磷渣及磷石膏用于水泥生产的技术方案.pdf

磷渣及磷石膏用于水泥生产的技术方案吴昕谕(云南省建筑材料科学研究设计院有限公司 云南 昆明)摘 要:通过分析磷渣、磷石膏在水泥工业中的应用 磷渣作矿化剂参与生料配料 能改善生料的易烧性 降低熟料煤耗提高水泥性能 改性后的磷石膏取代天然石膏用作生产水泥的缓凝剂 降低企业生产成本 提高企业经济效益和社会效益关键词:磷渣 磷石膏 矿化剂 熟料中图分类号:文献标识码:文章编号:()云南省是我国重要的磷化工生产基地 云南省年产黄磷约 万 占全国产量的一半 湿法磷酸约 万 生产 黄磷产生磷渣约 湿法磷酸产生磷石膏 云南省每年磷渣、磷石膏的排放量超过 万 目前总堆存量超过 亿 磷渣、磷石膏资源化处置是我省磷化工行业面临的迫在眉睫的重要任务 磷渣、磷石膏的作用 磷渣磷渣是黄磷生产过程中 磷矿石、焦炭和硅石在黄磷电炉中熔融并反应后生成产物 成分和粒化的炼铁高炉矿渣较为相似 磷渣的主要化学成分为和 并含有少量的、以及、磷渣为细颗粒状 高温水淬后的磷渣中玻璃体含量可以达以上 粒度在 之间生料配料中掺入适量的磷渣后 由于磷渣中存在少量的、等元素 与入窑煤粉的硫在熟料锻烧过程中形成复合矿化剂 可降低熟料烧成温度、提前出现液相促使硅酸盐矿物形成 磷石膏水泥熟料中掺入适量石膏 可调节水泥的凝结时间 熟料中的 和石膏反应生成高硫型水化硫铝酸钙和低硫型水化硫铝酸钙 高、低硫型水化硫铝酸钙是难溶于水的稳定针状晶体 从而起到延缓水泥凝结的作用磷石膏是湿法磷酸工艺中 由硫酸与磷矿反应后产生的固体废弃物 组分较为复杂 主要成分是 此外还有未完全分解的磷矿、残余的磷酸、酸不溶物、氟化物、有机质等 其中氟和有机质的存在对磷石膏的资源化利用影响最大经大量生产实践证明:作为水泥缓凝剂使用特别是对硅酸盐水泥凝结时间的延长作用尤为明显改性磷石膏用作水泥缓凝剂 还能相应地降低水泥的制造成本 使用改性磷石膏作水泥缓凝剂 云南省已有较成熟的技术 我省 年就制定并颁布实施了地方标准/改性磷石膏水泥缓凝剂 为生产并使用改性磷石膏水泥缓凝剂的企业 提供了重要质量标准依据 目前云南省已有多家生产改性磷石膏水泥缓凝剂的企业 使用改性磷石膏水泥缓凝剂的水泥企业也不断增加 工艺技术方案研究 磷渣作矿化剂用于生料配料的工艺技术方案磷渣作矿化剂参与生料配料 能改善生料的易烧性 降低熟料煅烧过程中液相形成的最低共融温度 从而降低熟料的烧成热耗即煤耗 磷渣的加入还能够有效地降低煅烧过程中液相的黏度 促进 的形成和生长 减少熟料中 的含量 改善熟料矿物晶体的形貌 提高熟料的质量 磷渣作矿化剂技术 在我省水泥行业中应用 是一项十分成熟的技术 掺用量一般在 配料方案确定从该企业提供的工艺数据看 该企业目前烧成煤耗偏高、出窑熟料强度偏低 因此 选用磷渣作矿化剂 既可以降低熟料烧成温度 降低煤耗 又可以提高熟料强度 是比较合适的技术措施 在常用的 的掺量范围内 本院根据该企业采用的原料及所提供磷渣化学成分(见表)进行分析对比 磷渣不同掺入量对水泥熟料易磨性、岩相分布、凝结时间以及强度的影响 最后确定企业用磷渣作矿化剂在生料中的配合比为 