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磷石膏制水泥缓凝剂工艺探讨

2020-10-16 17:44 作者:og真人游戏 点击:

  磷石膏制水泥缓凝剂工艺探讨_能源/化工_工程科技_专业资料。第七届全国石膏技术交流大会暨展览会论文集 2012.4.18-20中国?长沙 磷石膏制水泥缓凝剂工艺探讨 姜 女 跃 (安徽铜陵市绿阳建材有限责任公司,安徽铜陵244000) 摘要:制水泥缓凝剂

  第七届全国石膏技术交流大会暨展览会论文集 2012.4.18-20中国?长沙 磷石膏制水泥缓凝剂工艺探讨 姜 女 跃 (安徽铜陵市绿阳建材有限责任公司,安徽铜陵244000) 摘要:制水泥缓凝剂是目前消纳磷石膏主要途径之一,安徽铜陵市绿阳建材有限责任公司自上世纪末即开始 不断探索磷石膏制水泥缓凝剂工艺,先后建成100Kt/a、300 Kt/a、600 Kt/a磷石膏制水泥缓凝剂装置,并在工 艺上不断探索,先后实施“半水一二水”、“二水”成球工艺,在稳定产品质量、装置大型化、节能减排、环境友 好、企业经济效益等指标方面,均对国内行业有一定的借鉴意义。 关键词:磷石膏、水泥缓凝剂、“半水一二水”成球工艺、“二水”成球工艺 1 企业简介 铜陵化学工业集团有限公司是全国第一家从国外引进大型磷铵生产装置的企业。上世纪 80年代中期,12万吨/年磷铵生产装置建成投产,历经几次规模扩大与兼并,目前拥有磷铵生 产装置近80万吨/年(含贵溪化肥厂),年排放磷石膏200余万吨/年。为了保障磷铵装置开足开 好,缓解磷石膏堆放压力,集团公司自上世纪90年代初,便开始了磷石膏开发利用与研究工 作。不断地进行探索研究,结合各阶段实际,适时地开发出磷石膏综合利用项目,磷石膏综合利 用不断取得新进展。 铜陵市绿阳建材有限责任公司(以下简称绿阳公司)成立于一九九九年八月,系铜陵化学 工业集团有限公司控股子公司。作为专业性环保企业,绿阳公司集磷石膏综合处理技术开发、 咨询、转让及产品生产、销售于一体,主要生产磷石膏综合利用产品改性磷石膏增强球、建筑石 膏粉等新型轻质建筑材料和销售硫酸渣,同时承接磷石膏综合处理技术咨询。磷石膏综合利用 装置是我公司自主开发的科技创新项目,曾被列入国家环保总局“跨世纪绿色工程”和安徽省 环保局“蓝天碧水]_程”,磷石膏综合利用制改性增强球技术经省环保技术鉴定委员会鉴定,填 补了省内空白,存国内居于领先水平。现为省资源综合利用认定企业、省级铜陵环保产业基地 骨干企业.目前拥有100万吨/年水泥缓凝剂生产装置、10万吨/年建筑石膏粉生产装置,磷石 膏综合处理利用量200余万吨/年,磷石膏综合利用率近100%,为国内领先水平。 2国内磷石膏排放及质量现状 磷石膏是化学石膏的一种,是硫酸法萃取磷酸生产的副产品,每生产1吨磷酸(100%P20,) 将生产4.5。5.5吨的磷石膏。 2008年7月,在《磷石膏》国家标准制定过程中,曾对部分磷肥企业的磷石膏按照统一规定 进行随机取样,并按照统一的分析测试方法进行了验证检验。其检验结果为: 一182— 2012.4.18~20中国?长沙 第七届全国石膏技术交流大会暨展览会论文集 (1)二水硫酸钙含量在64.06%~97.58%之间,其中,965%~85%占30%,≥85%占60%; (2)水溶性氟含量在0.0025%~0.440%之间,其中,≤0.5%占100%; (3)水溶性五氧化二磷含量在0.020%~1.464%之间,其中≤0.8%占65.31%; (4)附着水测定结果在0.68%~29.28%之间,其中≤25%占91.84%。 以上检验的结果虽然不能完全代表我国磷石膏质量的整体状况,但在一定程度上反映出 我国磷石膏品质的基本情况。应该说我国磷石膏质量总体状况还是不错的,但也存在一定问 题,例如:一些指标值分布呈离散型、个别指标与国外的企业标准要求存在一定差距。 我国磷石膏的产排量将随着高浓度磷复肥产量的逐年提高而大幅度增加,目前年产排量 已达到6000万吨左右。占工业副产石膏的60%以上,磷石膏累计堆存量已超过2.5亿吨。磷石 膏的处理目前已成为制约高浓度磷复肥企业又好又快发展的重大问题。从目前磷石膏综合利 用的各种途径分析,磷石膏制水泥缓凝剂是消纳磷石膏量最大的一种产品路线,产品市场广 阔,因此是磷石膏综合利用的首选途径。笔者现就绿阳公司在磷石膏制水泥缓凝剂的发展与创 新进行论述,与国内同行进行交流。 