一种石膏原料综合利用的装置和方法
阅读说明：本技术 一种石膏原料综合利用的装置和方法 (Device and method for comprehensively utilizing gypsum raw material ) 是由 张美菊 朱庆山 于 2020-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种石膏原料综合利用的装置和方法,所述装置包括依次连接的预处理单元、流态化焙烧单元和成品单元,以及与流态化焙烧单元相连的除尘单元。所述方法利用流态化焙烧的方法对物料进行连续式的焙烧,能够维持均匀的温度场,且能够实现余热的回收利用。有利于连续的,较大的处理量情况下处理石膏原料,系统热效率高,产品质量稳定,焙烧过程调节灵活；应用前景广阔。(The invention provides a device and a method for comprehensively utilizing gypsum raw materials. The method utilizes a fluidized roasting method to continuously roast materials, can maintain a uniform temperature field, and can realize the recycling of waste heat. The method is beneficial to treating the gypsum raw material under the condition of continuous and large treatment capacity, the system has high heat efficiency, stable product quality and flexible adjustment of the roasting process; has wide application prospect.)
技术领域
本发明涉及石膏处置技术领域，尤其涉及一种石膏原料综合利用的装置和方法。
背景技术
石膏原料加工成半水石膏的主要方法有煅烧法和高温闪烧法。煅烧法是当前生产半水石膏的主要方法，该法不用水洗，避免了水资源的浪费和二次污染。
RU2005119689A，PL2013000019W，EP15752713.6，US15119688，RU2007101877A，GB2028783A公开的技术均是将磷石膏添加不同助剂和灰渣，经过旋转炉烧制水泥熟料。
GB2605072A公开了一种采用回转窑在200-240℃条件下焙烧制半水石膏的方法；郑州三迪建筑科技有限公司申请的国际专利PCT/CN2017/112084采用预热滚筒，煅烧滚筒，还原滚筒等对磷石膏进行煅烧得到半水石膏。
GB2028783A公开了一种通过对磷石膏进行两阶段热处理并添加石灰来制备石膏的方法，第一阶段是在110至150摄氏度的温度下脱水30至90分钟，第二阶段是在130至180℃持续10分钟至数小时的调节制备得到石膏。
由此可见现有技术制备半水石膏主要采用回转窑，旋转炉，沸腾炉等，煅烧时间长，设备占地面积较大，运转能耗较高。
CN1594175A公开了一种内热式建筑石膏建造工艺方法，采用沸腾炉提供热源，煅烧系统采用具有扬料板的内热式回转窑，用扬料板扬起物料强化传热，热效率可达49-61％，提高了磷石膏焙烧时的热效率。
CN104310830A公开了一种用磷石膏生产β-高纯石膏粉的方法，采用FC分室煅烧炉以热烟气在换热管内间接换热。热量利用率较低。
CN207468502U公开了一种悬浮气流式磷石膏一体化处理装置，且CN107651870A公开了一种悬浮气流式的磷石膏一体化处理装置及方法，包含干燥单元，高温除杂单元，煅烧单元和冷却单元。磷石膏经气体速度为15-25m/s，温度为400-500℃热风烘干，进入除杂炉在450-800℃热风作用下除杂，然后在110-220℃热风条件先进行煅烧。该过程有多处高温烟气与磷石膏相互作用，容易过度脱水产生硬石膏造成过烧。除杂炉和相变炉为内外筒结构，在炉内物料和气体的反应时间不易控制。
