本發(fā)明屬于微波化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的微波法還原分解磷石膏的方法。

背景技術(shù)：

磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)工藝的副產(chǎn)物，是一類典型的大宗固廢，其堆放量已超過(guò)3億噸。磷石膏的產(chǎn)排量日益增大已嚴(yán)重影響了環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，其綜合處理與處置已成為磷化工行業(yè)亟待解決的重要問(wèn)題。然而，因磷石膏本身化學(xué)組成復(fù)雜、特性穩(wěn)定等因素的影響，其資源化利用技術(shù)均存在不同程度的問(wèn)題。盡管?chē)?guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了大量試驗(yàn)研究，但磷石膏資源化利用方面的工業(yè)化應(yīng)用并未取得突破性的進(jìn)展。

磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥是世界公認(rèn)的能大量消耗磷石膏的有效途徑之一，傳統(tǒng)工藝以回轉(zhuǎn)窯為反應(yīng)器，焦炭為還原劑分解磷石膏，產(chǎn)生的分解窯氣經(jīng)過(guò)“兩轉(zhuǎn)兩吸”工藝制得硫酸，分解渣用作水泥摻和料。但該工藝技術(shù)的分解溫度超過(guò)1250℃。因此，傳統(tǒng)工藝存在分解溫度高、能耗大、尾氣SO₂濃度低、經(jīng)濟(jì)效益低等不足，嚴(yán)重制約著該技術(shù)的推廣。經(jīng)過(guò)業(yè)界專業(yè)技術(shù)人員的不斷研究，已能夠?qū)⒎蹱钍嗯c分子篩催化劑顆粒按照一定比例混合后置于流化反應(yīng)器內(nèi)，以硫磺為還原劑在480℃～700℃條件下分解石膏。該發(fā)明依靠硫磺反應(yīng)產(chǎn)生的高濃度SO₂制硫酸，石膏分解效果并不好，從而限制了分解尾渣的利用價(jià)值?？梢?jiàn)，磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥工藝技術(shù)在節(jié)能降耗、高效利用、資源化等方面亟待新的創(chuàng)新與突破。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單的微波法還原分解磷石膏的方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟A：預(yù)處理、B: 配料、C：磷石膏分解，

A：預(yù)處理

采用微波分別對(duì)磷石膏、還原劑、活性組分干燥處理，對(duì)干燥后的物料分別進(jìn)行破碎和篩分；

B：配料

取磷石膏、還原劑和活性組分進(jìn)行配料并混合均勻；

C：磷石膏分解

將磷石膏混合物料置于反應(yīng)器中采用微波方式進(jìn)行加熱，達(dá)到反應(yīng)溫度后鼓入微量氧氣以維持反應(yīng)體系的弱還原氛圍。

本發(fā)明方法采用微波干燥工藝可以有效的降低能耗，縮減干燥時(shí)間，提升干燥效率；添加吸波輔料提升原料的吸波性能，從而采用微波直接加熱和碳化硅或石墨反應(yīng)器輔助加熱兩種方式保證加熱效率，可以有效解決波加熱過(guò)程其原料吸波性能差的問(wèn)題；相比傳統(tǒng)工藝中磷石膏分解溫度高達(dá)1250～1300℃，微波工藝中磷石膏分解溫度下降至950～1000℃，分解反應(yīng)溫度降低約300℃。微波加熱方式使得磷石膏分解工藝過(guò)程的能耗明顯降低，提高了磷石膏資源化利用工藝技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明工藝流程示意圖；

圖2為微波分解磷石膏工藝的設(shè)備示意圖；

圖3為實(shí)施例2的產(chǎn)物XRD圖譜；

圖4為實(shí)施例3的產(chǎn)物XRD圖譜；

圖5為實(shí)施例4的產(chǎn)物XRD圖譜；

圖6為實(shí)施例5的產(chǎn)物XRD圖譜；

圖中：1—微波反應(yīng)室，2—出氣罩，3—保溫層，4—微波裝置殼體，5—尾氣管道，6—攪拌槳，7—空氣泵。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不得以任何方式對(duì)本發(fā)明加以限制，基于本發(fā)明教導(dǎo)所作的任何變更或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1~6所示，本發(fā)明包括以下步驟A：預(yù)處理、B: 配料、C：磷石膏分解；