3我们在水泥缓凝剂的生产、工艺探索 3.1 国内第一条磷石膏制水泥缓凝球装置建成投产 1999年8月,铜陵化学丁业集团有限公司全资子公司一铜陵市绿阳建材有限责任公司成 立,在国内率先建设了10万吨/年水泥缓凝剂生产试验装置,属国家高新技术项目、安徽省资 源综合利用项目,被列入国家环保总局“跨世纪绿色工程”、安徽省环保局“蓝天碧水工程”。所 采用的工艺流程示意图见图1所示。 改性剂 磷石膏—圃 0 -咏泥缓凝剂产品 图1 10万吨/年水泥缓凝剂工艺流程示意图 其技术经济特点为:由于当时水泥厂配料系统石膏料仓要求石膏为块球状。以便于配料时 石膏物料畅通下料。本工艺在国内首先解决了磷石膏成球技术,实现了磷石膏替代天然石膏, 用作水泥缓凝剂。 3.2开发应用新工艺.不断扩大磷石膏制水泥缓凝剂装置规模 10万吨/年水泥缓凝剂生产装置经过几年的运行,生产、市场趋于成熟,铜陵化学工业集团 有限公司通过技术创新,又先后二次扩大磷石膏制水泥缓凝剂生产能力规模,并为国内10余 家磷复肥企业设计了磷石膏制水泥缓凝球生产装置,将技术全国向推广。 (1)第?次扩大规模,再建30万吨/年磷石膏制水泥缓凝剂生产装置 2003年10月,国内单产规模最大的磷石膏处理项目一30万吨/年水泥缓凝剂生产线在铜 化集团绿阳建材公司建成投产。标志着国内磷石膏在水泥中已得到广泛应用。磷石膏用作水泥 一183- 第七届全国石膏技术交流大会暨展览会论文集 2012.4.18—20中国?长沙 缓凝剂十几年的应用实践表明,磷石膏完全可以替代天然石膏用于水泥作为缓凝剂,尤其适应 于复合水泥。主要流程:经过顶处理的磷石膏通过皮带机进入石膏料仓,经过计量后进人单转 子锤式烘干机,与热气流充分接触脱除游离水和大部分的结晶水(锤式烘干机的出El温度约 160—1700C),制得半水石膏,这部分熟石膏粉经过旋风除尘器、布袋收尘器和气流彻底分离,熟 石膏粉和原料二水石膏混合后进人圆盘造粒机造粒。得到水泥缓凝剂成品。以煅烧石膏粉与二 水磷石膏圆盘成球的工艺称为半水一二水工艺。采用该流程的主要消耗为(以绿阳公司100 kt/a水泥缓凝剂装置消耗为例):(1)磷石膏(含游离水12%)1.0 t/t水泥缓凝剂;(2)电总装机容 量约400 kW、耗电18 kW?h/t水泥缓凝剂;(3)水250 kg/t水泥缓凝剂;(4)煤耗煤(热值20 934 kJ/kg)约40kg/t水泥缓凝剂。 水化机理:半水一二水成球工艺主要发生以下水化反应 caS04?1/2H20+312H20=CaS04-2H20 j 磷石膏制水泥缓凝剂,附加值不高,利润也不大,但其投资少,加之廉价的石膏资源极易得 到.故不失为大规模处理磷石膏的途径之一。自绿阳公司磷石膏制100 kt/a水泥缓凝剂装置投 产以来,半水一二水丁艺迅速在国内得以推广,先后在江西贵溪化肥有限公司、贵州瓮福集团、 重庆涪陵化工、秦皇岛华瀛磷酸公司等十余家企业兴建了磷石膏制水泥缓凝剂装置,装置能力 超过250万吨.成为磷石膏处理的主流、经典工艺路线万吨/年磷石膏制水泥缓凝剂国债项目,并开发应用J,新工艺 年产60万吨磷石膏制水泥缓剂项目,是铜化集团公司做大做强磷石膏综合利用的重大项 目,列入国家国债项目。2008年10月18日开工奠基,2009年9月1日投人生产。 近年以来,随着燃煤价格的逐年攀升(如1999年绿阳公司100 kt/a水泥缓凝剂装置设计 时,燃煤价格为180元/Ⅱ屯,而2011年燃煤进厂价格为873元/吨)。虽然绿阳公司在节能降耗方 面取得显著成绩,一度将半水一二水磷石膏成球工艺煤耗控制在33.1 kg/t水泥缓凝剂,但原 料燃煤消耗的降低远远不能抵消燃煤价格上涨带米的成本上升,甚至出现生产成本与销售价 格倒挂的现象,给企业的生存、发展带来严重困难。 为了提高产品的巾-场竞争力,降低产品成本,提高产品品质,此项目建设巾采用了自主科 研攻关成果一成球新工艺及磷石膏杂质改性技术。所采用的工艺流程示意图为: f I改性剂 l活性粘结剂 二水磷石膏——岖亟虱—’匮巫]——吨垂匿囵——屯茧圃—诽泥缓凝剂产品 图2磷石膏成球新"1-艺 0 ◆ 流程简述:二水磷石膏与一定比例的改性剂同时进入破碎机,破碎并混合,堆置陈化l天, 陈化后磷石膏与活性粘结剂按比例进入圆盘成球,湿球堆置陈化7天后,即为磷石膏水泥缓凝 剂新工艺产品。 