生料的配合比见表表 磷渣化学成分()名称/磷渣 年 月第 卷第 期 建材发展导向 从我院对磷渣作矿化剂的生产实践证明:掺入磷渣使得水泥熟料的易烧性得到大幅提升 故配料三个率值的设定可以适当提高熟料的 和 最终确定出熟料的率值控制范围为:表 生料配合比()名称石灰石中硅砂 玄武岩磷渣 铁质原料合计配比 生产过程控制要求通过生产实践和研讨分析 对用磷渣作矿化时水泥窑生产过程控制须有以下要求 加强进厂原料的控制由于磷渣是由企业附近黄磷生产企业提供 各批次磷渣成分不会太稳定 含量波动较大 在水泥企业日常生产过程中 进厂磷渣 含量实测数从 到 不等 生产过程对磷渣掺入量难以把握 为保证磷渣中 含量稳定 需采取预先均化措施 另外 石灰石中 含量也需要重点控制 还要注意减小其他杂质对水泥的生产造成的不良影响 加强生料均化工艺控制加入磷渣后 水泥熟料的易烧性提升 熟料的 和 值可适当提高 要加强生料配料站的管理 确保生料各项配比的稳定性 提高入窑生料、三个率值以及熟料质量的合格率严格控制石灰石 铁质原料的粒度 颗粒 占 占 保证水泥熟料的质量磷渣中的 会降低水泥熟料的强度 需用石灰或碱予以除弃 熟料中的 含量需控制在 以内 熟料中游离氧化钙 是水泥熟料的有害成份 在烧成温度下 生成的 晶体颗粒 呈死烧状态 水化速度慢 当熟料中 的含量超过一定数量时 会造成水泥安定性不良 须控制在 以内 熟料立升重应控制在 之间 防止熟料欠烧或过烧 增加篦冷机推动次数篦冷机一段推动次数由 次左右增加到 次左右 提高熟料冷却速度和热回收效率 有利于熟料易磨性、安定性的改善和水泥强度的提高调整窑工艺操作参数:磷渣作为矿化剂在水泥的生产过程中可以降低烧成温度 从而降低能耗 还可以提高熟料产量因此 对传统窑工艺操作参数要做出如下调整)分解炉出口温度由 下降到 )二次风温由 提高到 )三次风温由 提高到 )出窑熟料温度控制在该企业熟料产能按 万/年 生料料耗按 计 生料年耗用量为 万 生料中掺用磷渣 则每年磷渣使用量为 万 采用磷渣作为矿化剂 在技术上是可行的 它在原有基础上 进一步改善生料的易烧性 加速液相反应速率 缩短熟料煅烧时间 达到提高产量和降低能耗的目的 磷石膏代替天然石膏用作水泥缓凝剂工艺技术方案 磷石膏是指磷酸生产过程中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣 主要组分为 少量是半水或无水硫酸钙 磷石膏中含有可溶性的 它会使磷石膏呈酸性 造成设备腐蚀 还会使水泥的凝结时间不正常 造成水泥快凝或凝结迟缓此外 会与 反应生成()导致水泥强度降低 我国有关企业标准规定 用于水泥中的磷石膏其可溶 需小于 磷石膏含水率高 一般为 由于含水率高 粘性强容易粘附在设备上 发生下料仓堵塞 结块等现象因此 必须对磷石膏进行改性改性磷石膏采用 的磷石膏(含水率左右)外掺 的改性增强剂、复合改性剂按鼓励比例与磷石膏混合改性后 由皮带机送入搅拌机 充分搅拌混合 混合好的配合料由皮带机送入圆盘造粒机造粒 加水成球 得到改性磷石膏水泥缓凝剂成品 