本发明专利技术公开了一种微波强化流态化磷石膏脱水的装置及其方法，通过螺旋给料机将磷石膏加入到体系中，利用热风炉提供的热空气经过文丘里干燥和旋风预热器脱除磷石膏中的附着水后与吸波粉体物质共同进入流化床透波加热段中混合流化；微波在谐振腔体中穿过透波加热段被吸波粉体物质与磷石膏吸收，利用分子高速运动产生的热量通过固－固、气－固以及微波加热方式同时实现磷石膏结晶水的脱除。由于脱除结晶水的磷石膏流化高度改变实现与吸波粉体物质分离。本方法和装置适用性广能够实现一套装置连续化生产两种产品、热效率高、加热速度快、物料加热均匀，证产品稳定性高，半水石膏分子表面极性成分加强，接触角减小，尾气温度低，热量损失小。量损失小。量损失小。
【技术实现步骤摘要】
一种微波强化流态化磷石膏脱水的装置及其方法
[0001]本专利技术涉及一种微波强化流态化磷石膏脱水的装置及其方法，属于磷石膏的资源化利用领域。
技术介绍
[0002]磷石膏是湿法磷酸生产过程中的副产废渣，湿法制磷酸反应后的料浆经过滤、洗涤制得磷酸的同时伴有副产物磷石膏的产生，通常生产1t磷酸副产4.5～5.5t磷石膏。随着磷化工行业的发展，磷石膏的排放也逐年增加。目前，我国磷石膏年产量约8000wt，由于磷石膏中含有磷类杂质、氟类杂质、有机物、碱金属盐、及SiO2等杂质且杂质成分复杂多样，导致未经过净化处理的磷石膏无法得到有效资源化利用。我国综合利用率仅为30％左右，磷石膏堆放占用了大量土地，并且对堆存地周边的生态环境造成很大的威胁。国内磷石膏的利用途径主要集中在建材业、工业和农业3个方面。近几年在国内利用磷石膏煅烧制备建筑石膏胶凝材料及II型无水石膏取代碳酸钙作为化工填料等方面发展迅速。
[0003]磷石膏主要成分为CaSO4·
2H2O，石膏的锻烧是将CaSO4·
2H2O加热脱水形成熟石膏的过程。CaSO4
·
2H2O在加热时,失去结晶水，当温度达到120
‑
140℃时二水硫酸钙脱去1.5个结晶水转化为β－半水石膏，温度继续升高至170
‑
190℃时，半水石膏进一步脱水转化CaSO4(III)，CaSO4(III)不稳定当温度达到320
‑
360℃时转化为CaSO4(II)。
[0004]目前，磷石膏常用的煅烧工艺技术和设备主要有炒锅锻烧工艺、回转窑锻烧工艺、两段沸腾炉锻烧工艺、气流式煅烧工艺、锤式烘干以及磨烧一体化煅烧工艺等。然而以上煅烧方式存在反应面积小，受热不均匀，占地面积大，单套产能小；热效率低，设备体积大，内构件复杂，尾气排放温度高，热损失大，能耗高；单套产能小，生产效率低产品易过烧或欠烧；一次性投资大、能耗高、煅烧尾气排放造成二次污染以及其它污染等一系列问题。
技术实现思路
[0005]针对现有磷石膏煅烧脱水技术的局限性，即现有的磷石膏煅烧技术热效率低、产品不稳定、生产效率低、燃料CO2排放造成二次污染等问题。本专利技术提供了一种稳定、高效、绿色、可连续化脱除磷石膏中结晶水的方法，即一种微波强化流态化磷石膏脱水的装置及其方法。
[0006]本专利技术一种微波强化流态化磷石膏脱水的方法与装置具体内容如下：
[0007](1)脱附着水阶段：经过水洗压滤处理后的磷石膏通过螺旋给料进入到文丘里管中，热风炉提供的一定温度热空气从文丘里管的下端进入脱除磷石膏中的部分附着水同时将结块磷石膏打散，之后磷石膏进入到旋风预热器中，通过控制热风炉温度进一步脱除附着水，让磷石膏中附着水含量维持可流化范围内。
