磷石膏及其綜合利用的探討

1、磷石膏及其綜合利用的探討磷石膏是硫酸法萃取磷酸生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品, 每生產(chǎn) 1t 磷酸 (P205) 將產(chǎn)生4.5 5.5t 的磷石膏。磷石膏的大量排放不僅占用大量的土地, 還由于磷石膏經(jīng)雨水長期浸泡 , 其中的可溶性只 P2O5和 F 等以水體為媒介向環(huán)境傳遞引起土壤、水系、大氣的污染。在 50 年代初我國已開始磷石膏綜合利用的研究 , 取得了一定的成果。一、磷石膏的特性1. 磷石膏有一定的含水率。磷石膏的含水率一般達到 20%25%。由于其含水率高 , 粘性強 , 在裝載、提升、輸送過程中極易粘附在各種設(shè)備上 , 造成積料堵塞 , 影響生產(chǎn)過程的正常進行。2. 磷石膏的顏色偏深。純凈的磷石膏

2、是純白色的 , 但通常的磷石膏呈深灰色 ,作為粉刷石膏和裝飾石膏將影響外觀。主要原因是雜質(zhì)的影響。3. 磷石膏的表觀密度大。磷石膏的表現(xiàn)密度達到 1g/cm3, 表觀密度大對其貯存、生產(chǎn)和產(chǎn)品的性能有一定影響。4. 磷石膏中含有 H+、水溶性 P205、 F 等雜質(zhì) , 且 pH 值一般在 1.5 4.5 之間 ,呈酸性。磷石膏與天然石膏的最大不同在于磷石膏含有某些雜質(zhì) , 而這些雜質(zhì)對石膏制品的性能造成不同程度的危害 .二、磷石膏綜合利用的主要途徑1. 磷石膏制琉銨和碳酸鈣利用氨和二氧化碳將磷石膏轉(zhuǎn)化成琉銨與碳酸鈣作為成品直接外銷 , 在國外是較為成熟的技術(shù)。該法的優(yōu)點是部分碳銨產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為硫

3、銨易于外銷 , 磷石膏不需要堆場 , 也不需要外運。缺點是 : 流程長 , 設(shè)備多 , 投資較大。并對磷石膏的質(zhì)量有一定要求。2. 制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥因國內(nèi)的硫資源比較短缺, 隨著濕法磷酸的發(fā)展 , 又必須耗用大量的硫酸的情況下 , 將磷石膏制取硫酸并聯(lián)產(chǎn)水泥無疑是一條既可彌補硫資源不足, 又能解決磷石膏出路 , 使資源得到綜合利用的有效途徑。目前, 我國已在魯北企業(yè)集團等多家企業(yè)建成磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的“三、四、六”工程, 通過多年的實踐 , 技術(shù)已趨成熟。該法的優(yōu)點 : 增加硫酸產(chǎn)量 , 使磷酸生產(chǎn)使用的硫酸有85%90%自身循環(huán) , 磷石膏不需要堆場 , 也不需要外運。缺點是 : 流程長

4、. 設(shè)備多 , 投資大 , 并對磷石膏的質(zhì)量有一定要求。據(jù)對磷石膏生產(chǎn)硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的“三、四、六”工程測算, 工程總投資在 1 億元人民幣左右 , 處理磷石膏約 100 kt/a 。3. 直接施用以改良堿性土壤磷石膏 pH值為 1.5 4.5, 直接施用可改良堿性土壤, 同時磷石膏中還含有少許植物生長所需的磷、硫、鈣、硅、鋅、鎂、鐵等成分。4. 制磷石膏增強球作水泥緩凝劑在國外采用磷石膏作為水泥緩凝劑已成為磷石膏的主要利用途徑之一。我們曾進行過磷石膏作硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥緩凝劑的研究,結(jié)果其制得的水泥性能和添加天然石膏制得的水泥性能相當,XRD物相分析其水化物完全相同 ,

5、 其摻入量比天然石膏略低, 平均為 4%。由于磷石膏的特性 ( 含水率高、表觀密度大 ), 在生產(chǎn)過程中常發(fā)生堵料現(xiàn)象 , 所以不能被水泥生產(chǎn)企業(yè)特別是中大型生產(chǎn)企業(yè)所接受。為了適應水泥生產(chǎn)企業(yè)以塊狀天然石膏作水泥緩凝劑的貯存、運輸及計量條件 , 同時使磷石膏質(zhì)量更穩(wěn)定 , 需要對磷石膏加以造粒成型后作為商品緩凝劑供應給水泥生產(chǎn)企業(yè) , 這種做法在國外較為普遍。通過對水泥生產(chǎn)企業(yè)的調(diào)查和銅化集團的生產(chǎn)實踐證明 , 水泥緩凝劑石膏增強球由于不影響水泥的性能 , 并且可降低水泥的生產(chǎn)成本等優(yōu)點 , 受到水泥生產(chǎn)企業(yè)的普遍歡迎。該法的特點是流程簡單 , 設(shè)備少 , 投資省。5. 制建筑石膏粉在制取水