CN107902932A公开了一种磷石膏煅烧装置，该装置由2个预热滚筒，2个煅烧滚筒，还原滚筒组成，各滚筒间采用输送装置进行输送。预热采用煅烧尾气与物料在预热滚筒内间接接触干燥物料，有效避免了煅烧尾气含水高直接接触会影响物料自由水脱除的缺点。不过滚筒最大直径3.3米，可见这些滚筒运转需要的动力较大，虽然建设成本较低，但是运行成本较高。此外固体物料靠重力沉积在滚筒底部，虽然滚筒转动也无法提高反应过程的均匀性。
CN110092599A公开了一种磷石膏煅烧系统，包括煅烧炉，喷火炉，沉降室，前除尘器，预热炉，后除尘器，还原炉-引风机。其中预热炉为穿心管式回转窑，煅烧炉为双筒回转式煅烧炉，运行时炉体整体旋转预处理料。喷火炉为在煅烧炉进料口一端，喷火方向朝煅烧炉内筒敞开口端，高温烟气与物料接触容易发生过烧现象，回转窑运转动力消耗大，占地面积较大。
CN110143773A公开了一种磷石膏煅烧系统，包括煅烧炉，喷火炉，后除尘器，前除尘器，预热炉，还原炉，沉降室，引风机。合理布局各煅烧设备，结构紧凑，合理利用余热，简化热风流通结构。该技术采用双筒回转式煅烧炉。
CN201614351U公开了一种用于磷石膏改性沸腾炉余热利用一体化装置，包括沸腾炉，回转窑，布袋除尘及余热回用等。该装置煤在沸腾炉内燃烧，烟气进入回转窑内对磷石膏进行改性煅烧。该装置煤燃烧烟气进入回转窑烟气灰尘直接进入磷石膏增加了杂质含量。
CN203878066U公开了FC炉干燥煅烧系统。该系统包括燃煤沸腾炉产生烟气进入FC煅烧炉内，烟气与生石膏通过金属传输热管间接接触，避免了热源直接与生石膏直接接触时粉煤灰混杂进入成品石膏粉。鼓风机空气进入FC煅烧炉对生石膏进行吹动粉体强化换热效果，但是间接换热效率低于直接接触换热。
CN208414262U公开了一种新型磷石膏煅烧设备，采用内热管式回转窑，烟气通入内热管与磷石膏间接接触，保证传热的同时烟气不污染原料。该设备依然采用回转窑，由于热管在回转窑中心而物料沉在回转窑底部，造成换热不充分使得磷石膏焙烧不均匀。
CN208346051U公开了一种采用磷石膏制备建筑石膏粉的系统，该系统包括装载机，干燥机，煅烧机，斗提机，热源设备和废气处理装置。其干燥机为两筒回转干燥机，长20米干燥温度400-500℃。煅烧机为三筒煅烧机170℃。该系统将烟气用陶瓷除尘设备过滤后再用于焙烧过程，减少了混入建筑石膏的粉煤灰含量。采用大型回转设备做为干燥和焙烧主设备占地面积大，不易用于处理量大的加工过程，运行成本高。
CN108658484A公开了一种建筑石膏的分段处理工艺，该工艺将磷石膏在热风式干燥炉390-410℃干燥15s后，采用隧道炉加热到100℃进入旋转加热炉在190-200℃加热20-30min。物料在经球磨得到建筑石膏。该工艺采用隧道窑和旋转加热炉，占面积较大，设备运行和维护成本较高。
CN207175793U公开了磷石膏制备建筑石膏的装置，磷石膏与石灰在沤制库处理后进入回转煅烧窑煅烧，而后物料经冷却粉磨得到建筑石膏。该装置热源为沸腾炉产生热风与磷石膏在回转煅烧窑内煅烧磷石膏。
CN204417351U公开了带有闪速干燥器的磷石膏煅烧系统，该系统采用闪速干燥器与回转窑对物料进行干燥和焙烧，过程对热气体进行了优化利用。燃烧室产生烟气进入回转窑与磷石膏直接接触。
CN204417348U公开了一种具有粉碎和干燥功能的磷石膏煅烧系统，采用旋风筒预热器对磷石膏进行干燥后进入回转窑焙烧。该系统能更好的实现物料的热交换和混合，提高热效率，稳定回转窑的物料成分。
综上所述，现有技术主要采用回转窑与热气直接换热，或采用换热管间接换热的方式进行煅烧，物料受热不均匀，焙烧不充分所得产品质量较差，并且回转窑旋转动力消耗大，占地面积较大。有些采用带换热管的分室煅烧炉进行煅烧，煅烧时间较长，间接换热热量利用率较低。导致单线产量低，能耗高，粉尘污染严重。所产半水石膏质量不稳定，不能满足如纸面石膏板，石膏条板，纤维增强石膏板，石膏砌块或石膏砂浆等下游石膏胶凝材料制品行业的要求。
因此，亟需开发一套新的半水石膏的制备装置和方法。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种石膏原料综合利用的装置和方法，该装置及方法工艺过程焙烧均匀，产品质量稳定，不存在过烧现象；能够合理回收利用工艺过程的余热，提高了热量利用率；焙烧温度调节灵活；可有效综合利用工业副产石膏制备焙烧石膏，达到固体废弃物资源化利用的目的。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种石膏原料综合利用的装置，所述石膏原料综合利用的装置包括依次连接的预处理单元、预热单元、流态化焙烧单元和成品单元；所述的装置还包括与流态化焙烧单元相连的除尘单元。