[0008](2)混合流化阶段：将一定质量、粒度分布的吸波粉体物质与预热处理后的磷石膏按一定比列利用气流输连续送进入到流化床中。流化床底部通入压缩空气后磷石膏与吸波粉体物质均匀混合并在流化床透波加热段形成流化状态。
[0009](3)微波加热脱水阶段：针对不同的产品设定微波不同频率，微波发生器将一定频率的高频电磁波输送进流化床谐振腔体中。微波在圆柱谐振腔体内反射穿过流化床透波加热段，被吸波粉体物质充分吸收，温度在短时间内急剧升高，吸波粉体物质将热量通过固－固、气－固的方式将热量传递到磷石膏和空气中，被加热后的热空气又会使得磷石膏温度升高，加速磷石膏脱水。磷石膏及其含有的有机类杂质也会吸收微波能并转换为热能，使磷石膏温度升高。当流化床内温度到达一定值时，二水石膏脱水转变为半水石膏，半水石膏进一步脱水形成无水石膏。
[0010](4)物料分离阶段：由于通入流化床内的气流速度保持不变，同时吸波粉体物质质量不随温度而改变。因此可以通过改变波粉体物质的粒度分布控制其在流化床内的流化高度。但磷石膏由于脱除结晶水脱除，使得质量变轻。因此，失去结晶水后的磷石膏在流化床内部流化高度升高而吸波粉体物质流化高度不变，脱去结晶水的磷石膏与吸波粉体物质形成分层。当脱除结晶水的磷石膏流化高度达到出料口高度时从出料口排出。针对不同产品控制微波流化床底部压缩空气流量，保证磷石膏充分脱水的同时控制流化高度。
[0011](5)物料冷却与尾气处理阶段：物料从出料口排出后进入到物料接收罐中，物料接收罐中含有水冷夹层。变频水泵将冷却水从开放式水池输送至物料接收罐下端夹层流入进行磷石膏冷却，之后冷却水从上端流出后进入水池中进行循环。温度升高后的冷却循环水在开放水池中得到自然冷却降温继续用于循环冷却系统。物料接收罐中安装温度检测器，当脱水磷石膏温度低于设定温度时会自动打开物料接收罐下端出口进行震动排料，排料完毕后自动关闭出料口。通入的压缩空气从流化床顶部排除进入到旋风冷却器中冷却后进入到布袋除尘器中进一步净化除尘。夹杂在空气中微细脱水磷石膏从旋风除尘和布袋除尘中被收集。
[0012]微波加热中用损耗正切值(损耗因子与介电常数之比)来表示材料与微波的耦合能力，损耗正切值越大，材料与微波的耦合能力就越强。本专利技术中采用损耗正切值大的强吸收微波物质在微波作用下分子的电子云发生偏移导致偶极子发生运动，呈现正负极性。由于电磁场的高频变化，分子高速运动,分子之间就会产生剧烈的碰撞摩擦而产生热量，温度迅速升高，通过接触传递热将热量传递给磷石膏使其脱去结晶水。虽然磷石膏属于弱吸收微波物质，相对介电常数小，但也能吸收一定量的微波让其温度升高。而且当温度大于500℃之后，磷石膏的相对介电常数增大，吸收微波能力加强，温度升高速度加快。磷石膏中含有的少部分附着水和有机物介质损耗较大，能大量吸收微波能并转换为热能，使磷石膏的升温是在整个体积中同时进行水分蒸发和有机物分解。传统的磷石膏加热脱水只能依靠热传递的方式输入能量，脱水速度较慢，而本专利技术中结合了微波的直接能量输入作用和高损耗正切值吸波物质的热接触传递作用，使得磷石膏脱水的过程比普通加热的速度增加了数倍。相比于传统的磷石膏加热脱水方式，本专利技术结合磷石膏与高损耗正切值吸波物质的固体接触传热、气固传热以及微波直接加热三种方式同时实现磷石膏脱除结晶水。
[0013]本专利技术中微波加热磷石膏脱水的物相变化过程。磷石膏中的游离态水分完全蒸发或分解后，当磷石膏整体温度逐渐达到脱水温度时，热起伏将引起结合力较弱的水层空位向磷石膏晶体上的空位、畸变、包晶、解理、裂纹和杂质等迁移，空位迁移到磷石膏的表面后随之消失并形成出露点进而形成裂纹。水分子出露点形成后，很快会在这些出露点四周形成半水石膏晶胚。形成稳定的晶核后二水石膏不断分解,热激励把Ca
