利用磷石膏生产高强石膏粉试验研究

王英 马荣华

(1.昆明冶金高等专科学校科技处，云南 昆明 650000；2.中矿新材料开发云南有限公司，云南 昆明 650000)

磷石膏是磷酸生产过程中产生的工业固体废渣，我国是世界上第一大磷石膏副产国。据中国磷肥工业协会统计，我国磷石膏堆存量已超5亿t，每年新产生大约7000万t左右，如何有效处置磷石膏成为磷化工行业实现可持续发展的关键。综合利用是公认的最佳路径，我国政府近年来不断加大力度推进，虽取得阶段性成效，但规模化利用一直未能实现。

我国“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的目标已经明确，水泥等建材行业等将会受到很大的影响。将要面对控制碳排放量、降低能源消耗的新课题，而由于水泥生产的大宗原料石灰石煅烧后不可避免地产生二氧化碳。因此，具有安全、节能环保、轻质高强的石膏建材，将迎来快速发展的极好时机。再者，随着国家大力推广新型墙材的应用及装配式建筑的发展，根据国家《新型墙材推广应用行动方案》规定，2020年，装配式墙板的部品部件占建筑物比例达20%；新建建筑物中新型墙材应用比例达90%。特别是在工业副产石膏丰富的云南地区，迫于环保的压力，和极具成本低廉的优势，石膏建材产业必将得到快速发展，这其中高强石膏粉以其高力学性能将在相关领域成为应用热点。

业内都知：高强度石膏粉一般要用高品位石膏原料进行制作，目前主要使用二水石膏含量85%以上的天然石膏为原料，为了实现资源的综合利用，同时减少环境污染，本文将研究用磷石膏来生产高强石膏粉。

1 生产工艺流程

1.1 工艺流程图

工艺流程见图1。

图1 工艺流程图

1.2 工艺过程

1.2.1 磷石膏输送及打散烘干工序

目前，磷石膏的加工利用大多采用磷石膏烘干机，其原理是将磷石膏输送到烘干机内，在烘干机端部配置喷火炉，利用喷火炉喷出的火焰产生高温气流，将磷石膏加热烘干，从而达到石膏结构转换的目的，由于磷石膏的特性是粘性大，其转换半水石膏的温度不容易控制，现在提出了一种磷石膏转换方法，也就是将磷石膏一部分转换成半水石膏，一部分转换为无水石膏，再将无水石膏转换成半水石膏，现有石膏烘干机不能满足以上的工艺要求，同时由于磷石膏在进入外筒时温度低，水分含量大，黏性较大，在烘干机外筒容易结成团状，使得磷石膏进入外筒运行时容易阻塞。故在此增设打散装置，其原理是：团聚性或结块物料经螺旋给料机送入打散腔内，经高速旋转的转子对物料进行冲击、剪切，使物料粉碎还原。打散后的物料被上升气流输送至物料收集区，被旋风收集器和脉冲除尘器收集，净化的空气由引风机排出。避免或减少了磷石膏进入烘干机外筒时的堵塞，提高了工作效率。

磷石膏通过磷石膏仓底部棒条阀，进入调速定量皮带秤，在皮带传送下进入打散烘干机，利用从热风炉过来的高温气体进行初步干燥，同时负压把微小的磷石膏颗粒带进干燥换热器。

磷石膏颗粒在干燥换热器里停留时，大量高温气体从颗粒之间通过，带走颗粒间水分，磷石膏颗粒进入C1旋风分离器，较大颗粒的磷石膏直接落入灰斗，含有微粒粉尘的气体进入布袋除尘器通过滤袋，粉尘被滞留在滤袋外表面，而气体则经净化后排空。随着过滤工作的不断进行，附着在滤袋外表面的粉尘不断增多，除尘器运行阻力增大，某一过滤单元的转换阀关闭，过滤单元停止工作，反吹压缩空气逆向进入过滤单元，吹掉滤袋外表面的粉尘，然后转换阀板打开，该过滤单元重新工作，清灰转向下一过滤单元。