本发明提供的一种石膏原料综合利用的装置中流态化焙烧单元能够提供稳定的温度场，物料以流态化的形式与气相接触，能够有效防止过烧现象，且焙烧的温度能够灵活调节；且流态化焙烧单元产生的气体经过除尘单元进行除尘后再以尾气形式排出，有效缓解了粉尘污染问题，制得的半水石膏和石膏成品质量稳定。
优选地，所述预处理单元包括进料口。
优选地，所述预处理单元包括调节剂入口。
优选地，所述预处理单元包括杂质排放口。
优选地，所述流态化焙烧单元包括第一气体出口。
优选地，所述第一气体出口与预热单元相连。
当所述装置中包括预热单元时，优选第一气体出口与预热单元相连，利用流态化焙烧后的气体余热对物料进行预热，提高了热量利用率。
优选地，所述流态化焙烧单元包括调控介质入口。
优选地，所述流态化焙烧单元包括空气入口和燃料入口。
当所述装置中不包括供热单元时，所述流态化焙烧单元中采用的流态化焙烧装置可自带燃烧室，且在所述燃烧室上设置有空气入口和燃料入口，工艺流程更短且节省了占地空间。
优选地，所述除尘单元包括固体出口。
优选地，所述固体出口与所述流态化焙烧单元相连。
优选地，所述除尘单元包括尾气出口。
优选地，所述成品单元包括添加剂入口和成品出料口。
优选地，所述装置还包括设置于预处理单元与流态化焙烧单元之间的预热单元。
针对石膏原料选自纤维状石膏矿、层状石膏矿或废弃石膏模具时可不设置预处理单元。
优选地，所述石膏原料综合利用的装置还包括与流态化焙烧单元相连的供热单元。
优选地，所述供热单元还与所述预热单元相连接。
所述供热单元与预热单元的热气体输送既可以与流态化焙烧单元产生的气体混合后送入预热单元，也可以分别各自的送入预热单元。
优选地，所述预热单元包括第二气体出口。
优选地，所述第二气体出口与所述除尘单元相连。
优选地，所述供热单元包括空气入口和燃料入口。
优选地，所述预处理单元包括破碎装置。
优选地，所述破碎装置包括鼠笼式破碎机、锤式破碎机、齿爪式破碎机、鄂式破碎机、反击式破碎机、圆锥破碎机、雷蒙磨或球磨机中的任意一种。
优选地，所述预处理单元包括还包括中和装置。
本发明所述中和装置能够调节石膏原料的pH值，有利于后续半水石膏的制备。
优选地，所述流态化焙烧单元包括流化焙烧装置。
优选地，所述流化焙烧装置包括提升管、鼓泡流化床、搅拌流化床或振动流化床中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述预热单元包括1～3级旋风筒预热器和/或流化床预热器。
本发明对每个单元中具体装置的连接没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于实现各个功能的装置即可，本发明的关键主要在于整体的流程装置能够实现半水石膏的制备，且产品质量稳定，粉尘污染小。
第二方面，本发明提供一种石膏原料综合利用的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)石膏原料经预处理，得到预处理料；
(2)所述预处理料经流态化焙烧，所述流态化焙烧后的气体经回收热量除尘后排出，流态化焙烧后固相为焙烧石膏；
(3)步骤(2)所述焙烧石膏与添加剂进行调配，得到石膏成品。
本发明提供的石膏原料综合利用的方法中采用流态化焙烧的方式对预处理料进行焙烧，能够维持反应所需的均匀温度场，湿度和较好的物料流化状态，增加焙烧过程的调控灵活性，稳定产品质量。
优选地，步骤(1)中所述石膏原料包括磷石膏、脱硫石膏、石膏矿山废料、柠檬酸石膏、氟石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏、钛石膏、硼石膏、废旧石膏料、纤维状石膏矿、层状石膏矿或废弃石膏模具中的任意一种或至少两种的组合，其中典型非限制性的组合为氟石膏和味精石膏的组合，氟石膏和纤维状石膏矿的组合，氟石膏和铜石膏的组合，味精石膏和纤维状石膏矿的组合，纤维状石膏矿和磷石膏的组合，纤维状石膏矿和铜石膏的组合，铜石膏和磷石膏的组合，磷石膏和盐石膏的组合等。
