[发明专利]微波还原分解磷石膏制硫酸、发电联产水泥的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体废弃物综合利用，特别是涉及微波还原法分解磷石膏制硫酸、发电联产水泥的方法。

背景技术

目前工业制硫酸的原料多样，但主要还是硫磺及硫铁矿制硫酸的方法。随着硫资源的日益减少，研究者开始寻找更好的替代资源。磷石膏作为一种数量庞大、污染环境严重的固体废弃物如何将其资源化一直是国内外学者密切关注和研究的课题。目前用磷石膏生产硫酸联产水泥被一致认为是最合理并能从根本上解决磷石膏问题的方法。石膏制硫酸联产水泥的生产方法1916年由德国雷弗库生(Leverkusen)地区的拜耳(Bayer)染料工厂提出，至今已有九十多年了。磷石膏制酸联产水泥原理主要有：磷石膏在900～1200℃下，与碳作用会发生还原分解反应，反应式如下：

2CaSO₄+C＝＝2CaO+2SO₂↑+CO₂↑

生成的CaO再与煅烧物料中的SiO₂、Al₂O₃、Fe等发生矿化反应，就形成了水泥熟料。因此，该工艺具有资源循环利用的特点，其排渣即为水泥熟料，无二次污染形成，磷石膏被完全利用，具有重大的节能减排意义。

磷石膏制酸联立生产水泥主要有两个步骤：

(一)磷石膏烘干

磷石膏在回转干燥机中与高温热烟气换热，脱除物理水及部分结晶水，生成半水石膏：

2CaSO₄·2H₂O→2CaSO₄·1/2H₂O+3H₂O

(二)磷石膏分解及水泥熟料的形成

磷石膏在窑中逐渐预热，脱除水分，在900～1300℃下，焦炭中的炭与CaSO₄发生还原分解反应，原理如下：

CaSO₄+2C——CaS+2CO₂↑

CaS+3CaSO₄——4CaO+4SO₂↑

总反应为：

2CaSO₄+C——2CaO+2SO₂↑+CO₂↑

分解后的物料进入窑烧成带，在1250～1450℃下分解所得的CaO与SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等发生化学反应，生成硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等水泥矿物：

2CaO+SiO₂——2CaO·SiO₂                (简写为C2_S)

3CaO+SiO₂——3CaO·SiO₂                (简写为C₃S)

3CaO+AI₂O₃—— 3CaO·AI₂O₃             (简写为C₃A)

4CaO+AI₂O₃+Fe_zO₃——4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃ (简写为C₄AF)

迄今为止，分解磷石膏制硫酸工艺只有中空窑分解磷石膏制硫酸工艺和新型干法预热分解磷石膏制酸工艺两种。

(一)中空窑分解磷石膏制硫酸工艺分析

中空窑分解磷石膏制硫酸工艺流程图如图1所示。磷石膏、碳和其他外加剂按比例配好后，经烘干粉磨后在回转窑中分解，窑气经冷却用于制硫酸，排除的渣作为水泥熟料。

我国山东鲁北化工总厂的PSC系统采用同样的方法分解磷石膏制酸。磷石膏与焦炭、黏土等辅助材料经烘干，配制成生料，送入回转窑内进行分解、煅烧。生成的熟料(锅炉炉渣)粉磨为水泥产品；生成的含SO₂窑气经净化、干燥，转化为SO₃，吸收制得硫酸。

以上使用中空长回转窑用磷石膏制酸方法，实践证明不能很好达到预期目标。

上述系统主要存在以下技术问题：