利用磷石膏生產高強石膏粉試驗研究

王英 馬榮華

(1.昆明冶金高等專科學校科技處，云南 昆明 650000；2.中礦新材料開發云南有限公司，云南 昆明 650000)

磷石膏是磷酸生產過程中產生的工業固體廢渣，我國是世界上第一大磷石膏副產國。據中國磷肥工業協會統計，我國磷石膏堆存量已超5億t，每年新產生大約7000萬t左右，如何有效處置磷石膏成為磷化工行業實現可持續發展的關鍵。綜合利用是公認的最佳路徑，我國政府近年來不斷加大力度推進，雖取得階段性成效，但規模化利用一直未能實現。

我國“2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和”的目標已經明確，水泥等建材行業等將會受到很大的影響。將要面對控制碳排放量、降低能源消耗的新課題，而由于水泥生產的大宗原料石灰石煅燒后不可避免地產生二氧化碳。因此，具有安全、節能環保、輕質高強的石膏建材，將迎來快速發展的極好時機。再者，隨著國家大力推廣新型墻材的應用及裝配式建筑的發展，根據國家《新型墻材推廣應用行動方案》規定，2020年，裝配式墻板的部品部件占建筑物比例達20%；新建建筑物中新型墻材應用比例達90%。特別是在工業副產石膏豐富的云南地區，迫于環保的壓力，和極具成本低廉的優勢，石膏建材產業必將得到快速發展，這其中高強石膏粉以其高力學性能將在相關領域成為應用熱點。

業內都知：高強度石膏粉一般要用高品位石膏原料進行制作，目前主要使用二水石膏含量85%以上的天然石膏為原料，為了實現資源的綜合利用，同時減少環境污染，本文將研究用磷石膏來生產高強石膏粉。

1 生產工藝流程

1.1 工藝流程圖

工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

1.2 工藝過程

1.2.1 磷石膏輸送及打散烘干工序

目前，磷石膏的加工利用大多采用磷石膏烘干機，其原理是將磷石膏輸送到烘干機內，在烘干機端部配置噴火爐，利用噴火爐噴出的火焰產生高溫氣流，將磷石膏加熱烘干，從而達到石膏結構轉換的目的，由于磷石膏的特性是粘性大，其轉換半水石膏的溫度不容易控制，現在提出了一種磷石膏轉換方法，也就是將磷石膏一部分轉換成半水石膏，一部分轉換為無水石膏，再將無水石膏轉換成半水石膏，現有石膏烘干機不能滿足以上的工藝要求，同時由于磷石膏在進入外筒時溫度低，水分含量大，黏性較大，在烘干機外筒容易結成團狀，使得磷石膏進入外筒運行時容易阻塞。故在此增設打散裝置，其原理是：團聚性或結塊物料經螺旋給料機送入打散腔內，經高速旋轉的轉子對物料進行沖擊、剪切，使物料粉碎還原。打散后的物料被上升氣流輸送至物料收集區，被旋風收集器和脈沖除塵器收集，凈化的空氣由引風機排出。避免或減少了磷石膏進入烘干機外筒時的堵塞，提高了工作效率。

磷石膏通過磷石膏倉底部棒條閥，進入調速定量皮帶秤，在皮帶傳送下進入打散烘干機，利用從熱風爐過來的高溫氣體進行初步干燥，同時負壓把微小的磷石膏顆粒帶進干燥換熱器。

磷石膏顆粒在干燥換熱器里停留時，大量高溫氣體從顆粒之間通過，帶走顆粒間水分，磷石膏顆粒進入C1旋風分離器，較大顆粒的磷石膏直接落入灰斗，含有微粒粉塵的氣體進入布袋除塵器通過濾袋，粉塵被滯留在濾袋外表面，而氣體則經凈化后排空。隨著過濾工作的不斷進行，附著在濾袋外表面的粉塵不斷增多，除塵器運行阻力增大，某一過濾單元的轉換閥關閉，過濾單元停止工作，反吹壓縮空氣逆向進入過濾單元，吹掉濾袋外表面的粉塵，然后轉換閥板打開，該過濾單元重新工作，清灰轉向下一過濾單元。