本发明所述石膏原料优选采用工业副产石膏，即本发明优选提供一种工业副产石膏的综合利用装置和方法，其中工业副产石膏包括磷石膏、脱硫石膏、柠檬酸石膏、氟石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏、钛石膏、硼石膏等，既能够将这些工业副产石膏充分利用减少环境污染，又能够制备得到稳定性高的半水石膏和石膏成品。
本发明所述石膏原料也可以采用常规石膏矿为原料，同样能够制得性能优良的半水石膏和石膏成品。
优选地，所述预处理包括：石膏原料经破碎、筛分除杂或pH调节中的任意一种或至少两种的组合，得到预处理料。
本发明所述预处理根据不同原料有不同的预处理方式，具体的，可以是仅进行破碎处理，或者是破碎与筛分除杂的结合，或者是破碎、筛分除杂和pH调节的结合，或者是破碎和pH调节的结合等。
当石膏原料为大块物料时，经过破碎将大块石膏原料转变为小块物料；还可增加筛分除杂步骤，去除其中大块金属，编织袋等杂质。
优选地，所述pH调节包括：将石膏原料与调节剂混合，得到预处理料。
优选地，所述调节剂包括碱性物质。
优选地，所述碱性物质包括生石灰和/或熟石灰。
优选地，所述调节剂占筛分除杂后的石膏原料质量的0.5～5wt％，例如可以是0.5wt％、1wt％、1.2wt％、1.5wt％、2wt％、2.2wt％、2.5wt％、2.8wt％、3wt％、3.2wt％、3.5wt％、3.8wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％等，优选为0.5～3wt％。
优选地，所述pH调节后的pH值为4～7，例如可以是4、4.2、4.5、4.8、5、5.2、5.5、5.8、6、6.2、6.5、6.8或7等，优选为4.5～6.5。
优选地，步骤(2)中所述预处理料经预热后再进行流态化焙烧。
优选地，所述预热包括：将预处理料预热至第一温度。
预热的热量来自于供热单元和流态化焙烧单元的气体，在预热过程中热气体与含水固体物料快速换热脱除部分附着水。
优选地，所述预热过程中通过热气体和/或步骤(2)所述流化焙烧产生的气体加热。
优选地，所述第一温度为60～110℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃或110℃等。
优选地，所述预热后的预处理料的含水量＜10wt％，例如可以是9.9wt％、9.8wt％、9.5wt％、9.0wt％、8.9wt％、8.5wt％、8wt％、7wt％或6.5wt％等。
优选地，所述预热产生的气体经除尘后排出。
优选地，步骤(2)中所述流态化焙烧包括：步骤(1)所述预处理料在热气体的作用下发生化学反应，脱除部分结晶水，得到焙烧石膏。
优选地，所述热气体包括除尘后烟气、空气、氮气或水蒸气中的任意一种或至少两种的组合，其中典型非限制性的组合为烟气/氮气、空气/烟气或空气/氮气的组合。
优选地，所述热气体的温度为120℃～950℃，例如可以是120℃、130℃、140℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、700℃、800℃、900℃或950℃等。
优选地，所述流态化焙烧的温度为120～550℃，例如可以是120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃或550℃等，优选为135～450℃。
优选地，所述流态化焙烧的时间为5～180min，例如可以是5min、10min、20min、50min、80min、100min、110min、120min、140min、150min、160min或180min等，优选为20～150min。
优选地，所述流态化焙烧过程中气速为0.01～10m/s，例如可以是0.01m/s、1m/s、1.2m/s、1.5m/s、2m/s、2.5m/s、3m/s、3.5m/s、4m/s、4.5m/s、5m/s、5.5m/s、6m/s、6.5m/s、7m/s、7.5m/s、8m/s、9m/s或10m/s等，优选为0.05～7m/s。
优选地，所述流态化焙烧过程中加入调控介质。
本发明中所述调控介质能够对焙烧过程的气氛和温度进行及时的调节，温度场均匀，产品质量稳定。
优选地，所述调控介质包括空气、水蒸汽、水或氮气中的任意一种或至少两种的组合，其中典型非限制性的组合为空气/水蒸气，水/氮气或空气/氮气的组合等。
优选地，步骤(3)中所述成品处理包括：将步骤(2)所述焙烧石膏与添加剂混合调配，得到石膏成品。
