閃燒法磷石膏的無害化處理新工藝

閃燒法一磷石膏的無害化處理新工藝（技術(shù)）目錄一、 磷石膏的形成及現(xiàn)狀二、 磷石膏的化學(xué)成分分析及理論基礎(chǔ)三、 閃燒法產(chǎn)品性能四、 閃燒法生產(chǎn)工藝五、 年產(chǎn)30000-50000噸經(jīng)濟(jì)效益分析六、 閃燒法技術(shù)特點及前途七、 結(jié)論寧夏石膏工業(yè)設(shè)計研究院二00七年五月八日一、磷石膏的形成及現(xiàn)狀磷石膏是磷肥工業(yè)的固體廢棄物，而磷酸是磷肥工業(yè)的基礎(chǔ)。濕法磷酸生產(chǎn)工藝都是通過硫酸分配磷礦粉生產(chǎn)萃取料漿，然后過濾洗滌制得磷酸，過濾洗滌的過程中生產(chǎn)磷石膏廢棄物。一般每生產(chǎn)1噸磷酸約產(chǎn)生5-6噸磷石膏，每生產(chǎn)1噸磷酸二銨排放2.5-5噸磷石膏。我國濕法磷酸產(chǎn)量約為100多萬噸，而隨著我國近幾年來高濃度復(fù)合肥工業(yè)的迅猛發(fā)展，每年由磷肥類化工企業(yè)排出的磷石膏超過1000萬噸，而其它企業(yè)（如復(fù)合添加劑）每年也要排出近1000萬噸磷石膏。全國不完全統(tǒng)計約2000多萬噸。磷石膏一般呈粉狀，外觀一般是灰白、灰、灰黃、淺黃、淺綠等色，還含有少量的有機磷、硫、氟類化合物，相對密度為2.22-2.3f，容重0.733-0.88g/cm3,顆粒直徑一般為5-15um，其主要成分為二水硫酸鈣（CaSO4?2H2O），其含量一般可達(dá)到70-90%左右，其中所含的次要成分隨磷礦石產(chǎn)地不同而各異，成分較為復(fù)雜，一般都含有巖石成分Ca、Mg的磷酸鹽及硅酸鹽。磷石膏中因含有種類較多的化學(xué)成分而增加了磷石膏的利用難度，尤其磷石膏中含有少量殘留的磷酸更給有效利用帶來了困難，所以磷石膏一般不被以石膏為原料的企業(yè)所采用，僅極少部分被做為土壤改良或在一些石膏資源匱乏的地區(qū)經(jīng)水洗后做為原料使用，這種簡單少量的消化對整個堆積如山的磷石膏來講仍是杯水車薪，不解決根本問題。生產(chǎn)廠仍采用堆放方式來被動處理。我國目前每年排放磷石膏約2000萬噸，累計排量近億噸，是石膏廢渣中排量最大的一種，排出的磷石膏渣占用大量土地，形成渣山，嚴(yán)重污染環(huán)境，污染水源。表1是我國部分磷肥企業(yè)磷石膏年排量工廠1996年磷酸產(chǎn)量（萬t/a）磷石膏單位產(chǎn)量（t/t100%P2O5）磷石膏產(chǎn)量（萬t/a）貴州開磷集團(tuán)息烽重鈣廠2.3510云南紅河州磷肥廠3.88736-42云南磷肥廠7.5536.8云南云峰化學(xué)公司5.81520

江西貴溪化工廠6530湖北荊襄磷化公司205101四川銀山化工集團(tuán)25.2110四川石化集團(tuán)3.5517.5陜西華山復(fù)合肥廠3.65618山東肥城磷銨廠1.267.2山東魯北集團(tuán)9.54.644山東紅日集團(tuán)33.310沈陽化肥總廠3.7618江蘇泰興磷肥廠11010安徽銅陵化學(xué)集團(tuán)6.7640四川龍蟒集團(tuán)堆積近千萬噸80寧夏磷肥廠4520四川什邡磷肥廠100而對如此嚴(yán)重的環(huán)境壓力，一方面我國是一個石膏資源消費大國，另一方面化學(xué)石膏大量排出得不到有效利用，污染環(huán)境，如何有效的利用磷石膏是我們科技工作者的責(zé)任和任務(wù)。我院根據(jù)自身在石膏研究開發(fā)方面的優(yōu)勢，準(zhǔn)確把握市場動態(tài)及市場需求，將磷石膏的綜合開發(fā)列入自己的研究課題。經(jīng)過大量的試驗室工作，取得磷石膏的較完整和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，尤其在以磷石膏為原料生產(chǎn)粉刷石膏、B型半水石膏各種石膏砌塊，以及自流平石膏等方面均取得了較好的結(jié)果，在完成磷石膏綜合利用前期（小試）工作的基礎(chǔ)上，并進(jìn)行了大量的市場、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等各方面的論證工作，在有關(guān)單位的大力支持下，采用新的生產(chǎn)工藝-閃燒法，進(jìn)行磷石膏的無害化處理，取得了成功，并獲得專利技術(shù)。