[发明专利]节能降耗的石膏生产水泥联产硫酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产水泥的方法，特别涉及一种节能降耗的石膏生产水泥联产硫酸的方法。

背景技术

石膏生产水泥联产硫酸是利用天然石膏，工业副产石膏（包括磷石膏、盐石膏、脱硫石膏），将其中的钙代替石灰矿作为水泥生料，在回转煅烧窑内，在碳的还原和高温的作用下发生分解反应，将其主要成分CaSO₄分解成CaO和SO₂，并与其它配合原料进行矿化反应，煅烧生成水泥的熟料，回转窑尾气经过窑尾预热器将原料预热后进回转窑，将热量进行回收利用，排除的SO₂气体用于生产硫酸。

磷石膏是湿法磷化工生产磷肥和磷酸盐时，磷矿中的钙元素与硫酸反应沉淀分离的副产物。2012年我国湿法磷肥生产约1500万吨（P₂O₅%），所产固体磷石膏达9000多万吨之巨。磷石膏的大量排放不仅需要大笔的资金和土地建造堆场，还由于磷石膏经雨水长期浸泡，其中的可溶性磷、氟等以水体为媒介向环境传递，引起土壤、水系、大气的污染。如此庞大的工业废副，按循环经济原则生产水泥联产硫酸。即将磷石膏中的钙元素用于水泥生产，替代石灰石原料，减少了石灰矿的开采，不仅节约了钙资源，而且减少了碳酸钙分解是产生的二氧化碳温室气体的排放；又将磷石膏中的硫酸元素同时生成硫酸并循环回磷酸装置，做到硫资源的循环，节约了磷肥工业对硫资源的依赖，不失为一个最佳的循环经济的减量、再用的循环利用方法，做到了资源利用最大化的切 实可效途径。

随着工业废气物脱硫装置的运行，降低了排入大气的SO₂，但副产的脱硫石膏需进行消化处理，将其用于生产水泥联产硫酸，再回到工业循环利用中来，是解决脱硫石膏利用的有效途径。

天然石膏在特定的经济区域内代替石灰质原料生产水泥和硫酸也具有经济效益和地方社会效益。

盐石膏量虽小，同样可作生产水泥联产硫酸的原料或掺混原料。

石膏制水泥联产硫酸有着悠久的历史，其主要化学反应原理如下：

CaSO₄+2C=CaS+2CO₂↑(1)

3CaSO₄+CaS=4CaO+4SO₂↑(2)

CaO+（SiO₂，Al2O₃，Fe2O₃）→硅酸钙+铁铝酸钙等(3)

CaSO₄+3CaS=4CaO+4S(4)

C+O₂=CO₂↑（5）

S+O₂=SO₂↑（6）

上式反应中，第一步，单质炭做还原剂与四分之一量的硫酸钙（CaSO₄）进行深度还原反应生成硫化钙（CaS）；第二步，生成的硫化钙在于四分之三量的硫酸钙（CaSO₄）进行部分还原反应，生成氧化钙（CaO）和二氧化硫（SO₂）；第三步，生成氧化钙（CaO）与硅（SiO₂）、铝（Al₂O₃）、铁（Fe₂O₃）化合物进行矿化反应，生成水泥熟料。通过质量作用定律控制这三步反应，即可收到很好的经济效果，接近其理论极限。

1915年，德国人Müller以碳作还原剂，在石膏中加入Al₂O₂、Fe₂O₃、SiO₂在高温下分解，分解的CaO与加入的氧化物反应形成水泥熟料，分解出的SO₂ 气体用于生产硫酸。后来Kühne在此基础上研究并投入工业生产，1916年德国拜耳（Bayer）燃料公司在德国建成石膏制硫酸与水泥工厂，并于1931年转入正常生产。这就是被称为Müller-Küller（M-K法）法或拜耳“Bayer”法石膏生产水泥联产硫酸工艺的第一代技术。

1968年奥地利林茨化学公司，使用第一代技术（M-K法），并采用磷石膏代替天然石膏在日产200t的硫酸装置上运行成功。为了降低能源消耗，于1972年在回转窑尾部增加立筒预热器，收到了很好的节能效果，可降低热耗15%-20%，这就是被称之为Osw-KPupp(O-K法)法石膏生产水泥联产硫酸的第二代技术。