高钙镁磷基固废耦合生物质煅烧制备营养土的装置及方法

本发明属于固体废弃物土壤化利用领域，具体为一种高钙镁磷基固废耦合生物质煅烧制备营养改良土的方法。

背景技术：

1、磷矿是工农业生产中磷元素的主要来源。中低品位磷矿的选矿主要采用浮选法。复杂的选矿过程和精选工艺提取磷精矿产品后往往产生了大量的磷尾矿堆存在尾矿库中。每生产1吨磷精矿可增加超0.44吨pts。磷石膏是磷肥工业湿法生产磷酸过程中产生的副产品，是环境保护领域重点关注的工业固体废弃物之一。湿法生产磷酸过程中，磷精矿中的氟磷灰石经酸解得到h3po4。每吨磷酸可产4.5~5.5吨pg酸，其主要化学成分为caso4·2h2o，还可能含有大量的水溶性磷和氟化物。磷尾矿和磷石膏的安全资源化利用是磷化工行业必须考虑的问题。氟化物会在氟磷灰石采集过程中被释放出来并聚集在磷尾矿中，并且在硫酸酸解后大量以水溶性形态残留在磷石膏中。f−极有可能取代矿物中的oh−，成为羟基硅酸盐和磷灰石矿物的关键成分。结合在交换性阳离子上的氟离子也会被oh−和其他阴离子所取代。酸碱条件、铁或铝的化合物、有机质等因素都会影响氟的迁移效率。人类长期暴露于较高剂量f会导致氟斑牙和氟骨症。此外，受选矿技术限制，磷尾矿中残留的ca5(po4)3f会发生溶解反应，这导致了大量的po43−、f-和ca2+释放到环境中进而影响了生态平衡。

2、磷尾矿和磷石膏土壤化可充分利用p、ca、mg、k、s等作物生长所需的养分元素。铁锰氧化物、koh、caco3等无机物改性生物炭具有来源广、比表面积大、孔隙发达、稳定性强等特点被广泛应用于农业土壤改良。

3、以磷尾矿和磷石膏为代表的钙镁磷基固体废弃物减量化和清洁土壤化利用是本领域亟待解决的问题。耦合生物炭同步脱除污染物、高值化利用有益元素以及降低煅烧工艺能耗和对环境的污染影响，大量充分地将钙镁磷基固废和堆弃生物质回用于作物栽培和农业土壤改良，以提高钙镁磷基固体废物减量化与无害化效率，提高土壤化利用技术的环境安全性与经济性。

技术实现思路

1、针对现有高钙镁磷基固体废物堆存附带风险高、氟化物污染严重、资源化利用效率低等问题，本发明提供了一种高钙镁磷基固废耦合生物质煅烧制备营养土的装置及方法，是将高钙镁磷基固废、生物质和其它辅料经破碎混合、烘干、预热、升温、煅烧五个阶段后制备成营养土，营养土煅烧过程中持续去除煅烧设备内部气氛中的焦油和污染物。

2、本发明高钙镁磷基固废耦合生物质煅烧制备营养土的装置包括破碎筛分装置、螺旋进料槽、煅烧设备、油气分离装置、尾气吸收装置；其中破碎筛分装置包括壳体，壳体顶部设置有进料口，壳体内设置有破碎轮，筛网设置在壳体内并位于破碎轮下方，壳体底部出料口处设置有下料挡板；破碎筛分装置的出料口通过管道与螺旋进料槽前端连通，螺旋进料槽外侧设置加热壁，螺旋进料槽后部通过带阀门的管道与排气泵ⅰ连接，螺旋进料槽末端与煅烧设备的连接，且连接处设置有锁气进料装置；煅烧设备包括煅烧腔体，煅烧腔体内顶部设置有除尘器，煅烧腔体从下至上由带齿圆形搅拌盘分隔为预热室、升温室、温度保持室，预热室、升温室、温度保持室之间通过两个螺旋升料槽连通，预热室和升温室之间、升温室和温度保持室之间的带齿圆形搅拌盘呈漏斗状，倾斜角度为10°～30°，漏斗状带齿圆形搅拌盘通过轴承设置在螺旋升料槽出口端外侧，轴承的外环通过传动链条与电机输出轴连接并由电机带动漏斗状带齿圆形搅拌盘旋转；温度保持室底部的带齿圆形搅拌盘为水平圆盘，由电机带动其转动，煅烧腔体壁为加热壁；预热室底部开有氮气入口、热气回用口，氮气入口上设置有阀门ⅵ，热气回用口上设置有阀门ⅴ；温度保持室一侧设置可开闭的出料口且位于温度保持室底部上方，煅烧腔体顶部设置有排空管和尾气排出管，其上分别设置有阀门ⅰ、阀门ⅱ，尾气排出管通过排气泵ⅱ、管道分别与设置有阀门ⅲ的油气分离装置、设置有阀门ⅳ的尾气吸收装置连接，油气分离装置底部开有焦油排出口，油气分离装置的外壁为冷却外壁，外壁底部为进水口，顶部为出水口，油气分离装置通过管道与与热气回用口连通，尾气吸收装置内放置有吸收剂，进入尾气吸收装置的管道插入到吸收剂内底部。