二、磷石膏的化學(xué)成分分析及閃燒法的理論基礎(chǔ)1、磷石膏化學(xué)分析：（％）SO3CaOP2O5Fe2O3AL2O3SiO2MgO含量38-14.728-320.33-3.230.12-0.430.02-0.460.17-5.60.1-1.23水溶性磷F-其中水溶性F-有機質(zhì)結(jié)晶水酸不容物PH值含量0.1-1.760.22-0.870.11-0.760.12-0.1616.9-20.050.0013-0.81.5-4從上表可以看出，磷石膏成分非常復(fù)雜，二水磷酸鈣含量和化學(xué)成分因磷礦石產(chǎn)地不同而波動很大，給綜合利用帶來了很大難度，二水磷酸鈣含量波動在82-99%，有的很好，有的很差。磷石膏中殘留磷的含量在0.33-3.23%之間，殘留量較大，PH值明顯呈酸性。水溶性磷和不溶性磷約占一半左右，這是影響磷石膏性能和利用的最有害物質(zhì)。有的石膏企業(yè)少量使用磷石膏大都是采取水洗的辦法清除磷石膏里面殘留磷，每洗1噸磷石膏需4-5噸水，對于我國水資源極其缺乏的國家來說，這不是一種明智的辦法，同時產(chǎn)生的廢水又對江河造成了二次污染，也是不可取的。但如果不去掉殘留磷，磷石膏則無法進(jìn)行直接利用，表2是水洗與不水洗處理直接炒制磷石膏性能。表2炒制溫度（°C）標(biāo)稠（%）凝結(jié)時間（分）2小時強度（MPa）抗折抗壓未洗160-18030-401.05.2水洗160-18015-201.512.4從上表可以看出不予處理(水洗)，基本不能利用。由于殘留磷的影響凝結(jié)時間太長，強度太低。水洗后，凝結(jié)時間縮短，但還偏長，強度雖有增加，但仍不理想，與天然石膏產(chǎn)品仍有一定差距。2、閃燒法的理論基礎(chǔ)在磷石膏予處理和不予處理效果都不理想的狀態(tài)下，必須尋找另一種方法，經(jīng)過大量的試驗，我們發(fā)現(xiàn)用閃燒法工藝處理磷石膏是一條切實可行的路子，我們經(jīng)過大量試驗證明，采用閃燒工藝技術(shù)可以解決這一難題。首先我們分析，磷石膏中影響最大的有害成分是殘留的有機磷和無機磷以及磷酸銨，如果把它們?nèi)サ艋蜃兂蔁o害成分，那么磷石膏就非常好利用。我們充分利用P2O5在高溫(200-400°C)狀態(tài)下分解成氣體或部分轉(zhuǎn)變成惰性的、穩(wěn)定的難溶性磷酸類化合物如焦磷酸鈣的特點，從而將其對產(chǎn)品性能的危害降低到最低點，使有害物質(zhì)通過高溫分解或轉(zhuǎn)變成惰性物質(zhì)。少量有機磷經(jīng)過高溫轉(zhuǎn)變成氣體排出，無機磷在高溫狀態(tài)下與鈣結(jié)合成為惰性的焦磷酸鈣，從而消除了有機磷和無機磷等雜質(zhì)對石膏性能的危害。同時還保證了二水磷酸鈣的正常脫水反應(yīng)。通過“閃燒”的速度和溫度控制，可生產(chǎn)二種產(chǎn)品：3型半水石膏粉。11型無水石膏粉。實踐證明，閃燒理論是基本正確的。根據(jù)〃閃燒〃理論完成的小試、中試都已通過鑒定。三、“閃燒法”生產(chǎn)的產(chǎn)品性能采用閃燒法技術(shù)生產(chǎn)磷石膏產(chǎn)品有2種基本類型，即B型半水石膏和II型無水石膏。II型無水石膏通過激發(fā)產(chǎn)生強度。它們的性能見表3。PH值細(xì)度(%)標(biāo)稠(%)凝結(jié)時間(分)烘2小時強度(MPa)干強度(MPa)初凝終凝抗折抗壓抗折抗壓B型半水石膏6.4245572.678.66.5370682.55.86.43.570562.76.0II型無水石膏7.00.34312016512.340.77.10.6459011711.337.06.90.540406512.349.5經(jīng)過大量試驗重復(fù)性很好。從以上結(jié)果可以看出，采用〃閃燒法〃新煅燒技術(shù)，可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，B型半水石膏完全符合并超過GB9776-88中強度優(yōu)等品的水平，并且凝結(jié)時間可調(diào)整到較快的水平。11型無水石膏經(jīng)激發(fā)后，其抗折抗壓強度都很高，可達(dá)到水泥42.5#的水平，并且凝結(jié)時間合適，初凝16-120分鐘，終凝24-165分鐘，擴(kuò)大了應(yīng)用中的選擇范圍。