用新型干法旋窑线处理废石膏制建筑用石膏粉的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环保利废领域，尤其涉及一种利用现有产能过剩的新型干法旋窑生产线装备无害化处理并资源化利用工业废石膏生产建筑用石膏粉的方法。
【背景技术】
[0002]随着化工、冶炼业的发展及环保烟气脱硫的推广应用，大量的工业废石膏持续产生，堆存以数百万及数千万吨废石膏的堆场或填埋场处处皆是，这些工业废石膏无论来自是化工、冶炼过程中的酸浸渣还是工业烟气脱硫渣，客观上都含有数量不等的锌、铅、汞、镉、砷、铬等重金属离子，对水、土环境造成了实质性的污染和生态危险，而现有的处理方法，仅仅是囿于固废处置成本而一直力图淡化其重金属污染危害。
[0003]当前，这些客观上含有重金属离子的工业废石膏如磷石膏、脱硫石膏等，其资源化利用几乎集中在做水泥调凝剂和部分生产建筑石膏粉、极少量用于生产高强石膏(α型半水石膏)。建筑石膏的主要矿物成份为β半水石膏和可溶性无水石膏，含少量的二水石膏和难溶性无水石膏，强度较低，抗水性很差，只能用于非潮湿环境。
[0004]建筑石膏(β型半水石膏)工业生产一般采用天然石膏或工业废石膏为原料，常用的生产设备是带搅拌器的炒锅，于130?300°C炒制脱水，未见可靠的有效的连续式生产设备。
[0005]在废石膏制建筑石膏的研究方面，CN101597147A公开了一种磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺，提供了一种采用以钾、镁、铝、硅、硫的金属盐类作为复合固化剂(0.5?2%)，以氢氧化钙、硅铝碱性废弃物作为复合碱性激发剂(1.5?4%)，余量为磷石膏或脱硫石膏，混合均匀后进入煅烧炉在150?200°C范围内恒温煅烧2?3h，粉磨陈化制备高强石膏的方法。该方法虽然采用了复合碱性激发剂(氢氧化钙、硅铝碱性废弃物)中和固化磷石膏中的可溶性磷酸盐和氟磷酸盐，但存在的问题是:因其煅烧炉在150?200°C范围内恒温煅烧2?3h，所谓的150?200°C温度的恒温煅烧只能使二水石膏脱水为β型半水石膏和可溶性无水石膏，也不能产生大量具有抗水能力的“难溶性无水石膏”，且150?200°C温度的所谓煅烧，不可能出现高温液相，既达不到热活化硅铝酸盐碱性物的效果，也不能热分解一切硅铝酸盐矿物(解体活化硅铝酸盐矿物的温度必须在550°C以上)，更达不到煅烧热力学激活石膏和硅铝酸盐矿物反应的条件(必须在700°C以上)，重金属离子在此低温范围热活化条件下不可能固熔进入硅铝酸盐矿物晶格中，连高温液相熔融包裹都不可能发生，同时，以1.5?4%质量份额的氢氧化钙、硅铝碱性废弃物作为复合碱性激发剂也不可能有效解决建筑石膏的抗水性，更不足以包履固化稳定重金属离子。且其复合以0.5?2%质量份数的金属盐类复合固化剂，本领域技术人员的常识是，金属盐类极难以有效解决建筑石膏的抗水性，更不可能固化包裹稳定工业废石膏中的重金属离子。其次，150?200°C恒温煅烧炉生产效率低，低效率必然是高能耗高成本，不利于无害化处理工业废石膏。
[0006]另一方面，我国近30亿吨的水泥产能随着大规模基建工程的完成，大量的新型干法旋窑生产线面临闲置或关停，将导致社会装备资源的巨大浪费，如何实施产业转型困扰着企业和政府。众所周知，新型干法旋窑生产线由预热器系统(一般为上部Cl至最下层C5的五级旋风预热器叠置)、分解炉、回转窑、篦冷机及连接管道五大部件组成，生料送入预热器，经Cl至C4逐级预热后进分解炉，再拉入C5收集后入回转窑煅烧成熟料，出窑高温熟料经篦冷机冷却，余热回收利用，热效率相对较高。新型干法旋窑的烧成工艺控制方法实质上是烧好两把火，即窑头一把火和分解炉一把火，分解炉内煤粉为无焰燃烧，基本上处于还原气氛中，分解炉内煤粉燃烧不同空间的温度为860?12000C，窑头一把火为将回转窑内的粉料烧成熟料提供热量。显然，现有的干法旋窑的成熟的工艺控制方法并不适合石膏类材料的处理，尤其严重的是分解炉内的煤粉将导致石膏还原分解。国内外亦未见用新型干法旋窑生产线制造建筑石膏粉材料的任何研究或实践。