1.2.2 燃燒爐工序

從C1旋風分離器和布袋除塵器分離出來的磷石膏顆粒進入煅燒爐脫水，生成無水硫酸鈣，進入C2旋風分離器旋風分離區，當含無水硫酸鈣顆粒氣體進入旋風分離管后，氣流受導向葉片的導流作用而產生強烈旋轉，氣流沿筒體呈螺旋狀向下進入旋風筒體，密度大的塵粒在離心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋風管排塵口至設備底部，從設備底部的出口流出。旋轉的氣流在筒體內收縮向中心流動，經設備頂部出旋風分離器口流出。流出的氣體溫度較高，繼續進入打散烘干機干燥磷石膏，而旋風分離器底部流出的固體顆粒經過高溫分料閥，一部分回收，另一部分再次進入流化床煅燒爐繼續煅燒。

1.2.3 燃煤輸送及熱風爐工序

碎煤通過汽車運輸到場地，堆存在碎煤棚內，通過人工手推車卸入錘式破碎機原料倉內，然后進入斗式提升機受料倉內。經斗式提升機提升入圓盤喂料機，經圓盤喂料機送入熱風爐進行煅燒。通過煤在熱風爐里燃燒獲得高溫氣體，用于磷石膏的干燥和調節煅燒爐溫度。

2 主要設備

主要設備見表1。

表1 設備一覽表

10 1817 CXMFC煅燒爐尺寸：φ1450×6500 mm（直段高）有效內徑：DN950mm（斷面風速6m/s）廢氣量：3010Nm3/h，工況14960m3/h（800℃）1 11 1815 主風機型號：9-26 No.80 Q=22640 M3/h，全壓：15112Pa轉速：2900r/min電機型號：Y2X315S-2功率：110kW 1 12 C1旋風分離器直徑：φ1400mm分離效率：95%有效內徑：DN1400mm（斷面風速3m/s）工況風量：14646m3/h（200℃）1 13 1822 C2旋風分離器直徑：φ1800mm分離效率：95%有效內徑：DN1300mm（斷面風速3m/s）工況風量：14250m3/h（700℃）1 14 1823 儲氣罐產品編號：Y13017-223儲氣量：2 m3，介質：空氣設計溫度：110℃設計壓力：1.05MPa 1

3 試驗關鍵點

為試驗順利，煅燒裝置需要石膏冷卻和活化、石膏及輔料儲存、計量混合、產品包裝等系統。

3.1 石膏冷卻系統

增加石膏冷卻及活化裝置，石膏粉冷卻機，風冷裝置等這樣才能確保高強粉的質量，做好熱能回收利用。

3.2 石膏及輔料儲存庫

高強粉離開分解煅燒爐時，溫度達到280℃，需要進行冷卻后存化才能保證質量，根據不同用途的高強粉還需要在冷卻過程中進行活化處理。

3.3 變頻器

在排風機電機上增加變頻調節，有利于風、料、熱量的穩定與平衡，確保優質高產低成本運行。

3.4 進料裝置

降低進料倉高度提高進料效率，在進料倉內壁加裝聚氯乙烯板使磷石膏下料流暢；

改造輸送皮帶下的卸料鎖風閥，加大鎖風閥，改用寬葉片的鎖風閥。在鎖風閥前加裝破碎機。

3.5 清理熱風管道系統

清理熱風管道，修補脫落的澆筑料，減少熱損失，提高系統熱效率。

3.6 溫度控制

加裝熱電偶，加強系統溫度監控，提高熱能利用效率。

4 未來技術提升空間

未來在供熱系統還有提升空間。因為使用天然氣熱源，既能提高產品質量又能簡化生產工藝降低生產成本，故未來可將供熱裝置沸騰爐燃煤供熱，改為燃燒天然氣供熱，經測算利用磷石膏生產高強石膏粉，在760℃煅燒溫度條件下，生產1t高強粉需要35m天然氣。

5 試驗先進性

5.1 技術創新點

此試驗裝置能讓二水石膏脫水完全，加之增強劑等的應用，提高了高強石膏粉（本試驗主要是Ⅱ型無水石膏）的產質量，強度和耐水性均大大優于建筑石膏，加入激發劑后有一定的應用價值。

5.2 節能與環保

該裝置工藝緊湊，巧妙地利用了勢能，因而消耗的動能少，所以節省電能。脫硫與收塵裝置，結合簡單，少維修。既能滿足生產工藝需要又滿足了環保需要。