2+
和SO
42
‑
离子不断迁移
到新相晶核的位置上，这样就使晶核迅速向四周生长扩散，直至全部转变成为β－半水石膏。
[0014]本专利技术中由于磷石膏的主要成分为二水硫酸钙，它的晶体内部具有公有化电子。公有化电子吸收一定频率的电磁波后使得键能较低的氢键化学键断裂，形成硫酸钙的氧便成了悬空键，其氢键作用力较氢键断裂前强，所以本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微波强化流态化磷石膏脱水的装置，其特征在于：包括依次连接的螺旋给料机(1)、文丘里干燥器(2)、旋风预热器(3)、微波流化床(4)、旋风分离器(5)、布袋除尘器(6)，文丘里干燥器(2)、旋风预热器(3)的进风口均与热风炉(10)出风口连接；所述微波流化床(4)包括物料主室(401)、物料副室(402)、进料管(403)、微波谐振腔(404)、透波加热段(405)、进气管(406)、扩大段(407)、出料管(408)；物料主室(401)、物料副室(402)底部的进风口均与气体提供装置连接，物料主室(401)、物料副室(402)顶部均设置有进料口，物料主室(401)、物料副室(402)连通，物料副室(402)通过进料管(403)与透波加热段(405)连通，物料主室(401)进料口与旋风预热器(3)出料口连接；所述透波加热段(405)设置在微波谐振腔(404)内，微波谐振腔(404)通过导波管与微波发生器(409)连接；进气管(406)内设置有布风板，进气管(406)一端与透波加热段(405)底部连接，进气管(406)另一端与气体提供装置连接，透波加热段(405)顶部通过法兰与扩大段(407)连接，扩大段(407)侧面设有出料管(408)与物料接收罐(7)连接；扩大段(407)顶部排气口依次与旋风分离器(5)、布袋除尘器(6)连接。2.根据权利要求1所述的一种微波强化流态化磷石膏脱水的装置，其特征在于：所述物料接收罐(7)外侧壁设置有水冷夹套，水冷夹套进水口通过变频水泵(8)与冷却水槽(9)连接，水冷夹套出水口与冷却水槽(9)连接。3.根据权利要求1所述的一种微波强化流态化磷石膏脱水的装置，其特征在于：所述物料接收罐(7)内设置有温度传感器，底部出料口处设置有振动器。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种微波强化流态化磷石膏脱水的装置，其特征在于：所述装置的微波强化流态化磷石膏脱水方法包括如下步骤：S1.磷石膏经螺旋给料机(1)进入到文丘里干燥器(2)中，热风炉(10)提供的热空气从文丘里干燥器(2)的下端进入，脱除磷石膏中的部分附着水同时将结块磷石膏打散，经处理后的磷石膏进入到旋风预热器(3)中，通过控制热风炉(10)进入旋风预热器(3)的热空气温度进一步脱除附着水，让磷石膏中附着水含量维持在1％～3％；S2.脱除附着水的磷石膏进入物料主室(401)，吸波粉体物质进...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晖，李恒，钟晋，李瑞，
申请(专利权)人：云南云天化环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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