优选地，所述石膏成品包括地坪石膏速成墙石膏、粉刷石膏、石膏砌块、水泥缓凝剂或轻质抹灰砂浆等中的任意一种。
作为本发明优选地技术方案，所述方法包括如下步骤：
(1)石膏原料经破碎、筛分除杂和pH调节，得到预处理料；所述pH调节包括：将筛分除杂后的石膏原料与碱性物质混合，得到预处理料；所述碱性物质占筛分除杂后的石膏原料质量的0.5～5wt％；
(2)所述预处理料预热至60～110℃，含水量＜10wt％后，加入调控介质，经热气处理进行120～550℃流态化焙烧5～180min，脱除部分结晶水，得到焙烧石膏，所述流态化焙烧产生的气体经除尘后排出；所述热气体的温度为120℃～950℃，气速为0.01～10m/s；所述调控介质包括空气、水蒸汽、水或氮气中的任意一种或至少两种的组合；
(3)将步骤(2)所述焙烧石膏与添加剂混合调配，得到石膏成品。
作为本发明优选地技术方案，所述石膏原料为纤维状石膏矿、层状石膏矿或废弃石膏模具中任意一种或至少两种的组合时，所述方法包括如下步骤：
(1)石膏原料经破碎、筛分除杂得到预处理料
(2)所述预处理料在120～800℃流态化焙烧5～180min，脱除部分结晶水，得到焙烧石膏，所述流态化焙烧产生的气体经除尘后排出；所述热气体的温度为120℃～950℃，气速为0.01～10m/s，所述调控介质包括空气、水蒸汽、水或氮气中的任意一种或至少两种的组合；
(3)将步骤(2)所述焙烧石膏与添加剂混合调配，得到石膏成品。
第三方面，本发明提供一种石膏原料综合利用的方法，所述方法采用第一方面所述的石膏原料综合利用的装置进行。
本发明提供的石膏原料综合利用的方法采用第一方面所述的石膏原料综合利用的装置进行，能够较好地实现连续化生产，且产品质量稳定。
优选地，所述方法包括如下步骤：
(1’)石膏原料进入预处理单元经预处理，得到预处理料；
(2’)所述预处理料进入流态化焙烧单元进行流态化焙烧，所述流态化焙烧后的气体进入除尘单元进行除尘后排出，流态化焙烧后固相为焙烧石膏；
(3’)步骤(2’)所述半水石膏进入成品单元经成品调配后，得到石膏成品。
优选地，步骤(2’)中所述预处理料进入预热单元进行预热后再进入流态化焙烧单元进行流态化焙烧。
优选地，所述预热单元产生的气体进入除尘单元进行除尘后排出。
优选地，所述热气体由供热单元提供。
本发明所述供热单元中热气体的加热方式为燃烧加热或电加热，或者采用直接燃烧产生热烟气。燃烧系统的燃料可以是煤气、煤、天然气、沼气和燃料油中的一种或几种或者为它们中的两种或以上的组合，其中典型非限制性的组合为煤气和天然气的组合，煤和燃料油的组合等。
优选地，所述热气为煤气、天然气或沼气燃烧产生的热烟气。
作为本发明优选地技术方案，所述方法包括如下步骤：
(1’)石膏原料进入预处理单元经破碎、筛分除杂和pH调节，得到预处理料；所述pH调节包括：将筛分除杂后的石膏原料与碱性物质混合，得到预处理料；所述碱性物质占筛分除杂后的石膏原料质量的0.5～5wt％；
(2’)所述预处理料进入预热单元预热至60～110℃，含水量＜10wt％后，进入流态化焙烧单元，加入调控介质，在热气体作用下进行120～550℃流态化焙烧5～180min，脱除部分结晶水，得到焙烧石膏；所述流态化焙烧产生的气体经除尘后排出；所述热气体的温度为120℃～950℃，气速为0.01～10m/s，所述调控介质包括空气、水蒸汽、水或氮气中的任意一种或至少两种的组合；所述预热单元产生的气体进入除尘单元进行除尘后排出，所述热气体由供热单元提供；
(3’)将步骤(2’)所述焙烧石膏进入成品单元与添加剂混合调配，得到石膏成品。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的石膏原料综合利用的装置可以实现固体废物的综合利用，减少了固体废物堆放对土壤、水、大气的环境污染。
(2)本发明提供的石膏原料综合利用的装置，采用流化床技术，反应面积大，反应速率高、受热均匀、占地面积小，无焙烧过度或焙烧不足现象，制备的建筑石膏中二水石膏转化率高，质量稳定。制备半水石膏时其中无水石膏和二水石膏的含量小于1wt％，半水石膏含量≥85wt％。
(3)本发明提供的石膏原料综合利用的方法，采用调控介质可实现对焙烧过程的气氛和温度进行灵活、及时的调节。
(4)本发明提供的石膏原料综合利用的方法，采用焙烧后的尾气和/或热气体预热物料，充分回收了工艺过程的热量。