A：預(yù)處理

采用微波分別對(duì)磷石膏、還原劑、活性組分干燥處理，對(duì)干燥后的物料分別進(jìn)行破碎和篩分；

B：配料

取磷石膏、還原劑和活性組分進(jìn)行配料并混合均勻；

C：磷石膏分解

將磷石膏混合物料置于反應(yīng)器中采用微波方式進(jìn)行加熱，達(dá)到反應(yīng)溫度后鼓入微量氧氣以維持反應(yīng)體系的弱還原氛圍。

于步驟A中的還原劑為高品位焦炭、褐煤或炭黑材料。

步驟A中的活性組分包括吸波輔料和礦化劑，其中吸波輔料為氧化鐵、活性氧化鋁、活性氧化硅和鐵氧體中的任意兩種以上組成；礦化劑為螢石、冰晶石、氧化鎂中的任意兩種或三種組成復(fù)合礦化劑。

步驟A中的還原劑本身為性能優(yōu)良的吸波材料。

步驟A中磷石膏干燥微波輸出頻率為915MHz或2450MHz，干燥時(shí)間為15～20min，對(duì)干燥后的磷石膏、還原劑和吸波輔料進(jìn)行破碎，通過(guò)160～200目分樣篩進(jìn)行篩分。

步驟B配料過(guò)程，其中磷石膏與還原劑的質(zhì)量比為1:0.05~0.08；礦化劑的含量為總物料的2wt%～4wt%，吸波輔料含量為4wt%~6wt%。

步驟C分解溫度為850～1000℃，保溫時(shí)間30～60min進(jìn)行磷石膏還原分解。

步驟C所述的加熱方式為直接微波加熱和輔助微波加熱結(jié)合，即添加吸波輔料提升原料的吸波性能進(jìn)行直接微波加熱，采用碳化硅或石墨反應(yīng)器進(jìn)行輔助微波加熱。

本發(fā)明工作原理及工作過(guò)程：

本發(fā)明方法采用微波干燥工藝可以有效提升干燥效率；添加吸波輔料提升原料的吸波性能，采用微波直接加熱和碳化硅或石墨反應(yīng)器輔助加熱兩種方式保證加熱效率，可以有效解決波加熱過(guò)程其原料吸波性能差的問(wèn)題；相比傳統(tǒng)工藝中磷石膏，微波加熱方式使得磷石膏分解工藝過(guò)程的能耗明顯降低，提高了磷石膏資源化利用工藝技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。

實(shí)施例1

設(shè)計(jì)有效容積為50 L的微波反應(yīng)裝置，用于磷石膏還原分解。物料置于反應(yīng)室1，用空氣泵7鼓入適量空氣以維持反應(yīng)體系的弱還原氛圍，反應(yīng)后的氣體從出氣罩口2經(jīng)過(guò)煙氣管道5排出反應(yīng)器；磷石膏物料粉末較細(xì)，還原分解過(guò)程中使用攪拌槳6間歇地混合物料以完成充分反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后取出焙燒渣進(jìn)行后續(xù)處理。

按質(zhì)量比1:0.06將磷石膏與焦炭按比例混合，并加入吸波輔料和礦化劑，吸波輔料占混合物料總質(zhì)量的5%，包括氧化鐵、活性氧化鋁、鐵氧體，分別為活性物質(zhì)的45%、45%與10%；礦化劑添加量為混合物總重的2%，礦化劑包括螢石、冰晶石、氧化鎂三種，占復(fù)合礦化劑的比例分別為40%、40%與20%。磷石膏于微波輸出頻率915 MHz條件下干燥處理15 min以去除水分；利用160目分樣篩篩分后，將20 kg干燥處理的磷石膏混合物料送入分解裝置的反應(yīng)室，微波輸出頻率為2450 MHz，通入反應(yīng)室內(nèi)空氣流量為100 mL/min以維持弱還原氛圍，850℃還原分解45 min后，從反應(yīng)室取出焙燒渣。磷石膏分解率達(dá)到84.2%，尾氣中的SO₂平均體積分?jǐn)?shù)為8.3%，滿足工業(yè)制酸的要求。

實(shí)施例2

采用與實(shí)施例1相同的微波反應(yīng)裝置，還原煤配比、干燥過(guò)程及工藝流程也與實(shí)施例1完全相同。吸波輔料占混合物料總質(zhì)量的4%，包括氧化鐵、活性氧化鋁、鐵氧體，分別為活性物質(zhì)的45%、45%與10%。礦化劑添加量為混合物總重的4%，礦化劑包括螢石、冰晶石、氧化鎂，占復(fù)合礦化劑的比例分別為40%、40%與20%。磷石膏于微波輸出頻率915 MHz條件下干燥處理20 min以去除水分；利用200目分樣篩篩分后，將20 kg干燥處理的磷石膏混合物料送入分解裝置的反應(yīng)室，微波輸出頻率為2450 MHz，1000℃還原分解45 min后取出焙燒渣，其XRD圖譜見(jiàn)圖3，為硅酸鹽水泥主要成分。磷石膏分解率達(dá)到90.2%，尾氣中的SO₂平均體積分?jǐn)?shù)為9.6%，滿足工業(yè)制酸的要求。