B型半水石膏主要用于建材制品，用于生產(chǎn)部分陶模、紙面石膏板、石膏砌塊、條板等。II型無水石膏特別適合配制生產(chǎn)粉刷石膏、石膏膩子、自流平石膏等產(chǎn)品。四、“閃燒法”生產(chǎn)工藝流程“閃燒法”生產(chǎn)工藝流程與傳統(tǒng)的天然石膏脫水工藝有較大的區(qū)別，主要區(qū)別在：脫水環(huán)境溫度不同，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝一般在160-200°C，而〃閃燒法〃要到400-600°C。2） 〃閃燒法〃是火焰直接與磷石膏接觸，而傳統(tǒng)方法則不是。生產(chǎn)工藝流程如下：1一降塵一降磷硫磷石膏一提升一料倉一烘干一閃燒窯一輸t——!熱氣送一提升一料倉一粉磨一均化一包裝一出廠t檢測整個工藝流程流暢、簡化，不水洗，避免二次污染。粉塵和揮發(fā)的有機磷及硫也得到回收治理。五、年產(chǎn)30000-50000噸規(guī)模投資及經(jīng)濟(jì)效益分析“閃燒法”工藝是處理磷石膏的一種新工藝，它的經(jīng)濟(jì)效益技術(shù)指標(biāo)也是十分重要。1） 工藝設(shè)備投資320萬元土建投資96萬元（生產(chǎn)線900M2，附屬車間300M2）共投資320萬元+96萬元二416萬元2） 生產(chǎn)成本核算A）年產(chǎn)30000噸粉刷石膏生產(chǎn)成本：表4序號項目單位消耗（噸/噸產(chǎn)品）單價（元）成本（元/噸）1磷石膏1.5噸57.52電40度/噸產(chǎn)品0.4518

3煤0.14噸/噸產(chǎn)品160.022.44外加劑1165包裝袋20條246人工工資40人，月工資80010.67設(shè)備折舊按15年計9.248維修費2.52.59管理費44410財務(wù)費用55511銷售費用55512其它55513總計229.2年產(chǎn)50000噸建筑石膏粉生產(chǎn)成本：見表5從上面表可以看出，用磷石膏生產(chǎn)建筑石膏粉和粉刷石膏的生產(chǎn)成本是很低的，以寧夏地區(qū)為例，建筑石膏粉和粉刷石膏生產(chǎn)成本比較如下：建筑石膏（兀/噸）粉刷石膏（元/噸）磷石膏半水粉（元/噸）磷石膏粉刷石膏（元/噸）150-160300115.04229與天然石膏生產(chǎn)產(chǎn)品相比，成本較低，有很強的市場競爭力。造成生產(chǎn)成本較低的原因主要有：1） 不用破碎，粉磨機產(chǎn)量高節(jié)電。2） 原料價格低。3） 免征增值稅和所得稅。4） 生產(chǎn)工藝全部實現(xiàn)機械化操作，用工較少（40人）。序號項目單位消耗（噸/噸產(chǎn)品）單價（元）成本（元/噸）1磷石膏1.5噸57.52電38度/噸產(chǎn)品0.4512.13煤0.08噸/噸產(chǎn)品160.012.84人工工資40人，月工資8006.45外加劑20.06包裝袋20條1.224.07設(shè)備折舊按15年計5.558維修費1.71.79財務(wù)費用55510銷售費用55511管理費44412其它55513總計109.05六、“閃燒法”的技術(shù)特點及前途“閃燒法”在煅燒工藝上不同于其它傳統(tǒng)的設(shè)備，它的目的是將殘留磷氟不經(jīng)水洗而除去，或轉(zhuǎn)變成對產(chǎn)品性能不能造成危害的惰性物質(zhì)，“閃燒法”恰好滿足這一要求。該法的創(chuàng)新點在于：1） 該工藝方法擺脫了采用水洗法后再炒制利用的工藝路線，（一般水洗1噸磷石膏需5噸水），避免了二次污染，同時節(jié)約寶貴的水資源。2） 采用〃閃燒法〃工藝，將磷石膏通過高溫瞬間煅燒，將磷石膏中有害化學(xué)成分揮發(fā)轉(zhuǎn)變成惰性物質(zhì)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量性能的穩(wěn)定。為磷石膏大量有效利用走出一條新路。3） “閃燒法”即能生產(chǎn)B型普通石膏粉產(chǎn)品質(zhì)量超過國標(biāo)GB9776-88優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)，也能生產(chǎn)II型無水石膏強度也達(dá)到32.5#水泥的強度。