閃燒法磷石膏的無(wú)害化處理新工藝

閃燒法一磷石膏的無(wú)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(diǎn)及前途七、 結(jié)論寧夏石膏工業(yè)設(shè)計(jì)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(guò)硫酸分配磷礦粉生產(chǎn)萃取料漿，然后過(guò)濾洗滌制得磷酸，過(guò)濾洗滌的過(guò)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(guó)濕法磷酸產(chǎn)量約為100多萬(wàn)噸，而隨著我國(guó)近幾年來(lái)高濃度復(fù)合肥工業(yè)的迅猛發(fā)展，每年由磷肥類(lèi)化工企業(yè)排出的磷石膏超過(guò)1000萬(wàn)噸，而其它企業(yè)（如復(fù)合添加劑）每年也要排出近1000萬(wàn)噸磷石膏。全國(guó)不完全統(tǒng)計(jì)約2000多萬(wàn)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(jī)磷、硫、氟類(lèi)化合物，相對(duì)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(lèi)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(lái)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(jiǎn)單少量的消化對(duì)整個(gè)堆積如山的磷石膏來(lái)講仍是杯水車(chē)薪，不解決根本問(wèn)題。生產(chǎn)廠仍采用堆放方式來(lái)被動(dòng)處理。我國(guó)目前每年排放磷石膏約2000萬(wàn)噸，累計(jì)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(guó)部分磷肥企業(yè)磷石膏年排量工廠1996年磷酸產(chǎn)量（萬(wàn)t/a）磷石膏單位產(chǎn)量（t/t100%P2O5）磷石膏產(chǎn)量（萬(wàn)t/a）貴州開(kāi)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(yáng)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(wàn)噸80寧夏磷肥廠4520四川什邡磷肥廠100而對(duì)如此嚴(yán)重的環(huán)境壓力，一方面我國(guó)是一個(gè)石膏資源消費(fèi)大國(guó)，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(kāi)發(fā)方面的優(yōu)勢(shì)，準(zhǔn)確把握市場(chǎng)動(dòng)態(tài)及市場(chǎng)需求，將磷石膏的綜合開(kāi)發(fā)列入自己的研究課題。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)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(chǎng)、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(wú)害化處理，取得了成功，并獲得專(zhuān)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(jī)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(dòng)很大，給綜合利用帶來(lái)了很大難度，二水磷酸鈣含量波動(dòng)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(duì)于我國(guó)水資源極其缺乏的國(guó)家來(lái)說(shuō)，這不是一種明智的辦法，同時(shí)產(chǎn)生的廢水又對(duì)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(wú)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(shí)間（分）2小時(shí)強(qiáng)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(shí)間太長(zhǎng)，強(qiáng)度太低。水洗后，凝結(jié)時(shí)間縮短，但還偏長(zhǎng)，強(qiáng)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(guò)大量的試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)用閃燒法工藝處理磷石膏是一條切實(shí)可行的路子，我們經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)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(jī)磷和無(wú)機(jī)磷以及磷酸銨，如果把它們?nèi)サ艋蜃兂蔁o(wú)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(lèi)化合物如焦磷酸鈣的特點(diǎn)，從而將其對(duì)產(chǎn)品性能的危害降低到最低點(diǎn)，使有害物質(zhì)通過(guò)高溫分解或轉(zhuǎn)變成惰性物質(zhì)。少量有機(jī)磷經(jīng)過(guò)高溫轉(zhuǎn)變成氣體排出，無(wú)機(jī)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(jī)磷和無(wú)機(jī)磷等雜質(zhì)對(duì)石膏性能的危害。同時(shí)還保證了二水磷酸鈣的正常脫水反應(yīng)。通過(guò)“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(wú)水石膏粉。實(shí)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(guò)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(lèi)型，即B型半水石膏和II型無(wú)水石膏。II型無(wú)水石膏通過(guò)激發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)度。它們的性能見(jiàn)表3。PH值細(xì)度(%)標(biāo)稠(%)凝結(jié)時(shí)間(分)烘2小時(shí)強(qiáng)度(MPa)干強(qiáng)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(wú)水石膏7.00.34312016512.340.77.10.6459011711.337.06.90.540406512.349.5經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)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(guò)GB9776-88中強(qiáng)度優(yōu)等品的水平，并且凝結(jié)時(shí)間可調(diào)整到較快的水平。11型無(wú)水石膏經(jīng)激發(fā)后，其抗折抗壓強(qiáng)度都很高，可達(dá)到水泥42.5#的水平，并且凝結(jié)時(shí)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(wú)水石膏特別適合配制生產(chǎn)粉刷石膏、石膏膩?zhàn)?、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(cāng)一烘干一閃燒窯一輸t——!熱氣送一提升一料倉(cāng)一粉磨一均化一包裝一出廠t檢測(cè)整個(gè)工藝流程流暢、簡(jiǎn)化，不水洗，避免二次污染。粉塵和揮發(fā)的有機(jī)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(wàn)元土建投資96萬(wàn)元（生產(chǎn)線900M2，附屬車(chē)間300M2）共投資320萬(wàn)元+96萬(wàn)元二416萬(wàn)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(hào)項(xiàng)目單位消耗（噸/噸產(chǎn)品）單價(jià)（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(jì)9.248維修費(fèi)2.52.59管理費(fèi)44410財(cái)務(wù)費(fèi)用55511銷(xiāo)售費(fèi)用55512其它55513總計(jì)229.2年產(chǎn)50000噸建筑石膏粉生產(chǎn)成本：見(jiàn)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(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。造成生產(chǎn)成本較低的原因主要有：1） 不用破碎，粉磨機(jī)產(chǎn)量高節(jié)電。2） 原料價(jià)格低。3） 免征增值稅和所得稅。4） 生產(chǎn)工藝全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作，用工較少（40人）。序號(hào)項(xiàng)目單位消耗（噸/噸產(chǎn)品）單價(jià)（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(jì)5.558維修費(fèi)1.71.79財(cái)務(wù)費(fèi)用55510銷(xiāo)售費(fèi)用55511管理費(fèi)44412其它55513總計(jì)109.05六、“閃燒法”的技術(shù)特點(diǎn)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(duì)產(chǎn)品性能不能造成危害的惰性物質(zhì)，“閃燒法”恰好滿(mǎn)足這一要求。該法的創(chuàng)新點(diǎn)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(shí)節(jié)約寶貴的水資源。2） 采用〃閃燒法〃工藝，將磷石膏通過(guò)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(guò)國(guó)標(biāo)GB9776-88優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)，也能生產(chǎn)II型無(wú)水石膏強(qiáng)度也達(dá)到32.5#水泥的強(qiáng)度。