为10min，可制备成无水硫酸钙晶须产品。
干燥后晶须经智能化控制系统和智能化包装及储运系统，经编码、码垛、入库、装车等于一体的智能化系统，跟踪产品储运及应用。
实施例3：
以钢铁厂烧结烟气脱硫石膏为原料，控制脱硫石膏粒度D50≤10μm，经捕集仓输送至重结晶系统中原料计量罐，水分1％-2％，该脱硫石膏原料纯度≥95％；再制备半水硫酸钙晶须，料浆填充系数0.75、添加剂为氯化钙、硫酸镁、氯化钠和氯化钾，添加量1％，液固比14：1、温度130℃、压力0.3MPa、pH值＝7、粘度1Pa·s、保温时间30min，升温时间60min，搅拌速度80r/min，进料时间5min，出料时间3min。待晶须结晶结束后，进行固液分离，高温料浆120℃，高压0.3MPa进入压滤机，挤压出的料浆滤液进入母液罐，经过三级阶梯洗涤后，再通入80℃空气，滤饼含水量10％，滤饼中盐含量≤0.02％，pH值为7.2，其中重结晶器中料浆进入高温高压极速厢式分离设备分离时间3min，洗涤时间2min，风扫时间2min，整体分离、洗涤和超脱水时间为7min。分离后的物料，在440℃热风下，速闪干燥后的物料经旋风和布袋收尘后统一进入到产品料仓中，然后送入到智能包装及仓储系统，晶须在干燥器内仅停留3s，出口风温140℃，晶须表观水分从10％可以降低到0.5％。经干燥后物料具有超分散效果，晶须折损率<6％，此时该产品为半水硫酸钙晶须。产品若经进一步焙烧，焙烧温度为550℃，焙烧时间为15min，可制备成无水硫酸钙晶须产品。
干燥后晶须采用智能化控制技术智能化包装及储运系统，经编码、码垛、入库、装车等于一体的智能化系统，跟踪产品储运及应用。
实施例4：
以钢铁厂脱硫石膏为原料，控制脱硫石膏粒度D50≤10μm，经捕集仓输送至重结晶系统中原料计量罐，水分≤1％，该脱硫石膏原料纯度≥90％；再制备半水硫酸钙晶须，料浆填充系数0.8、添加剂为氯化钙、硫酸镁、氯化钠、氯化钾、硫酸钠或油酸混合物，其添加量1％，液固比12：1、温度130℃、压力0.3MPa、pH值＝6、粘度0.2Pa·s、保温时间40min，升温时间50min，搅拌速度100r/min，进料时间2min，出料时间3min。待晶须结晶结束后，进行固液分离，高温料浆140℃，高压0.35MPa进入压滤机，挤压出的料浆滤液进入母液罐，经过三级阶梯洗涤后，再通入室温空气，滤饼含水量15％，滤饼中盐含量≤0.05％，pH值为6.7，其中重结晶器中料浆进入高温高压极速厢式分离设备分离时间3min，洗涤时间4min，风扫时间3min，整体分离、洗涤和超脱水时间为10min。分离后的物料，在400℃热风下，速闪干燥后的物料经旋风和布袋收尘后统一进入到产品料仓中，然后送入到智能包装及仓储系统，晶须在干燥器内仅停留3s，出口风温120℃，晶须表观水分从15％可以降低到0.5％。经干燥后物料具有超分散效果，晶须折损率<12％，此时该产品为半水硫酸钙晶须。产品若经进一步焙烧，焙烧温度为580℃，焙烧时间为17min，可制备成无水硫酸钙晶须产品。
干燥后晶须采用智能化控制技术和智能化包装及储运系统，经编码、码垛、入库、装车等于一体的智能化系统，跟踪产品储运及应用。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种可实现钢铁行业烧结烟气脱硫石膏高效资源化利用的新方法，其特征在于，包括：
