[发明专利]一种通过反应热量耦合振动流态化分解磷石膏的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过反应热量耦合振动流态化分解磷石膏的方法，属于环境保护治理，化工生产技术和水泥工业生产领域。

背景技术

磷石膏是湿法磷酸生产过程中排放出来的工业废渣，其主要化学成分是CaSO₄·2H₂O，还有其它少量的SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，P₂O₅以及氟化物等杂质。据统计，每生产一吨磷酸大约产生4.5～5.5吨磷石膏。我国每年磷石膏的排放量超过2200万吨，其利用率不足10％。磷石膏的大量堆放不仅占有大量土地资源，污染大气，水源以及土壤，而且造成了大量的硫资源浪费，给企业带来了很大的经济负担，磷石膏的综合利用成为制约磷酸行业可持续发展的关键因素之一。

目前，国内外将磷石膏制酸联产水泥作为磷石膏资源化综合利用最有效的途径之一。利用湿法磷酸所产生的废产物——磷石膏来制酸联产水泥，磷石膏分解出来的氧化钙用于制水泥，SO₂用于制硫酸，制出来的硫酸再用于生产磷酸，实现一个循环生产模式。磷石膏制酸联产水泥是将磷石膏、焦炭、粘土、矾土、页岩等原料送入回转窑煅烧，从回转窑中出来的是水泥和尾气，其中尾气中的SO₂经净化、干燥等工艺后用于制硫酸。1969年奥地利林茨化学公司建成了第一家利用磷石膏制硫酸并联产水泥的工厂，1982年我国山东鲁北化工集团公司建成磷石膏制酸联产水泥的示范装置。事实证明，传统工艺(无论是中空式还是带立筒预热器的回转窑)是可行的，但存在气固换热效率低，传递速率慢，故能耗高，水泥质量差，产量低以及尾气中SO₂浓度低等弊端，因此这种传统生产工艺的技术经济指标无法满足工业化生产的需要难以大规模推广使用。

近年来由于流态化技术的发展和对磷石膏分解规律的进一步认识，国内外开展对磷石膏流态化分解技术的研究。1968年美国衣阿华州立大学和KEETFEEDS公司联合研究开发了磷石膏流化床分解的新工艺，该工艺是流化床温度控制在1200℃，物料在炉内停留1～2h后排出，分解气体中SO₂浓度可达12.6％。1996年中国建材科学研究院水泥科学研究所采用流态化分解炉分解磷石膏的试验研究，在1000～1050℃下反应分解磷石膏，分解率可达70％。经研究发现磷石膏颗粒细微，属于C类颗粒，正常情况下很难流化，且流化时易出现沟流，节涌等现象，造成物料反应不均，易结块等问题，因此使得反应炉无法连续生产。

随着流态化技术的进一步发展，快速流态床技术为发展的方向。1985年德国Lurgi公司推出一种循环流化床磷石膏分解炉并完成了中试。该装置采用双气氛反应机制，物料反复经过还原及氧化区，还依靠炉外循环，又分料器完成部分循环入炉反复分解过程，以煤粉为燃料，并以不完全燃烧方式提供还原气氛。由于磷石膏分解困难，在快速流态化分解过程中只有提高反应温度来提高分解率，这样高温使物料烧结，从而影响了生产的连续性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过反应热量耦合振动流态化分解磷石膏的方法，该方法是将焦炭和通入气体中的氧气燃烧所产生的热量直接供给磷石膏的分解所需要的热量，减少了能量的传递损耗，且产物不易结块。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种通过反应热量耦合振动流态化分解磷石膏的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)以磷石膏与焦炭按照干重(重量)比为(5～35)∶1，选取磷石膏和焦炭；按添加剂的加入量为磷石膏重量的12.5％，选取添加剂；将磷石膏、焦炭和添加剂混合均匀，得到混合料；

2)将混合料投入到振动流化床中，在通入氩气条件下，振动流化床程序升温到800～1100℃(升温速率为0.1～100℃/min)，升至800～1100℃后关闭氩气，同时通入流速为0.0004～0.008m/s的空气(氧气的体积浓度为0.1～21％)，控制振动流化床内温度保持在800～1100℃，反应10～60min(生成二氧化硫和氧化钙)，反应过程中用气相色谱进行尾气中SO₂的在线监测，产生的尾气中SO₂的平均浓度到14％以上，分解率达到80％以上。

所述的磷石膏为是湿法磷酸所产生的磷石膏或天然石膏。