(5)本发明提供的石膏原料综合利用的方法可以连续生产，便于大型化。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的石膏原料综合利用的装置示意图。
图2是本发明实施例1采用的磷石膏原料的XRD图。
图3是本发明实施例2提供的石膏原料综合利用的装置示意图。
图4是本发明实施例3提供的石膏原料综合利用的装置示意图。
图中：1-预处理单元；2-预热单元；3-流态化焙烧单元；4-成品单元；5-供热单元；6-除尘单元。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种石膏原料综合利用的装置，如图1所示，所述石膏原料综合利用装置包括依次连接的预处理单元1、预热单元2、流态化焙烧单元3和成品单元4。
所述石膏原料综合利用的装置还包括与流态化焙烧单元3相连的除尘单元6，以及与流态化焙烧单元3相连的供热单元5。
所述预处理单元1包括进料口、调节剂入口和杂质排放口，具体包括鼠笼式破碎机、筛分除杂装置和pH调节装置。
所述预处理单元1与预热单元2之间设置有螺旋进料器。
所述流态化焙烧单元3包括第一气体出口，所述第一气体出口与预热单元2相连，所述流态化焙烧单元3包括调控介质入口，具体的所述流态化焙烧单元3包括鼓泡流化床和调温介质缓冲罐，以及其间的连接管道和控制系统。
所述除尘单元6包括固体出口，所述固体出口与所述流态化焙烧单元3相连，所述除尘单元6包括尾气出口，具体的所述除尘单元6包括依次连接的布袋除尘器和引风机。
所述成品单元4包括添加剂入口和成品出料口；具体的所述成品单元4包括间歇式搅拌釜、计量料斗、装袋机和码垛机器人。
所述供热单元5还与所述预热单元2相连接；所述供热单元5包括空气入口和燃料入口；具体的所述供热单元5包括风机，燃料罐和热风炉，所述燃料罐上设置有空气入口和燃料入口。
所述预热单元2包括第二气体出口，所述第二气体出口与所述除尘单元6相连，具体的所述预热单元2由3级旋风筒预热器组成。
本实施例还提供一种石膏原料综合利用的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)磷石膏进入预处理单元1经破碎、筛分除杂和pH调节，得到预处理料；所述pH调节为：将筛分除杂后的磷石膏与2wt％氧化钙(氧化钙占筛分除杂后的磷石膏质量的百分数)混合调节pH至5，得到预处理料；
(2)所述预处理料由螺旋进料器进入预热单元2预热至90℃，含水量＜10wt％后，进入流态化焙烧单元3，加入调控介质，经热气处理进行170℃流态化焙烧60min，脱除部分结晶水，得到半水石膏；所述调控介质为水蒸汽；
所述热气体的温度为450℃，气速为5m/s；
空气从空气入口、燃料从燃料入口进入供热单元5，燃烧后产生热气分别进入预热单元2和流态化焙烧单元3供热，所述流态化焙烧产生的气体进入预热单元2进行预热，节约能耗，预热单元2产生的气体进入除尘单元6除尘后固体部分返回流态化焙烧单元3，气体部分以尾气形式排出；
(3)将步骤(2)所述焙烧石膏进入成品单元4与膨胀珍珠岩，水泥，石英砂混合调配，得到轻质抹灰石膏砂浆。
本实施例中磷石膏(磷石膏的XRF组成分析见表1，XRD物相图见图2)，从图2和表1中可以看出，磷石膏中主要成分为二水硫酸钙，磷石膏在调温介质的调控下，170℃焙烧得到半水石膏，经检测其组成如表2所示，半水石膏的含量为89.3wt％，未检测出无水石膏，二水石膏的含量仅为0.1wt％。工艺过程焙烧均匀，产品质量稳定，不存在过烧现象；预热单元2合理回收利用工艺过程的余热，提高了热量利用率；焙烧温度调节灵活。
表1
名称
含量(wt％)
SO<sub>3</sub>
54.126
CaO
35.083
F
3.531
SiO<sub>2</sub>
2.629
K<sub>2</sub>O
2.265
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
0.854
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0.759
Fe<sub>2</sub>O3
0.475
MgO
0.075
TiO<sub>2</sub>
0.073
SrO
0.072
Na<sub>2</sub>O
0.048
