[發明專利]靜態還原法分解磷石膏制硫酸、發電聯產水泥的方法及設備

無效

• 申請號: 200810058661.4
• 申請日: 2008-07-10
• 公開（公告）號: CN101318631A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 李建錫;寧平;余蘇;舒藝周;唐霜露;盧凱芳
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01B17/69
• 分類號: C01B17/69;C04B7/24;C04B11/26;F01K27/00
• 代理公司: 昆明正原專利代理有限責任公司
• 代理人: 金耀生

技術領域

本發明涉及化工、建材、固體廢棄物綜合利用技術領域，具體地說是靜態還原法分 解磷石膏制硫酸、發電聯產水泥的方法及設備。

背景技術

目前工業制硫酸的原料多樣，但主要還是硫磺及硫鐵礦制硫酸的方法。隨著硫資源的 日益減少，研究者開始尋找更好的替代資源。水泥工業是資源消耗和能耗都非常高的產業， 還會產生大量的二氧化碳使人類的生存環境日益惡化。

磷石膏作為一種數量龐大、污染環境嚴重的固體廢棄物如何將其資源化一直是國內外 學者密切關注和研究的課題。目前用磷石膏生產硫酸聯產水泥被一致認為是最合理并能從 根本上解決磷石膏問題的方法，它不但可為硫酸工業、水泥工業提供廉價資源，還能大幅 降低水泥生產的二氧化碳排放量。

石膏制硫酸聯產水泥的生產方法1916年由德國雷弗庫生(Leverkusen)地區的拜耳 (Bayer)染料工廠提出，至今已有九十多年了。但至目前為止磷石膏制硫酸聯產水泥的生產 工藝至今仍未能較好地實施，仍然存在許多問題急待解決。

而迄今為止，分解磷石膏制硫酸工藝只有中空窯分解磷石膏制硫酸工藝和新型干法預 熱分解磷石膏制酸工藝兩種。

(一)中空窯分解磷石膏制硫酸工藝分析

中空窯分解磷石膏制硫酸工藝流程圖如圖1所示：磷石膏、碳和其他外加劑按比例配 好后，經烘干粉磨后在回轉窯中分解，窯氣經冷卻用于制硫酸，排除的渣作為水泥熟料。

我國山東魯北化工總廠的PSC系統采用同樣的方法分解磷石膏制酸。磷石膏與焦炭、 黏土等輔助材料經烘干，配制成生料，送入回轉窯內進行分解、煅燒。生成的熟料(鍋爐 爐渣)粉磨為水泥產品；生成的含SO₂窯氣經凈化、干燥，轉化為SO₃，吸收制得硫酸。

以上使用中空長回轉窯用磷石膏制酸方法，實踐證明不能很好達到預期目標。主要存 在以下技術問題：

(1)磷石膏分解溫度高(1100℃～1300℃)，分解時間長，而水泥熟料燒成在1250℃～ 1280℃即開始出現液相。因此，在磷石膏尚未完全分解時，窯內已開始出現液相，包裹磷 石膏、阻止其分解。

(2)磷石膏直接配制生料，由于水泥生料中含有多種雜質，極易形成低共融礦物， 窯內還原氣氛等因素會經常使磷石膏在回轉窯內結圈現象，能耗高、投資大且生產規模小、 產量低；

(3)煤的充分燃燒和優質熟料的形成，需氧化氣氛；而磷石膏分解又需還原氣氛， 在同一窯體中這是一對難以調和的矛盾，生產控制難度大，熟料質量差且波動大，整個工 藝流程控制變得復雜、難于調控。

(4)水泥燒成溫度高(1450℃)，所需氣體量大，廢氣溫度高，能耗高、工藝過程復雜， 設備投資大，生產成本增加。

(二)新型干法預熱分解磷石膏制酸工藝分析

針對長回轉窯分解磷石膏的缺陷，目前人們對采用水泥窯外預熱分解技術分解磷石膏 制得硫酸的方法十分熱衷。此技術提出的主要依據是磷石膏在窯外預熱分解可以避免磷石 膏在回轉窯內結圈，影響窯的正常生產；另外還可以利用熱煙氣預熱生料，提高系統熱效 率。其工藝流程如圖2所示。但該工藝也存在著明顯的缺點：

(1)分解爐溫度不宜高于1000℃，否則會產生結皮堵塞。而磷石膏的完全分解溫度 要達到1300℃左右，這是一對難于解決的矛盾。并且使預熱器和分解爐頻繁發生堵塞，水 泥窯外分解技術難以應用。

(2)在回轉窯中，SO₂分解溫度高，導致回轉窯結圈，影響生產。

(3)SO₂在預熱器中易重新凝結于物料上，回到回轉窯中，干擾窯爐的正常生產。

發明內容

本發明的目的是針對上述兩種工藝的缺陷，提供一種靜態還原法分解磷石膏制硫酸、 發電聯產水泥的方法及設備。此方法克服了傳統的回轉窯分解技術和新型干法窯外分解技 術的不足，實現了磷石膏的高效分解制取硫酸和聯產水泥。

本發明通過對比現有磷石膏制硫酸工藝，提出了一種新的磷石膏制酸聯產水泥并發電 新工藝。

磷石膏制酸聯產水泥原理：

磷石膏在900～1200℃下，與碳作用會發生還原分解反應，反應式如下：

2CaSO₄+C＝＝2CaO+2SO₂↑+CO₂↑