6、泥緩凝劑的基礎(chǔ)上 , 我們進一步開發(fā)完成了制建筑石膏粉工藝 , 生產(chǎn)的建筑石膏粉可制取各種石膏制品 , 如紙面石膏板、纖維石膏板、石膏砌塊、粉刷石膏等。該法的特點是流程簡單 , 設(shè)備少 , 投資省。6. 其它用途可作為鋪路及低級建材等用途。三、制水泥緩凝劑及建筑石膏粉工藝的特點 ( 以銅化集團 100kt/a 磷石膏制水泥緩凝劑為例 )磷石膏制緩凝劑具有如下特點:(1) 磷石膏的干基SO3含量高 ( 超過 40%), 緩凝效果好 ;(2) 物理形態(tài)為粒球狀 , 強度適中 , 顆粒直徑為 525mm,方便電子稱料 , 均勻配料 , 下料容易。不堵料 ;(3) 本產(chǎn)品在水泥生產(chǎn)過程中無需破碎 ,

7、減少了人員、破碎系統(tǒng)的電耗及維修費用 ;(4) 磷石膏中的 SO3含量較天然石膏高 , 使用量較天然石膏少 ;(5) 本產(chǎn)品的價格較天然石膏低 , 用于水泥添加劑能相應減低水泥的生產(chǎn)成本。1. 工作原理磷石膏與天然石膏有一定的區(qū)別 , 但從根本上講 , 由于它們的主要成分相同 , 并且磷石膏主要成分含量更高 , 故磷石膏是一種比天然石膏更好的膠凝材料。磷石膏要處理成建筑石膏 , 一般要經(jīng)過洗滌、預處理、干燥和燃燒等過程。磷石膏呈粉末狀 , 含水 20%25%,但本身并無膠結(jié)性能 , 需外加部分比例的膠結(jié)成分在一定條件下成粒。為保證磷石膏本身的組分 , 并利用現(xiàn)有的廉價資源 , 我們采用把部分磷

8、石膏在高溫煙氣中脫水成半水石膏 , 再將半水石膏摻人磷石膏 , 利用其吸水性產(chǎn)生的膠凝作用 , 在成粒機械中膠凝成水泥緩凝劑增強球 , 供水泥生產(chǎn)企業(yè)用。從成粒機械中產(chǎn)生的成型增強球粒徑為525mm,成球后一次破碎率較低(20%), 經(jīng) 34 天的自然風干后其強度可達到大規(guī)模搬運而不破碎的要求。即使是剛成型時破碎的顆粒 , 也不再呈粉末狀而呈粒徑大小不一的顆粒 , 完全能滿足水泥生產(chǎn)企業(yè)下料口不堵塞的技術(shù)要求。2. 主要流程簡介(1) 物料流程經(jīng)過預處理的磷石膏通過皮帶機進入石膏料倉 , 經(jīng)過計量后進入單轉(zhuǎn)子錘式烘干機及氣流干燥管 , 和熱氣流充分接觸脫除游離水和大部分的結(jié)合水 ( 錘式烘干機

9、的出口溫度約 160170 0C), 制得半水石膏 , 這部分熟石膏粉經(jīng)過旋風除塵器、布袋收塵器和氣流徹底分離 , 熟石膏粉和原料二水石膏混合后進入圓盤造粒機造粒 , 得到水泥緩凝劑成品。如用于制備建筑石膏粉 , 則原料磷石膏必須經(jīng)過水洗等預處理 , 以除去其中的可溶性磷等有害雜質(zhì) , 然后制得半水石膏 , 半水石膏進入成品穩(wěn)定器進行成品轉(zhuǎn)型后 , 得到符合建筑石膏要求的熟石膏粉 , 供制取后續(xù)產(chǎn)品使用。(2) 氣體流程由燃燒爐產(chǎn)生的高溫煙氣進入錘式烘干機和原料磷石膏充分接觸換熱( 出口溫度約 160 1700C), 攜帶磷石膏的熱氣流經(jīng)過布袋收塵器分離出熟石膏粉 , 分離掉熟石膏的熱氣流經(jīng)過