1.2.2 燃烧炉工序

从C1旋风分离器和布袋除尘器分离出来的磷石膏颗粒进入煅烧炉脱水，生成无水硫酸钙，进入C2旋风分离器旋风分离区，当含无水硫酸钙颗粒气体进入旋风分离管后，气流受导向叶片的导流作用而产生强烈旋转，气流沿筒体呈螺旋状向下进入旋风筒体，密度大的尘粒在离心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋风管排尘口至设备底部，从设备底部的出口流出。旋转的气流在筒体内收缩向中心流动，经设备顶部出旋风分离器口流出。流出的气体温度较高，继续进入打散烘干机干燥磷石膏，而旋风分离器底部流出的固体颗粒经过高温分料阀，一部分回收，另一部分再次进入流化床煅烧炉继续煅烧。

1.2.3 燃煤输送及热风炉工序

碎煤通过汽车运输到场地，堆存在碎煤棚内，通过人工手推车卸入锤式破碎机原料仓内，然后进入斗式提升机受料仓内。经斗式提升机提升入圆盘喂料机，经圆盘喂料机送入热风炉进行煅烧。通过煤在热风炉里燃烧获得高温气体，用于磷石膏的干燥和调节煅烧炉温度。

2 主要设备

主要设备见表1。

表1 设备一览表

10 1817 CXMFC煅烧炉尺寸：φ1450×6500 mm（直段高）有效内径：DN950mm（断面风速6m/s）废气量：3010Nm3/h，工况14960m3/h（800℃）1 11 1815 主风机型号：9-26 No.80 Q=22640 M3/h，全压：15112Pa转速：2900r/min电机型号：Y2X315S-2功率：110kW 1 12 C1旋风分离器直径：φ1400mm分离效率：95%有效内径：DN1400mm（断面风速3m/s）工况风量：14646m3/h（200℃）1 13 1822 C2旋风分离器直径：φ1800mm分离效率：95%有效内径：DN1300mm（断面风速3m/s）工况风量：14250m3/h（700℃）1 14 1823 储气罐产品编号：Y13017-223储气量：2 m3，介质：空气设计温度：110℃设计压力：1.05MPa 1

3 试验关键点

为试验顺利，煅烧装置需要石膏冷却和活化、石膏及辅料储存、计量混合、产品包装等系统。

3.1 石膏冷却系统

增加石膏冷却及活化装置，石膏粉冷却机，风冷装置等这样才能确保高强粉的质量，做好热能回收利用。

3.2 石膏及辅料储存库

高强粉离开分解煅烧炉时，温度达到280℃，需要进行冷却后存化才能保证质量，根据不同用途的高强粉还需要在冷却过程中进行活化处理。

3.3 变频器

在排风机电机上增加变频调节，有利于风、料、热量的稳定与平衡，确保优质高产低成本运行。

3.4 进料装置

降低进料仓高度提高进料效率，在进料仓内壁加装聚氯乙烯板使磷石膏下料流畅；

改造输送皮带下的卸料锁风阀，加大锁风阀，改用宽叶片的锁风阀。在锁风阀前加装破碎机。

3.5 清理热风管道系统

清理热风管道，修补脱落的浇筑料，减少热损失，提高系统热效率。

3.6 温度控制

加装热电偶，加强系统温度监控，提高热能利用效率。

4 未来技术提升空间

未来在供热系统还有提升空间。因为使用天然气热源，既能提高产品质量又能简化生产工艺降低生产成本，故未来可将供热装置沸腾炉燃煤供热，改为燃烧天然气供热，经测算利用磷石膏生产高强石膏粉，在760℃煅烧温度条件下，生产1t高强粉需要35m天然气。

5 试验先进性

5.1 技术创新点

此试验装置能让二水石膏脱水完全，加之增强剂等的应用，提高了高强石膏粉（本试验主要是Ⅱ型无水石膏）的产质量，强度和耐水性均大大优于建筑石膏，加入激发剂后有一定的应用价值。

5.2 节能与环保

该装置工艺紧凑，巧妙地利用了势能，因而消耗的动能少，所以节省电能。脱硫与收尘装置，结合简单，少维修。既能满足生产工艺需要又满足了环保需要。