MnO
0.008
实施例2
本实施例提供一种石膏原料综合利用的装置，如图3所示，所述石膏原料综合利用的装置包括依次连接的预处理单元1、预热单元2、流态化焙烧单元3和成品单元4。
所述石膏原料综合利用的装置还包括与流态化焙烧单元3相连的除尘单元6。
所述预处理单元1包括进料口、调节剂入口和杂质排放口，具体包括反击式破碎机和筛分除杂装置。
所述预处理单元1与预热单元2之间设置有螺旋进料器。
所述流态化焙烧单元3包括第一气体出口，所述第一气体出口与预热单元2相连，所述流态化焙烧单元3包括调控介质入口、空气入口和燃料入口，具体的所述流态化焙烧单元3包括带燃烧室的鼓泡流化床和调温介质缓冲罐，以及其间的连接管道和控制系统，在所述调温介质缓冲罐上设置有调控介质入口，在所述带燃烧室的鼓泡流化床的燃烧室上设置有空气入口和燃料入口。
所述除尘单元6包括固体出口，所述固体出口与所述流态化焙烧单元3相连，所述除尘单元6包括尾气出口，具体的所述除尘单元6包括依次连接的1级旋风分离器、布袋除尘器和引风机。
所述成品单元4包括添加剂入口和成品出料口；具体的所述成品单元4包括间歇式搅拌釜、计量料斗、装袋机和码垛机器人。
所述预热单元2包括第二气体出口，所述第二气体出口与所述除尘单元6相连，具体的所述预热单元2由流化床预热器组成。
本实施例还提供一种石膏原料综合利用的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)层状石膏矿进入预处理单元1经破碎和筛分除杂后，得到预处理料；
(2)所述预处理料由螺旋进料器进入预热单元2预热至60℃，含水量＜10wt％后，进入流态化焙烧单元3，加入调控介质，经热气处理进行140℃流态化焙烧120min，脱除部分结晶水，得到半水石膏；所述调控介质为空气；
所述热气的温度为250℃，气速为2m/s；
空气从空气入口、燃料从燃料入口进入流态化焙烧单元3的燃烧室，燃烧后产生热气体为流态化焙烧供热，所述流态化焙烧产生的气体进入预热单元2进行预热，节约能耗，预热单元2产生的气体进入除尘单元6除尘后，固体部分返回流态化焙烧单元3，气体部分以尾气形式排出；
(3)将步骤(2)所述半水石膏进入成品单元4与膨胀珍珠岩，水泥，石英砂混合调配，得到轻质抹灰石膏砂浆。
本实施例中层状石膏矿在调温介质的调控下140℃焙烧得到半水石膏，经检测其组成如表2所示，半水石膏的含量为89.2wt％。工艺过程焙烧均匀，不存在过烧现象；预热单元2合理回收利用工艺过程的余热，提高了热量利用率；焙烧温度调节灵活。流态化焙烧单元3自带燃烧室，简化了工艺流程。
实施例3
本实施例提供一种石膏原料综合利用的装置，如图4所示，所述石膏原料综合利用的装置包括依次连接的预处理单元1、流态化焙烧单元3和成品单元4。
所述石膏原料综合利用的装置还包括与流态化焙烧单元3相连的除尘单元6，以及与流态化焙烧单元3相连的供热单元5。
所述预处理单元1包括进料口、调节剂入口和杂质排放口，具体包括圆锥破碎机和筛分除杂装置。
所述预处理单元1与预热单元2之间设置有螺旋进料器。
所述流态化焙烧单元3包括第一气体出口，所述第一气体出口与除尘单元6相连，所述流态化焙烧单元3包括调控介质入口，具体的所述流态化焙烧单元3包括振动流化床和调温介质缓冲罐，以及其间的连接管道和控制系统。
所述除尘单元6包括固体出口，所述固体出口与所述流态化焙烧单元3相连，所述除尘单元6包括尾气出口，具体的所述除尘单元6包括依次连接的2级旋风分离器、布袋除尘器和引风机。
所述成品单元4包括添加剂入口和成品出料口；具体的所述成品单元4包括间歇式搅拌釜、计量料斗和储料罐。
所述供热单元5包括空气入口和燃料入口；具体的所述供热单元5包括风机、煤仓、燃煤锅炉和陶瓷过滤器，所述燃煤锅炉上设置有空气入口，所述煤仓设置有燃料入口。
本实施例还提供一种石膏原料综合利用的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)层状石膏矿进入预处理单元1经破碎，得到预处理料；
(2)所述预处理料由螺旋进料器进入预热单元2预热至70℃，含水量＜10wt％后，进入流态化焙烧单元3，加入调控介质，经热气处理进行150℃流态化焙烧5min，脱除部分结晶水，得到半水石膏；所述调控介质为空气；
所述热气的温度为850℃，气速为10m/s；