10、引風機牽引直接排空。3. 本工藝的特點與傳統(tǒng)的工藝相比 , 本工藝 ( 錘式烘干機 +氣流干燥管工藝 ) 具有如下特點 :(1) 設(shè)備占地面積小 , 單臺生產(chǎn)能力大、裝置易于大型化。如目前國內(nèi)較先進的建筑石膏生產(chǎn)線由 3000mm的連續(xù)炒鍋和由 4000mm的沸騰爐工藝線 , 其單機生產(chǎn)能力僅 30kt/a, 而 3000mm4000mm的錘式烘干機單機生產(chǎn)能力超過 100kt/a 。上海博羅公司單臺雙轉(zhuǎn)子錘式烘干機處理量達35t/h 。(2) 流程簡單 , 主設(shè)備不易損壞。如錘式烘干機僅葉輪為傳動部件 , 其他為靜止部件 ; 并且 , 其工作溫度鉸低 ( 低于 2000C), 在銅化集團使用

11、的實踐證明其可靠性極高。(3) 操作簡便 , 自動化程度高。該流程簡單 , 涉及的介質(zhì)少 , 僅有熱氣流和石膏 ,并且 , 因其連續(xù)操作的特性 , 只要控制一個溫度 , 其它均可相應得到控制 , 故(4) 換熱效果好 , 能耗低。熱能 : 由于在該流程中物料和熱氣流直接充分接觸 , 換熱效率更高。能源損失更少。電耗 : 采用該流程 , 生產(chǎn)能力 100kt/a, 其裝機容量僅 400kW,耗電省。(5) 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于采用低溫熱源 , 熟石膏不易過燒 , 同時采用成品穩(wěn)定器使熟石膏粉進一步轉(zhuǎn)型。其操作穩(wěn)定可靠 . 得到的產(chǎn)品質(zhì)量也更穩(wěn)定。(6) 投資省、生產(chǎn)費用低。 3000mm的連續(xù)炒鍋

12、和由 4000mm的沸騰爐工藝路線設(shè)備投資分別為 360 萬元和 250 萬元 , 裝機容量分別為 550kW和 460kW。而單機生產(chǎn)能力超過 100kt/a 的錘式烘干機包括其他設(shè)備投資 460 萬元 , 并且其裝機容量僅 400kW,故其投資更省 , 操作費用更低。(7) 產(chǎn)品多樣化。通過錘式烘干機制得半水石膏后 , 可制水泥緩凝劑增強球 , 也可以制得熟石膏粉后制造多種石膏制品。四、主要原輔材料消耗采用該流程的主要消耗為 : 原料石膏 ( 含水 12%)1.0t/t 水泥緩凝劑 : 總裝機容量約 400kW,耗電 18(kW?h)/t 水泥緩凝劑 ; 水 250kg/t 水泥緩凝劑 ;

13、 耗煤約 50kg/t 水泥緩凝劑。五、投資情況以 100 kt/a水泥緩凝劑的生產(chǎn)規(guī)模為例, 包括工藝設(shè)備、電氣儀表、廠房建設(shè)、公用設(shè)施、設(shè)備安裝、技術(shù)轉(zhuǎn)讓等工程建設(shè)總費用約850 萬元 , 廠區(qū)占地面積約 8000m2,建設(shè)期約8 個月。六、存在的問題和探討(1) 磷石膏制水泥緩凝劑 , 雖然附加值不高 , 利潤也不可觀 , 但卻不失為大規(guī)模處理磷石膏主要途徑之一 , 并且其投資低 , 加之廉價的石膏資源極易得到 , 故仿效者肯定不少。 (2) 大量廉價的磷石膏進入水泥生產(chǎn)企業(yè) , 必然引起天然石膏在水泥中的價格波動 , 招致競爭對手。但從經(jīng)濟的角度分析 , 除個別幾乎無運輸成本的水泥廠能得到廉價的天然石膏外 , 磷石膏替代天然石膏產(chǎn)生的經(jīng)濟效益的誘惑力是絕大多數(shù)企業(yè)不能不考慮的因素。從目前的價格來看 , 天然石膏即使降價也很難擺脫失去大部分市場的命運。(3) 由于產(chǎn)品附加值低 , 其運輸距離成了其效益好壞的關(guān)鍵因素之一。也就是說周圍水泥生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)能力的大小對該工程上馬后的效益產(chǎn)生很大的影響。七、結(jié)束語(1) 開發(fā)的廢渣磷石膏的利用技術(shù) , 將其變廢為寶 , 既減輕了廢渣堆放占用土地的壓力 , 以免造成二次污染 , 同時還可以保護自然資源 , 增加建筑材料。(2) 在環(huán)保要求日益嚴格的今天 , 磷石膏的出路日益受到重視。我院自主開發(fā)設(shè)計的錘式烘干機 +氣流干燥管