闪烧法—磷石膏的无害化处理新工艺(技术)

目 录

　一、磷石膏的形成及现状

　　二、磷石膏的化学成分分析及理论基础

　　三、闪烧法产品性能

　　四、闪烧法生产工艺

　　五、年产30000-50000吨经济效益分析

　　六、闪烧法技术特点及前途

　　七、结论

宁夏石膏工业设计研究院

二００七年五月八日

一、 磷石膏的形成及现状

　　磷石膏是磷肥工业的固体废弃物，而磷酸是磷肥工业的基础。湿法磷酸生产工艺都是通过硫酸分配磷矿粉生产萃取料浆，然后过滤洗涤制得磷酸，过滤洗涤的过程中生产磷石膏废弃物。一般每生产1吨磷酸约产生5-6吨磷石膏，每生产1吨磷酸二铵排放2.5-5吨磷石膏。我国湿法磷酸产量约为100多万吨，而随着我国近几年来高浓度复合肥工业的迅猛发展，每年由磷肥类化工企业排出的磷石膏超过1000万吨，而其它企业（如复合添加剂）每年也要排出近1000万吨磷石膏。全国不完全统计约2000多万吨。

　　磷石膏一般呈粉状，外观一般是灰白、灰、灰黄、浅黄、浅绿等色，还含有少量的有机磷、硫、氟类化合物，相对密度为2.22-2.3f，容重0.733-0.88g/cm3，颗粒直径一般为5-15um，其主要成分为二水硫酸钙（CaSO4·2H2O），其含量一般可达到70-90%左右，其中所含的次要成分随磷矿石产地不同而各异，成分较为复杂，一般都含有岩石成分Ca、Mg的磷酸盐及硅酸盐。

　　磷石膏中因含有种类较多的化学成分而增加了磷石膏的利用难度，尤其磷石膏中含有少量残留的磷酸更给有效利用带来了困难，所以磷石膏一般不被以石膏为原料的企业所采用，仅极少部分被做为土壤改良或在一些石膏资源匮乏的地区经水洗后做为原料使用，这种简单少量的消化对整个堆积如山的磷石膏来讲仍是杯水车薪，不解决根本问题。生产厂仍采用堆放方式来被动处理。

　　我国目前每年排放磷石膏约2000万吨，累计排量近亿吨，是石膏废渣中排量最大的一种，排出的磷石膏渣占用大量土地，形成渣山，严重污染环境，污染水源。表1是我国部分磷肥企业磷石膏年排量

　　而对如此严重的环境压力，一方面我国是一个石膏资源消费大国，另一方面化学石膏大量排出得不到有效利用，污染环境，如何有效的利用磷石膏是我们科技工作者的责任和任务。

　　我院根据自身在石膏研究开发方面的优势，准确把握市场动态及市场需求，将磷石膏的综合开发列入自己的研究课题。经过大量的试验室工作，取得磷石膏的较完整和系统的数据，尤其在以磷石膏为原料生产粉刷石膏、β型半水石膏各种石膏砌块，以及自流平石膏等方面均取得了较好的结果，在完成磷石膏综合利用前期（小试）工作的基础上，并进行了大量的市场、技术、经济等各方面的论证工作，在有关单位的大力支持下，采用新的生产工艺-闪烧法，进行磷石膏的无害化处理，取得了成功，并获得专利技术。

二、 磷石膏的化学成分分析及闪烧法的理论基础

　　1、磷石膏化学分析：（%）

　　从上表可以看出，磷石膏成分非常复杂，二水磷酸钙含量和化学成分因磷矿石产地不同而波动很大，给综合利用带来了很大难度，二水磷酸钙含量波动在82-99%，有的很好，有的很差。磷石膏中残留磷的含量在0.33-3.23%之间，残留量较大，PH值明显呈酸性。水溶性磷和不溶性磷约占一半左右，这是影响磷石膏性能和利用的最有害物质。有的石膏企业少量使用磷石膏大都是采取水洗的办法清除磷石膏里面残留磷，每洗1吨磷石膏需4-5吨水，对于我国水资源极其缺乏的国家来说，这不是一种明智的办法，同时产生的废水又对江河造成了二次污染，也是不可取的。但如果不去掉残留磷，磷石膏则无法进行直接利用，表2是水洗与不水洗处理直接炒制磷石膏性能。

　　表2

　　从上表可以看出不予处理（水洗），基本不能利用。由于残留磷的影响凝结时间太长，强度太低。水洗后，凝结时间缩短，但还偏长，强度虽有增加，但仍不理想，与天然石膏产品仍有一定差距。

　　2、闪烧法的理论基础

　　在磷石膏予处理和不予处理效果都不理想的状态下，必须寻找另一种方法，经过大量的试验，我们发现用闪烧法 工艺处理磷石膏是一条切实可行的路子，我们经过大量试验证明，采用闪烧工艺技术可以解决这一难题。首先我们分析，磷石膏中影响最大的有害成分是残留的有机磷和无机磷以及磷酸铵，如果把它们去掉或变成无害成分，那么磷石膏就非常好利用。我们充分利用P2O5在高温（200-400℃）状态下分解成气体或部分转变成惰性的、稳定的难溶性磷酸类化合物如焦磷酸钙的特点，从而将其对产品性能的危害降低到最低点，使有害物质通过高温分解或转变成惰性物质。少量有机磷经过高温转变成气体排出，无机磷在高温状态下与钙结合成为惰性的焦磷酸钙，从而消除了有机磷和无机磷等杂质对石膏性能的危害。同时还保证了二水磷酸钙的正常脱水反应。