[0007]综合所述，大宗工业废石膏的无害化处理、资源化利用迫切需要全新的工艺方法，尤其是迫切需要一种可有效利用现有的新型干法旋窑生产线装备资源化无害化利用工业废石膏的方法。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种用新型干法旋窑线处理废石膏制建筑用石膏粉的方法，利用现有的新型干法旋窑生产线设备，有效钝化、固化工业废石膏中可能存在的重金属，且有效资源化利用工业废石膏生产建筑用石膏粉。
[0009]本发明解决其问题采取的技术方案是，用新型干法旋窑线处理废石膏制建筑用石膏粉的方法，利用新型干法旋窑生产线设备，以工业废石膏作为生产建筑用石膏粉的主要原料，以含硅铝酸盐矿物的废弃物作为工业废石膏中重金属离子的固化稳定剂，以钙质材料作为工业废石膏的活化剂，经生料配料、生料粉磨，于回转窑内经700°C?1350°C高温氧化性气氛煅烧制成熟石膏，再在篦冷机至水泥磨机区段的熟石膏中配入相当于熟石膏质量5?100%的生废石膏，经混合粉磨制成建筑用石膏粉。
[0010]具体主要包括如下步骤:
(1)生料制备:
新型干法水泥生产线的生料制备主要包括物料的破碎、配料、生料粉磨:将结块的废石膏破碎至粒径< 40mm，将块状的固化稳定剂、活化剂破碎至粒径< 40mm，粒径< 40mm的原料直接使用；将废石膏、固化稳定剂、活化剂按质量比为废石膏55?85:固化稳定剂5?24:活化剂10?40的比例配料，配料后送入生料磨，混合粉磨为80微米筛余小于28wt%的粉料，得生料粉；
燃煤制成80微米筛余小于6wt%的粉煤，送入煤粉仓，粉煤用量视干法旋窑系统烧成温度调整用量；
(2)熟石膏制备:将步骤(I)所制备的生料粉送入新型干法旋窑生产线的预热器系统的第二级旋风预热器C2至第一级旋风预热器Cl的上行管道内，拉入第一级旋风预热器Cl，生料粉经Cl的旋风筒收集进入C3至C2旋风预热器上行管道，拉入第二级旋风预热器C2，生料粉经C2的旋风筒收集进入C4至C3的上行管道，拉入第三级旋风预热器C3，生料粉经C3的旋风筒收集进入C5至C4的上行管道，拉入第四级旋风预热器C4，经第四级预热器C4收集的预热的生料粉自然进入新型干法旋窑系统的分解炉，分解炉停止供煤燃烧，以防止石膏被碳还原分解，分解炉作为石膏生料粉的一个直筒式预热器使用，分解炉内的生料粉被风拉至第五级预热器C5，经C5旋风筒收集自然从回转窑的窑尾进入回转窑内，回转窑的窑头以喷煤管燃烧器喷煤粉燃烧供热，生料粉在回转窑内于700°C?1350°C、空气过剩系数1.1?1.8的氧化性气氛下，快速煅烧3?25分钟(优选8?15分钟)，制成熟石膏；(预热器系统可由五级改为二级或三级或四级预热器，生料粉喂入的上行管道相应调整);
(3)建筑用石膏粉的制成:将步骤(2)所制得的熟石膏中配入粒径小于1mm的废生石膏，于出回转窑入篦冷机至水泥磨机区段的熟石膏中配入，废生石膏配入量为熟石膏质量的5?100%，用水泥磨机混合粉磨至80微米筛余小于18wt%的粉料，经陈化2?7天，即制成建筑用石膏粉。
[0011]所得的建筑用石膏粉的主要矿物成份为β型半水石膏、可溶性无水石膏、难溶性无水石膏、硅酸二钙、硫铝酸钙、硫铁酸钙等。
[0012]进一步，步骤(I)中，所述废石膏为工业生产排放的以硫酸钙或二水硫酸钙为主要矿物成份的废渣，如磷石膏、脱硫石膏、氟石膏和/或柠檬石膏等。
[0013]进一步，步骤(I)中，固化稳定剂用来固化废石膏中的重金属离子；所述固化稳定剂为含硅酸根和/或铝酸根基团的天然矿物或工业废渣，如废土、污泥和/或废渣等。
[0014]进一步，步骤(I)中，所述活化剂为含CaO的天然矿物和/或工业废渣，如石灰石、电石渣、废石肩、石灰渣和/或钢渣等。
[0015]进一步，步骤(2)中，可将新型干法旋窑生产线的五级预热器系统经改变生料粉喂料点或拆掉上部的三个或二个或一个旋风预热器，改造为二级预热器系统或三级预热器系统或四级预热器系统。若改造为二级预热器系统，步骤(2)中生料粉喂入的操作为:将步骤
(I)所制备的生料粉送入新型干法旋窑生产线的预热器系统的第五级旋风预热器C5至第四级旋风预热器C4的上行管道内，拉入第四级旋风预热器C4，经第四级预热器C4收集的预热的生料粉自然进入新型干法旋窑系统的分解炉。若改造为三级预热器系统，步骤(2)中生料粉喂入的操作为:将步骤(I)所制备的生料粉送入新型干法旋窑生产线的预热器系统的第四级旋风预热器C4至第三级旋风预热器C3的上行管道内，拉入第三级旋风预热器C3，生料粉经C3的旋风筒收集进入C5至C4的上行管道，拉入第四级