首先将原料仓中待处理的钢铁行业烧结烟气脱硫石膏，经圆盘给料机由定量皮带输送至提升机内，再通过回转锁风喂料阀均匀送入研磨设备磨盘中心，在离心力作用下，颗粒大的重物料向磨盘周边移动，并进入粉磨辊道，在挤、研和剪切力场复合作用下使大颗粒的烧结脱硫石膏细化，通过风送和级配使脱硫石膏均细化；最终均细化后原料可形成不同粒度脱硫石膏，均细化后石膏经捕集仓输送至取向晶体生长系统中的原料计量罐；
然后制备半水硫酸钙晶须，控制石膏晶体取向生长的转晶添加剂为氯化钙、硫酸镁、氯化钠、氯化钾、硫酸钠或油酸钠中的一种或几种混合物，添加量0.8-3％，液固比5-10：1，料浆填充系数0.6-0.9、温度120-150℃、压力0.1-0.4MPa、pH值＝5-8、保温时间20-60min，升温时间30-60min，搅拌速度20-120r/min，粘度8×10-2-1.5Pa·s，进料时间≤5min，出料时间≤4min；
待晶须结晶结束后，进行固液分离，高温料浆100-150℃，高压0.1-0.6MPa进入压滤机，挤压出的料浆滤液进入母液罐，经过三级阶梯洗涤后，再通入室温空气，滤饼含水量10％-20％，滤饼中盐含量≤0.05％，pH值为6.5-7.5，其中重结晶器中料浆进入高温高压极速厢式分离设备分离时间2-5min，洗涤时间2-6min，风扫时间2-4min，整体分离、洗涤和超脱水时间＜10min；
分离后的物料，在热风下，速闪干燥后经旋风和布袋收尘后统一进入到产品料仓中，然后送入到智能包装及仓储系统；晶须在干燥器内仅停留2-5s，晶须表观水分从20％可以降低到0.5％以下；进口温度＜500℃，布袋出口温度≤180℃，原料湿度＜20％，干燥后产品湿度＜0.5％，晶须折损率＜15％；此时该产品为半水硫酸钙晶须。
2.根据权利要求1所述的可实现钢铁行业烧结烟气脱硫石膏高效资源化利用的新方法，其特征在于，原料均细化后的主要控制参数：水分：1％-5％，粒度：D50≤20和20-10和≤10μm。
3.根据权利要求1所述的可实现钢铁行业烧结烟气脱硫石膏高效资源化利用的新方法，其特征在于，半水硫酸钙晶须产品经进一步焙烧，焙烧温度为500-600℃，焙烧时间为10-20min，可制备成无水硫酸钙晶须产品。
4.根据权利要求1所述的可实现钢铁行业烧结烟气脱硫石膏高效资源化利用的新方法，其特征在于，料浆填充系数0.7、添加剂氯化钙的添加量2％，液固比10：1、温度150℃、压力0.4MPa、pH值＝5、粘度8×10-2Pa·sPa·s、保温时间20min，升温时间30min，搅拌速度20r/min，进料时间4min，出料时间3min。
5.根据权利要求1所述的可实现钢铁行业烧结烟气脱硫石膏高效资源化利用的新方法，其特征在于，料浆填充系数0.8、添加剂氯化钙和氯化钠的添加量1.5％，液固比8：1、温度120℃、压力0.2MPa、pH值＝8、粘度1.5Pa·s、保温时间60min，升温时间60min，搅拌速度120r/min，进料时间5min，出料时间4min。
6.根据权利要求1所述的可实现钢铁行业烧结烟气脱硫石膏高效资源化利用的新方法，其特征在于，料浆填充系数0.75、添加剂为氯化钙、硫酸镁、氯化钠和氯化钾，添加量1％，液固比14：1、温度130℃、压力0.3MPa、pH值＝7、粘度1Pa·s、保温时间30min，升温时间60min，搅拌速度80r/min，进料时间5min，出料时间3min。
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