[發明專利]一種石膏生產水泥聯產硫酸的生產方法

有效

• 申請號: 201310437466.3
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103496861A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 龔家竹
• 申請（專利權）人: 龔家竹
• 主分類號: C04B7/24
• 分類號: C04B7/24;C01B17/74
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務所(普通合伙) 51106
• 代理人: 涂鳳霞

技術領域

?本發明涉及石膏生產水泥聯產硫酸的生產方法，特別是涉及磷石膏生產水泥聯產硫酸的生產方法。

背景技術

磷石膏的產生是濕法磷化工生產磷酸時，磷礦與硫酸進行復分解反應沉淀結晶所生成的，其化學反應原理如下：

Ca₅F(PO₄)₅+H₂SO₄+10H₂O

→?3H₃PO₄+5CaSO₄·2H₂O↓+HF↑?????????

生產一噸磷酸（P₂O₅%）要產生5-6噸固體磷石膏。2012年我國濕法磷酸生產約1500萬噸（P₂O₅%），所產固體磷石膏9000多萬噸。磷石膏的大量排放需要大筆的資金和土地建造堆場，以堆高40米計算，每年要占用土地2500畝，耗去人民幣150億元。由于磷石膏經雨水長期浸泡，其中的可溶性磷、氟等以水體為媒介向環境傳遞，引起土壤、水系、大氣的污染。

?磷石膏是目前技術條件下不得不產生的龐大的工業固體副產物；且所含的鈣、硫兩種化學元素又是生活和生產所必需的資源。盡管有多種途徑對磷石膏加以利用，如直接用于建筑材料，做石膏板、石膏砌塊、石膏膩子等等。因磷石膏與天然石膏、或脫硫石膏等比較，存在四大不足：一是在磷化工生產時，為了達到最好的磷礦利用率，更易于過濾洗滌，需要磷石膏結晶顆粒粗大，造成用于石膏制品時比表面積低，活性欠佳；二是隨磷石膏持液量帶來的一些微量可溶組分和殘留的磷，進入石膏制品后，因空氣中的濕度變化，產生鹽霜和霉變；三是磷石膏中因其礦源不同，其中所含的除常量的鈣、硫、硅組分外，微量超微量雜質含量不同，造成生產的磷石膏形貌、比表面、反應活性差異變化無窮；四是作為石膏產品本身固有的經濟價值和石膏制品運輸費用帶來的經濟價值局限。?

因此，將磷石膏中的鈣、硫元素按循環經濟的減量、循環和再用的原則，生產硫酸和水泥。硫酸循環回磷酸裝置，做到硫資源循環，鈣元素用于水泥生產，減少了石灰礦的開采，節約了鈣資源，不失為一個最佳的循環經濟方法和資源利用最大化的切實可效途徑。也是近100年來，人們孜孜不倦、前赴后繼，為之艱苦奮斗努力而未能如愿的“心結”。

自1915年，德國人Müller?以碳作還原劑，在石膏中加入Al₂O₂、Fe₂O₃、SiO₂在高溫下分解，分解的CaO與加入的氧化物反應形成水泥熟料，分解出的SO₂氣體用于生產硫酸。后來Kühne在此基礎上研究并投入工業生產，1916年由德國拜耳（Bayer）燃料公司在德國建成石膏制硫酸與水泥工廠，并于1931年轉入正常生產。這就是被稱為Müller-Küller（M-K法）法或拜耳“Bayer”法石膏生產水泥聯產硫酸工藝的第一代技術。?

1968年奧地利林茨化學公司，使用第一代技術（M-K法），并采用磷石膏代替天然石膏在日產200t的硫酸裝置上運行成功。為了降低能源消耗，于1972年在回轉窯尾部增加立筒預熱器，收到了很好的節能效果，可降低熱耗15%-20%，這就是被稱之為Osw-KPupp(O-K法)法石膏生產水泥聯產硫酸的第二代技術（見圖2）。?

盡管第二代技術采用窯外預熱，將煅燒分解尾氣中的顯熱進行了利用，其生產裝置煤耗仍然高，尾氣中SO₂氣體濃度低，水泥質量欠佳，生產過程控制難度大，生產裝置效率低下。與石灰石礦生產水泥比較，每生產一公斤水泥熟料，優秀的水泥生產商能耗指標為2926KJ/Kg熱量，其中分解碳酸鈣就需要1580KJ/Kg熱量，占能耗的近70%。而無水石膏分解需要1879.26KJ/Kg熱量，按其所生成每公斤水泥熟料的氧化鈣計，僅是其碳酸鈣分解熱耗的1.7倍，而實際總的能耗卻要高到4倍還多。

磷石膏生產水泥和硫酸的反應原理如下：

?????CaSO₄+2C=CaS+2CO₂↑???????????????????????????(1)

3CaSO₄+CaS=4CaO+4SO₂↑?????????????????????????(2)