其技术经济特点为:(1)成球工艺中不加半水石膏,而是加入自主研发的活性粘结剂,从而 一1 84- 至Q!至:兰:!璺二至Q生国:量鲨 篁主唇全国互壹撞查窒鎏太盒墅垦堕全迨塞墓 使水泥缓凝剂的生产成本比现有工艺降低近20%,且没有粉尘污染,达到节能减排效果,扩大 了磷石膏销售半径;(2)采用合适的磷石膏杂质处理技术,改善了磷石膏对水泥的过缓凝性能, 磷石膏使用不再受到限制,促进了磷石膏处理利用。 采用该流程的主要消耗为(以绿阳公司600 kt/a水泥缓凝剂装置消耗为例):(1)磷石膏(含 水12%)0.96 t/t水泥缓凝剂;(2)电耗电3.5 kW?h/t水泥缓凝剂;(3)水50 kg/t水泥缓凝剂; (41活性粘结剂单耗约30~35kg/t水泥缓凝剂。 水化机理:活性粘结剂与磷石膏成球后主要发生以下水化反应 1.4CaO+Si02+7.4H20_CaO?0.8Si02?0.1 H4Si04?6.6H20+0.4H4Si04+0.4Ca(OH)2 C02+H20_+H2C03 H2C03+Ca2++20H。。_+CaC03+2H20 xCaO+Si02+(x一0.5)H20--+CxSH(棚5) 绿阳公司600 kt/a水泥缓凝剂装置自2009年9月份投产以来,通过一年的努力,对装置 实施多项技改,产品质量、装置能力得以大幅度提高,产品单耗稳步降低,为企业创造了较佳的 经济效益。 4“二水成球”工艺效益评价 (1)表1为绿阳公司“半水一二水”成球工艺与“二水成球”工艺的综合能耗比较。 表1 “半水一二水”、“二水”成球工艺综合能耗比较表 综合标煤消耗(tce/t) 年份 “半水一_二水” 2007 0.0250 “一水” 2008 0.0252 2009 0.0246 0.000928 2010 0.0288 0.00061 8 20ll 0.000452 由表比较结果可以看出,“二水”成球工艺较“半水一二水”成球工艺综合能耗大大下降,仅 为后者的1.5%~2%,是节能型的好项目。 (2)“半水一二水”成球工艺由于使用燃煤(按600 kt/a水泥缓凝剂年耗煤2.4万吨计算), 使用“二水”成球工艺后,每年减少1.4x109m3约150。C高温含尘尾气及大量的CO:、SO:、NO:及 CO的排放,是环保型的好项目。 f3)从生产成本分析,按煤价873元/吨、活性粘结剂400元/吨,电价0.6元/Kwh计算,600 kt/a水泥缓凝剂装置年节约综合生产成本60万吨x(o.04x873+10x0.6—0.035x400—3.5x0.61元/ 吨产品=1489.2万元(每吨产品降低生产成本24.82元)。 (4)从水化产物分析,“半水一二水”成球工艺水化产物为CaSO。?2H。0,而“二水”成球T艺 一1R气一 第七届全国石膏技术交流大会暨展览会论文集 2012.4.18—20中国?长沙 的水化产物为钙矾石(CxSH。栅,,),强度得以大幅提高,以15ram直径的球体颗粒强度检测结果 看,“半水一二水”成球的强度平均为25N。而“二水”成球的强度平均为55N,减少了运输、倒运 过程的碎球损失,提高J,产品质量。 (5)由于在项目设计过程中,充分考虑J,物料在改性后在车间内的陈化,为进一步提高水泥 适应性提供了条件。 从上述几方面比较看,“二水”成球工艺较“半水一二水”成球工艺无论在节能、环保、成本 及产品质量方面均有不可比拟的优越性。近年以来,绿阳公司依托技术优势、长江黄金水道运 输优势、海螺集团良好的合作优势以及受长三角经济辐射优势,磷石膏水泥缓凝剂年产、销量 均能保持在50万吨以上,为企业的发展提供了优越的条件。 5存在问题 f1)目前,磷石膏水泥缓凝剂影响水泥初凝时间及混凝土外加剂适应性问题尚未完全解决, 一定程度上影响了产品的竞争性,绿阳公司目前正与有关高校积极联系,力争在近期内有重大 突破。 f2)(‘二水”成球工艺对原料水分要求控制在15%12A内,对磷石膏采用湿排工艺的企业应谨 慎使用。 作者:安徽铜陵市绿阳建材有限责任公司,姜跃 联系方式:Emaihjiangyue265@sohu.eom 联系电线- 磷石膏制水泥缓凝剂工艺探讨 作者: 作者单位: 姜跃 安徽铜陵市绿阳建材有限责任公司,安徽铜陵 244000 引用本文格式:姜跃 磷石膏制水泥缓凝剂工艺探讨[会议论文] 2012

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