确定磷石膏水泥缓凝剂用量根据该企业提供的所用改性磷石膏的化学成分(见表)在该企业进行反复小磨试验 确定该企业用改性磷石膏产品作水泥缓凝剂的用量为 (水泥使用配比见表)生产实践数据证明 磷石膏经改性后代替天然石膏作水泥缓凝剂是可行的表 改性磷石膏的化学成分()名称磷石膏 建材发展导向 年 月第 卷第 期 工艺参数控制要求)若直接购买使用改性磷石膏水泥缓凝剂产品 则产品质量必须符合标准/改性磷石膏水泥缓凝剂 要求)若企业自行对磷石膏实施改性处理 则改性磷石膏必须达到以下指标要求:放射性核素限量应符合 要求 水溶性五氧化二磷()含 量(质 量 分 数)二 水 硫 酸 钙()含量(质量分数)附着水()含量(质量分数)也可由买卖双方商定 该企业熟料产量约 万/年 水泥产量为万/年 若全部使用改性磷石膏做水泥缓凝剂配料(即使用比例按 计算)则每年使用磷石膏量为 万 表 水泥使用配比()水泥品种熟料石灰石火山灰煤渣高硅砂选矿废渣磷石膏合计 表 水泥性能指标水泥品种烧失量比面积/筛余标准稠度凝结时间()初凝终凝安定性抗折 抗压 合格 合格 成本计算与经济效益该企业用磷渣做矿化剂 每年可使用磷渣 万 若全部使用改性磷石膏做水泥缓凝剂 每年可使用磷石膏 万 掺入磷渣降低煤耗通过生产实践证明 企业掺入磷渣后 吨熟料实物煤耗下降为 全年节约用煤 进厂原煤价格按 元/计算 全年可节约 万元 掺入磷渣提高熟料强度熟料强度提高 混合材掺入量可增加 全年创造经济效益约 万元 掺入磷渣降低电耗通过生产实践证明 磷渣掺入代替了部分石灰石和中硅砂 生料易烧性的改善和煤耗的降低 窑台时产量有所提高 每吨熟料节电 企业全年生产 万 熟料 电费按 元/计算 全年共节约电费 万元 改性磷石膏降低物料成本企业使用改性磷石膏 元/天然石膏 元/按照年使用 万 计算 每年可减少物料成本 万元 改性磷石膏的使用 大大降低了水泥的生产成本 创造了直接经济效益 也为社会创造了环境效益 结语采用磷渣作为矿化剂 在技术上是可行的 它不但改善了生料的易烧性 降低了熟料的液相粘度加速了熟料的矿物形成 使熟料中 含量显著增加 稳定了熟料的质量 大量利用工业废渣 使企业获得较好的社会效益和经济效益用磷渣配料时 由于 和 的引入 降低了熟料液相粒度 增加了液相含量 有利于液相反应时 的溶解和 的扩散 从而加速晶核的生成和发育速度磷渣中含有较高的 和 可代替部分石灰石和黏土 既减少了对自然资源的消耗也降低了企业的生产成本 磷渣中少量的、等微量元素具有复合矿化剂的作用 大大改善生料的易烧性提高窑的台时产量改性磷石膏工艺简单 生产成本低 用其替代天然石膏 既降低磷石膏堆放造成的环境污染 也降低水泥企业的生产成本 为磷化工企业和水泥企业创造经济效益和社会效益参考文献:李毅翟亚萍 浅谈利用磷渣生产水泥熟料.水泥工程():杨淑珍宋汉唐杨新亚等 磷石膏改性及其作水泥缓凝剂研究 武汉理工大学学报():郭贵泷 磷渣作矿化剂在新型干法窑的应用.四川水泥():收稿日期:作者简介:吴昕谕()女云南昆明人本科工程师研究方向:建材工艺(责任编辑:熊云川)年 月第 卷第 期 建材发展导向