　　通过“闪烧”的速度和温度控制，可生产二种产品：

　　1）β型半水石膏粉。

　　2）Ⅱ型无水石膏粉。

　　实践证明，闪烧理论是基本正确的。根据"闪烧"理论完成的小试、中试都已通过鉴定。

三、“闪烧法”生产的产品性能

　　采用闪烧法技术生产磷石膏产品有2种基本类型，即β型半水石膏和Ⅱ型无水石膏。Ⅱ型无水石膏通过激发产生强度。它们的性能见 表3。

　　经过大量试验重复性很好。从以上结果可以看出，采用"闪烧法"新煅烧技术，可以生产出优质产品，β型半水石膏完全符合并超过GB9776-88中强度优等品的水平，并且凝结时间可调整到较快的水平。Ⅱ型无水石膏经激发后，其抗折抗压强度都很高，可达到水泥42.5#的水平，并且凝结时间合适，初凝16-120分钟，终凝24-165分钟，扩大了应用中的选择范围。

　　β型半水石膏主要用于建材制品，用于生产部分陶模、纸面石膏板、石膏砌块、条板等。

　　Ⅱ型无水石膏特别适合配制生产粉刷石膏、石膏腻子、自流平石膏等产品。

四、“闪烧法”生产工艺流程

　　“闪烧法”生产工艺流程与传统的天然石膏脱水工艺有较大的区别，主要区别在：

　　1）脱水环境温度不同，传统生产工艺一般在160-200℃，而"闪烧法"要到400-600℃。

　　2）"闪烧法"是火焰直接与磷石膏接触，而传统方法则不是。

生产工艺流程如下：

　　　　　　　　　　　 　　　↑→降尘→ 降磷硫

　　磷石膏→ 提升→ 料仓→ 烘干→ 闪烧窑→ 输

　　　　　　　　　　　　　　↑——↓

　　　　　　　　　　　　　　　热气

　　送→ 提升→ 料仓→ 粉磨→ 均化→ 包装→ 出厂

　　　　　　　　　　　　　　　↑检测

　　　　　　　　　　　　　　　　——

　　整个工艺流程流畅、简化，不水洗，避免二次污染。粉尘和挥发的有机磷及硫也得到回收治理。

五、年产30000-50000吨规模投资及经济效益分析

　　“闪烧法”工艺是处理磷石膏的一种新工艺，它的经济效益技术指标也是十分重要。

　　1）工艺设备投资320万元

　　土建投资 96万元（生产线900 M2，附属车间300 M2）

　　共投资320万元+96万元=416万元

　　2）生产成本核算

　　A） 年产30000吨粉刷石膏生产成本：表4

年产50000吨建筑石膏粉生产成本：见表5

　　从上面表可以看出，用磷石膏生产建筑石膏粉和粉刷石膏的生产成本是很低的，以宁夏地区为例，建筑石膏粉和粉刷石膏生产成本比较如下：

　　与天然石膏生产产品相比，成本较低，有很强的市场竞争力。造成生产成本较低的原因主要有：

　　1）不用破碎，粉磨机产量高节电。

　　2）原料价格低。

　　3）免征增值税和所得税。

　　4）生产工艺全部实现机械化操作，用工较少（40人）。

六、“闪烧法”的技术特点及前途

　　“闪烧法”在煅烧工艺上不同于其它传统的设备，它的目的是将残留磷氟不经水洗而除去，或转变成对产品性能不能造成危害的惰性物质，“闪烧法”恰好满足这一要求。该法的创新点在于：

　　1）该工艺方法摆脱了采用水洗法后再炒制利用的工艺路线，（一般水洗1吨磷石膏需5吨水），避免了二次污染，同时节约宝贵的水资源。

　　2）采用"闪烧法"工艺，将磷石膏通过高温瞬间煅烧，将磷石膏中有害化学成分挥发转变成惰性物质，保证了产品质量性能的稳定。为磷石膏大量有效利用走出一条新路。

　　3）“闪烧法”即能生产β型普通石膏粉产品质量超过国标GB9776-88优等品标准，也能生产Ⅱ型无水石膏强度也达到32.5#水泥的强度。有广泛的用途，即天然石膏能用的地方，经"闪烧"工艺处理的磷石膏产品基本都能应用。

　　4）“闪烧法”生产的产品有良好的经济效益，节能、免税、原材料价格低，具有很强的市场竞争力。

七、结论

　　“闪烧法”是一种不同于传统方式处理磷石膏的新生产工艺方法，它为磷石膏处理技术实现工业化，产业化走出一条新路，为扩大磷石膏的更加有效利用，扩大磷石膏的使用程度有重要的意义。目前在宁夏正建设一条年产50000吨磷石膏粉生产线，为实现产业化迈出了重要的一步。该项技术有重要的推广价值。

闪烧法磷石膏的无害化处理新工艺