空气从空气入口、燃料从燃料入口进入供热单元5，燃烧后产生热气进入流态化焙烧单元3供热，所述流态化焙烧产生的气体进入除尘单元6除尘后部分返回流态化焙烧单元3，部分以尾气形式排出；
(3)将步骤(2)所述半水石膏进入成品单元4与膨胀珍珠岩，水泥和石英砂混合调配，得到轻质抹灰石膏砂浆。
本实施例中层状石膏矿在调温介质的调控下150℃焙烧得到半水石膏，经检测其组成如表2所示，半水石膏的含量为89.5wt％。工艺过程焙烧温度调节灵活，焙烧均匀，不存在过烧现象。
实施例4
本实施例提供一种石膏原料综合利用装置，所述石膏原料综合利用的装置除“所述流态化焙烧单元的第一气体出口与除尘单元相连接”外，其余均与实施例1相同。
本实施例中磷石膏在调温介质的调控下170℃焙烧得到半水石膏。工艺过程焙烧均匀，产品质量稳定，不存在过烧现象，经检测其组成如表2所示，半水石膏的含量为87.6wt％；但相较于实施例1而言，流态化焙烧单元的气体直接进入除尘单元进行除尘处理，热量利用率较实施例1差，由此表明，本发明优选将第一气体出口与预热单元相连，提高了热量利用率。
实施例5
本实施例提供一种石膏原料综合利用的方法，所述方法采用实施例2提供的装置进行，具体包括如下步骤：
(1)层状石膏矿进入预处理单元经破碎和筛分除杂后，得到预处理料；
(2)所述预处理料由螺旋进料器进入预热单元预热至110℃，含水量为8wt％后，进入流态化焙烧单元，加入调控介质，经热气处理进行120℃流态化焙烧180min，脱除部分结晶水，得到半水石膏(其组成如表2所示)；所述调控介质为空气；
所述热气体的温度为650℃，气速为10m/s；
空气从空气入口、燃料从燃料入口进入流态化焙烧单元的燃烧室，燃烧后产生热气为流态化焙烧供热，所述流态化焙烧产生的气体进入预热单元进行预热，节约能耗，预热单元产生的气体进入除尘单元除尘后部分返回流态化焙烧单元，部分以尾气形式排出；
(3)将步骤(2)所述半水石膏前驱体进入成品单元与膨胀珍珠岩，水泥，石英砂混合调配，得到轻质抹灰石膏砂浆。
二、对比例
对比例1
本对比例提供一种石膏原料综合利用的装置，所述利用石膏原料制备石膏成品的装置除将流态化焙烧单元替换为双筒回转式煅烧炉外，其余均与实施例1相同。
本对比例还提供一种石膏原料综合利用的方法，所述方法除将在流态化焙烧单元中焙烧替换为在双筒回转式煅烧炉中煅烧外，其余均与实施例1相同。
由于对比例1中采用的是双筒回转式煅烧炉，喷火炉为在煅烧炉进料口一端，喷火方向朝煅烧炉内筒敞开口端，高温烟气与物料接触时容易发生过烧现象，经检测其组成如表2所示，半水石膏的含量为62wt％，相较于实施例1而言，产品焙烧不均匀且质量不稳定，半水石膏的含量大大降低，由此表明，本发明通过采用流态化技术提高了半水石膏的稳定性和质量。
以上实施例和对比例中所采用的磷石膏和层状石膏矿的原料组成以及步骤(2)中制得的半水石膏的组成如表2所示。
表2
样品
二水石膏(wt％)
半水石膏(wt％)
无水石膏(wt％)
磷石膏
91.07
0
0
层状石膏矿
92.3
0
0
实施例1
0.1
89.3
0
实施例2
0.5
89.2
0
实施例3
0.2
89.5
0
实施例4
0.8
87.6
0
实施例5
0
88
0.2
对比例1
11
62
17
本发明所述石膏原料综合利用的方法并不限于实施例中例举的磷石膏和层状石膏矿，限于篇幅限制，本发明不再例举，其采用脱硫石膏、石膏矿山废料、柠檬酸石膏、氟石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏、钛石膏、硼石膏、废旧石膏料、纤维状石膏矿或废弃石膏模具等石膏中的任意一种或至少两种的组合均能制备得到高纯度半水石膏。
综上所述，本发明提供的石膏原料综合利用的装置通过采用流态化焙烧单元，反应面积大，反应速率高、受热均匀且占地面积小；无焙烧过度或焙烧不足现象，且采用焙烧后的尾气经除尘后排出，不存在粉尘污染；本发明提供的石膏原料综合利用的方法可以实现固体废物的综合利用，减少了固体废物堆放对土壤、水、大气的环境污染，产品质量稳定，半水石膏含量≥85wt％，二水石膏和无水石膏的总含量小于1wt％，具有良好的推广应用价值。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
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