技術(shù)前沿

硫磺分解磷石膏制硫酸技術(shù)取得重大突破

開展大宗工業(yè)固廢綜合處理與資源化利用技術(shù)的研發(fā),將引領(lǐng)工業(yè)節(jié)能減排,培育節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。磷石膏是硫酸法萃取磷酸生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品,也是以硫酸鈣為主要成分的大宗工業(yè)固廢。每生產(chǎn)1噸磷酸將產(chǎn)生4.5-5.5噸的磷石膏,其主要成分具有多種潛在用途的硫、鈣和石膏資源,又含有磷、氟、有機物、堿金屬元素、硅、鐵、鋁、鎂等對環(huán)境和綜合利用有害的雜質(zhì)及放射性核素等。磷石膏的綜合利用現(xiàn)已被國家列為資源化重點工程,是國家重點支持的工業(yè)固廢處理項目。搞好磷石膏的綜合利用和無害化處理成為磷肥行業(yè)的重要任務(wù),對于節(jié)約天然資源,保護生態(tài)環(huán)境,建設(shè)節(jié)約型社會,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和實現(xiàn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

“十二五”期間,在加大已有先進成熟的磷石膏綜合利用技術(shù)推廣應(yīng)用的同時,磷化工行業(yè)正在加快關(guān)鍵共性技術(shù)的研發(fā),尤其是重點攻關(guān)化學(xué)分解法磷石膏綜合利用技術(shù)。磷石膏化學(xué)分解技術(shù)是提高磷石膏資源化利用率的有效途徑之一,但目前開發(fā)面臨著能耗高、投資大、工藝路線長、分解溫度高、經(jīng)濟指標(biāo)性差等眾多制約其推廣應(yīng)用的難題。

四川宏達股份有限公司承擔(dān)的國家“863”計劃項目硫磺分解磷石膏制硫酸技術(shù)的研究與開發(fā),由四川大學(xué)提供技術(shù)支撐,鄭州大學(xué)、昆明理工大學(xué)、西南科技大學(xué)參與研究,主要研究課題為:節(jié)能化煅燒β半水石膏技術(shù)、磷石膏低溫分解制高濃度SO2技術(shù)、氧化鈣殘渣高值化利用技術(shù)、磷石膏分解的關(guān)鍵設(shè)備、磷石膏制酸過程的系統(tǒng)集成及工程實施關(guān)鍵技術(shù)。

針對磷石膏分解溫度過高的問題,研究的焦點在于尋找合適的還原劑以代替?zhèn)鹘y(tǒng)焦炭。四川大學(xué)的專利技術(shù)用硫磺作為新型還原劑分解磷石膏制硫酸的工藝路線是磷石膏在煅燒爐內(nèi)經(jīng)過節(jié)能化煅燒后,得到β半水石膏。在磷石膏分解設(shè)備中,β半水石膏用硫磺進行低溫分解,分解過程氧化-還原兩段操作,一段分解反應(yīng)采用循環(huán)流化床,溫度為800-900℃。二段分解反應(yīng)沿用傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯,分解溫度為1100℃。β半水石膏分解為硫化鈣和SO2氣體,SO2氣體再經(jīng)提濃,采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝直接制取硫酸。分解后的液硫和硫磺混合返回系統(tǒng)循環(huán)使用,硫磺殘渣氧化鈣可用作電廠脫硫劑,或高效利用其中的鈣資源制取飼料級磷酸氫鈣、高純氧化鈣、碳酸鈣晶須、硫鋁酸鹽水泥。

該項目自2011年10月科技部立項以來,解決了多項技術(shù)難題,取得了階段性成果。目前已經(jīng)完成了重大工藝設(shè)備核心技術(shù)試驗研究,掌握了產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù),各項工藝指標(biāo)和產(chǎn)品質(zhì)量達到了預(yù)定要求。2013年12月項目通過了國家科技部組織的中期檢查,形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的硫磺低溫分解磷石膏制酸的關(guān)鍵技術(shù),已申報了核心專利4項,同時取得了裝置核心發(fā)明專利權(quán)2項。項目將在2014年7月建成投運1萬噸/年磷石膏制酸工業(yè)試驗示范裝置?，F(xiàn)已完成示范裝置的建設(shè)立項、用地審批、環(huán)評安評、場地“三通一平”等前期工作,設(shè)計方面完成了初步設(shè)計和設(shè)備選型,正在進行初步設(shè)計的內(nèi)部評審工作,裝置計劃于2015年建成投產(chǎn)并通過國家驗收。

磷石膏的分解溫度降低,煙氣中SO2濃度就可以提高,則產(chǎn)品成本亦將會大幅降低,同時尾氣中SO2的排放量也可以得到顯著降低。經(jīng)過兩年多的試驗驗證和初步設(shè)計分析測算,磷石膏制酸項目技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢突出,工藝過程低碳節(jié)能,與一般硫磺制酸比較,噸酸成本低20%左右。硫磺價越高,兩者差值越大,經(jīng)濟效益更為顯著。除磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)氧化鈣粉外,項目技術(shù)還具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域,還可結(jié)合生產(chǎn)高價值冶金爐料,大幅提升技術(shù)的市場競爭力。

現(xiàn)有焦炭還原磷石膏制硫酸在工程實施方面存在著多種問題,而硫磺還原磷石膏制酸為節(jié)能減排的新工藝,屬于資源循環(huán)型綠色技術(shù),可降低環(huán)境污染,其產(chǎn)生的SO2濃度高,轉(zhuǎn)化吸收裝置投資低,具有良好的推廣應(yīng)用前景。隨著我國磷礦的貧化和其中雜質(zhì)含量的升高,磷酸生產(chǎn)副產(chǎn)的磷石膏還將進一步加大。通過新技術(shù)的應(yīng)用,可以實現(xiàn)磷酸生產(chǎn)中的硫資源循環(huán)利用。作為磷石膏綜合利用的重要途徑,硫磺分解磷石膏制硫酸技術(shù)通過研發(fā)低成本的磷石膏制酸關(guān)鍵技術(shù)與裝備,建立自主創(chuàng)新的硫磺分解磷石膏制酸工藝路線,實現(xiàn)工業(yè)固廢以規(guī)?；{和資源化利用為目標(biāo),進而循環(huán)利用磷石膏中硫鈣資源,有效解決了磷石膏的污染問題,可推動磷化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

(張德)