工业副产石膏资源化综合利用的探索

2020-03-25马晶云南省建筑材料科学研究设计院有限公司云南昆明650221

建材发展导向 2020年4期

马晶（云南省建筑材料科学研究设计院有限公司云南昆明 650221）

0 引言

近年来，随着我国对磷酸和磷肥的需求日益旺盛，导致固体工业废弃物—磷石膏大量产生。磷石膏是湿法生产磷酸时产生的工业副产品，通常每生产1t 磷酸，产生4.5~5.0t 磷石膏。数据显示，我国磷石膏的年均排放量超过7 000 万t，累计堆存量已达3 亿t 以上，不仅占用大面积土地，还浪费了大量硫、钙等资源，并对水、土壤、生物、大气等环境造成污染，加重堆存地周围的环境负担，严重制约了当地的可持续发展。因此开展固废资源综合利用治理环境，推行清洁生产，节能降耗，实现集约化生产经营，是企业资源效益最大化、可持续发展的必由之路。

1 工业副产石膏资源化综合利用的背景

1.1 国家有关部门和云南省人民政府鼓励大宗固体废弃物和尾矿综合利用

云南省人民政府印发《关于加强节能降耗与资源综合利用工作推进生态文明建设的实施意见》，指导云南省节能降耗、资源综合利用等工作。坚持节约资源的基本国策，统筹处理好资源节约与经济社会发展的关系，综合运用市场、法律、经济、标准等手段，强化目标责任落实，全面加强各领域节能降耗与资源综合利用工作，不断提高能源资源利用效率和效益，确保实现“十三五”节能、节水、资源综合利用等各项目标任务。

国务院《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中指出要大力推动大宗固体废弃物和尾矿综合利用，推动冶金渣、化工渣、赤泥、磷石膏等产业废弃物综合利用。

工信部《关于工业副产石膏综合利用的指导意见》中指出要完善工业副产石膏用于水泥缓凝剂生产水泥的税收优惠政策，引导企业将工业副产石膏用于水泥缓凝剂。积极制定引导、扩大工业副产石膏应用市场的鼓励政策。

工信部《工业绿色发展规划（2016——2020年）》中指出要大力推进工业固体废弃物综合利用。以高值化、规模化、集约化利用为重点，围绕尾矿、废石、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣、冶金尘泥、赤泥、工业副产石膏、化工废渣等工业固体废物，推广一批先进适用技术装备，推进深度资源化利用。到2020 年，大宗工业固体废物综合利用量达到21 亿t，占全国储量65%。

1.2 磷石膏综合利用的现状和展望

随着我国磷肥工业的快速发展，中国已成为世界最大的磷肥生产国，也成为了第一大磷石膏副产国。全国除北京、天津、上海、吉林、黑龙江、海南、西藏等省区市外，其余省份均有磷石膏产出，磷石膏排放企业相对集中分布在云南、贵州、湖北、四川等产磷省份。

目前，磷石膏已在建材、化工、农业、交通等行业得到不同程度的利用。例如，应用磷石膏制作石膏板、石膏砌块、建筑腻子、轻质保温墙体材料等建材产品；利用磷石膏生产水泥缓凝剂、硫酸联产水泥、硫铝酸盐水泥等水泥产品；利用磷石膏生产硫酸钙、硫酸钾和硫酸铵等化工产品；以及利用磷石膏作为土壤调理剂和肥料等。2019年我国磷石膏产生量为7 600 万t，综合利用量达到2 770 万t，同比增长4.5%，当年综合利用率36.5%，同比提高了3%。

磷石膏用于水泥缓凝剂已经较好的解决了相关技术问题。在水泥厂添加过程中，只要将原有设备稍加改造即可解决堵料问题。磷石膏作为生产水泥的缓凝剂，由于磷石膏的特性，在水泥生产过程中当磷石膏水泥缓凝剂进入磨头仓，在下料的过程中可能会造成结仓、结壁和发生下料堵塞等现象。在装卸、提升、输送的过程中也极易附着在设备上，造成积料、堵塞，若直接用于水泥生产会造成物料输送不畅、混合不匀，影响水泥正常生产等问题的出现，因此，需对磷石膏进行一定的预处理。

2 磷石膏制水泥缓凝剂的工艺流程

2.1 工艺方案比选

目前，国内磷石膏制水泥缓凝剂主要有“半水-二水”成球工艺、“二水”成球工艺。

2.1.1“半水-二水”成球工艺

“半水-二水”成球工艺主要流程：经过预处理的磷石膏通过皮带机进入磷石膏料仓，经过计量后进人单转子锤式烘干机，与热气流充分接触脱除游离水和大部分的结晶水（锤式烘干机的出口温度约160-170℃），制得半水磷石膏，这部分半水磷石膏粉经过旋风除尘器、布袋收尘器和气流彻底分离，半水磷石膏粉和原料二水磷石膏按一定比例混合后进人圆盘造粒机造粒，得到磷石膏水泥缓凝剂成品。“半水-二水”成球工艺流程见图1。

图1 “半水-二水”成球工艺流程图

2.1.2“二水”成球工艺

“二水”成球工艺对磷石膏水分要求较严，一般控制在15%以内，其工艺主要流程：二水磷石膏与一定比例的改性剂同时进入破碎机，破碎并混合，堆置陈化，陈化后磷石膏与活性粘结剂按比例进入圆盘成球，湿球堆置陈化7 天后，即为磷石膏水泥缓凝剂产品。“半水-二水”成球工艺流程见图2。

图2 “二水”成球工艺流程图

2.1.3 “二水”成球和“半水-二水”成球工艺比较

“二水”成球和“半水-二水”成球工艺相比，具有以下优点：

（1）“二水”成球工艺不用烘干脱水，综合能耗大大下降，具有节能性。

（2）“二水”成球工艺不使用燃煤，减少了大量含尘烟气和CO、CO2、SO2、NOX的排放，具有环保性。

（3）“二水”成球工艺不使用燃煤进行烘干，大幅降低了单位产品生产成本。

（4）从水化产物分析，“半水-二水”成球工艺水化产物为CaSO4·2H20，而“二水”成球工艺产品的水化产物为钙矾石，强度得以提高，减少了运输、倒运过程的碎球损失，提高了产品质量。

2.2 原料配料方案

从上述几方面比较看，“二水”成球工艺较“半水-二水”成球工艺无论在节能、环保、成本及产品质量方面均有不可比拟的优越性，我国国内早在2009 年已有成功案例。

表1 原料配料方案（1）

2.3 原料配料方案技术要求

磷石膏的主要成分和天然石膏一致，均为二水硫酸钙，其含量一般高达85%以上。用磷石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂不仅理论上可行，实践中也得到广大水泥生产厂家的普遍认同。但由于原料磷石膏含湿量高达25%，颗粒细微，沾附性强，且伴随磷酸生产含有微量的可溶性磷、氟、共晶磷、絮凝剂等有机杂质，如不经处理直接使用，将影响水泥质量，不便于水泥生产厂家的输送、贮存及配料控制。方案技术要求为：