實(shí)施例3

采用與實(shí)施例1相同的微波反應(yīng)裝置，還原煤配比、干燥過(guò)程及工藝流程也與實(shí)施例1完全相同。吸波輔料占混合物料總質(zhì)量的6%，包括氧化鐵、活性氧化鋁、活性氧化硅，分別為活性物質(zhì)的45%、45%與10%。礦化劑添加量為混合物總重的3%，礦化劑包括螢石、冰晶石，占復(fù)合礦化劑的比例分別為50%、50%。磷石膏于微波輸出頻率2450MHz條件下干燥處理18 min以去除水分；利用180目分樣篩篩分后，將20 kg干燥處理的磷石膏混合物料送入分解裝置的反應(yīng)室，微波輸出頻率為2450 MHz，950℃還原分解60 min后取出焙燒渣，其XRD圖譜見(jiàn)圖4，為硅酸鹽水泥主要成分。磷石膏分解率達(dá)到96.4%，尾氣中的SO₂平均體積分?jǐn)?shù)為12.5%，可用于工業(yè)制硫酸。

實(shí)施例4

采用與實(shí)施例1相同的微波反應(yīng)裝置，還原煤配比、干燥過(guò)程及工藝流程也與實(shí)施例1完全相同。吸波輔料占混合物料總質(zhì)量的5%，包括氧化鐵、活性氧化鋁、活性氧化硅，分別為活性物質(zhì)的50%、40%與10%。礦化劑添加量為混合物總重的4%，礦化劑包括螢石、冰晶石，占復(fù)合礦化劑的比例分別為60%、40%。磷石膏于微波輸出頻率915 MHz條件下干燥處理20 min以去除水分；利用160目分樣篩篩分后，將20 kg干燥處理的磷石膏混合物料送入分解裝置的反應(yīng)室，微波輸出頻率為2450 MHz，1000℃還原分解60 min后取出焙燒渣，其XRD圖譜見(jiàn)圖5，為硅酸鹽水泥主要成分。磷石膏分解率達(dá)到98.6%，尾氣中的SO₂平均體積分?jǐn)?shù)為14.8%，可用于工業(yè)制硫酸。

實(shí)施例5

采用與實(shí)施例1相同的微波反應(yīng)裝置，還原煤配比、干燥過(guò)程及工藝流程也與實(shí)施例1完全相同。吸波輔料占混合物料總質(zhì)量的5%，包括氧化鐵、活性氧化鋁、鐵氧體，分別為活性物質(zhì)的50%、40%與10%。礦化劑添加量為混合物總重的4%，礦化劑包括螢石、冰晶石、氧化鎂，占復(fù)合礦化劑的比例分別為60%、30%與10%。磷石膏于微波輸出頻率915 MHz條件下干燥處理20 min以去除水分；利用160目分樣篩篩分后，將20 kg干燥處理的磷石膏混合物料送入分解裝置的反應(yīng)室，微波輸出頻率為2450 MHz，900℃還原分解60 min后取出焙燒渣，其XRD圖譜見(jiàn)圖6，為硅酸鹽水泥主要成分。磷石膏分解率達(dá)到95.6%，尾氣中的SO₂平均體積分?jǐn)?shù)為12.0%，可用于工業(yè)制硫酸。

實(shí)施例6

采用與實(shí)施例1相同的微波反應(yīng)裝置，還原煤配比、干燥過(guò)程及工藝流程也與實(shí)施例1完全相同。吸波輔料占混合物料總質(zhì)量的5%，包括氧化鐵、活性氧化鋁、活性氧化硅、鐵氧體，分別為活性物質(zhì)的40%、40%、10%與10%。礦化劑添加量為混合物總重的3%，礦化劑包括螢石、冰晶石，占復(fù)合礦化劑的比例分別為60%、40%。磷石膏于微波輸出頻率915 MHz條件下干燥處理20 min以去除水分；利用160目分樣篩篩分后，將20 kg干燥處理的磷石膏混合物料送入分解裝置的反應(yīng)室，微波輸出頻率為2450 MHz，900℃還原分解60 min。磷石膏分解率達(dá)到93.6%，尾氣中的SO₂平均體積分?jǐn)?shù)為11.4%，滿足制酸要求。