3、所述破碎筛分装置的筛网孔径小于2.50mm。

4、所述吸收剂为氢氧化钠溶液、氨水、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氢氧化钙溶液、氯化钠溶液、硫酸钾溶液、氢氧化钾溶液中的一种，浓度为0.01～1.00 mol/l。

5、所述锁气进料装置包括2个弹簧、2块不锈钢平板，2块不锈钢平板的一端活动设置在螺旋进料槽末端内壁上，2个弹簧一端固定在螺旋进料槽末端内壁上，另一端分别连接在2块不锈钢平板的另一端上，2块不锈钢平板呈八字型开口。

6、所述阀门ⅳ、阀门ⅵ为止逆阀。

7、所述螺旋进料槽加热壁加热温度为55～82℃，物料水分烘干至1.00 %以下；预热室温度为150～300℃；升温室温度为450～550℃；温度保持室温度为450～550℃。

8、上述装置的使用方法如下：

9、（1）将高钙镁磷基固废、生物质和其它辅料混合、破碎、过筛后落入螺旋送料槽；

10、（2）经过破碎筛分的物料在螺旋进料槽中输送、55～82℃干操后，送至煅烧设备的预热室预热，打开阀门ⅵ和阀门ⅰ，关闭阀门ⅱ和阀门ⅴ，氮气充满煅烧设备内部，空气自排空管排出，然后关闭阀门ⅵ、阀门ⅰ、阀门ⅳ，打开阀门ⅱ、阀门ⅲ、阀门ⅴ，在150～300℃下预热后的物料通过螺旋升料槽提升至升温室，煅烧设备内的高温烟气在排气泵ⅱ作用下，通过除尘器去除颗粒物，再经过油气分离装置分离出焦油后通过热气回用口回用至预热室；

11、（3）在升温室中物料以5～30℃/min的升温速率升温至450～550℃，然后通过螺旋升料槽提升至温度保持室中；

12、（4）温度保持室中的物料在450～550℃下处理30～300min，冷却后，从营养土，冷却后从可开闭出料口获得营养土，煅烧结束前，关闭阀门阀门ⅲ和阀门ⅴ，打开阀门ⅳ，烟气中的氟化物和重金属物质被尾气吸收装置中的吸收剂去除，同时气体温度降低，清洁烟气排出至大气中。

13、所述高钙镁磷基固废为磷尾矿、磷石膏、黄磷渣中的一种或多种，重量占比为65%～95%；生物质为玉米芯、果树枝、锯末、生活污水污泥、畜禽粪便、稻壳、蔗渣、椰壳、秸秆中的一种或多种，重量占比为3.5%～25%；其它辅料包括草木灰、硫酸亚铁、聚合硫酸铝、煤渣、氧化钙、珍珠岩、蛭石、粉煤灰、田园土、腐叶土中的一种或多种，重量占比为0.02%～10%。

14、高温烟气在油气分离装置中的停留时间通过排气泵的速率进行控制，焦油在油气分离装置中冷凝积累在底部，处理分离完成后通过焦油排出口排出。

15、所述高温烟气在油气分离装置中的冷凝温度为150～250℃。

16、采用本发明提供的技术方案，有益效果包括：

17、1、高钙镁磷基固废中的主要污染物氟和少量重金属在130℃以上呈气态，在烟气回用过成中始终以气态的存在方式，最终通过吸收剂吸收去除，极大地降低了所制备的营养土的生态与健康风险。同时在煅烧过程中也会产生大量的焦油、co、碳氢小分子化合物等物质，去除焦油后的烟气将热量回用至预热室，减少了加热壁能量消耗，co和碳氢小分子化合物等在煅烧设备内进一步充分燃烧以提供热量；烘干过程中温度保持在82℃以下，预热室温度保持在150℃以上，有效防止了煅烧制备营养土过程中木醋液的生成；

18、2、高钙镁磷基固废中含有大量的钙、镁、磷、钾、硫等元素，和生物质煅烧后显著提高了生物炭的稳定性，具有适宜植物生长的各种元素和适宜微生物的条件。此外，钙磷可以促进生成含有偏磷酸盐、c-o-po3基团和 c-po3基团的热稳定磷络合物，持水保肥能力强；

19、3、高钙镁磷基固废耦合生物质煅烧制备的营养土除了具有丰富的养料和优异的理化性能外，钙镁和磷酸盐改性后具有良好的碳捕集性能，有利于土壤持续固碳，在解决土壤贫瘠和耕作障碍方面有巨大潜力，且有效解决了固废大量堆存的问题，拓宽了磷化工固废土壤化利用途径。