磷石膏流化床热分解最大化脱硫的工艺调控机制研究

为解决磷石膏(PG)堆存污染和资源浪费问题，研究人员采用鼓泡流化床技术开展PG颗粒焙烧热分解特性研究，通过优化工艺参数实现96.47%脱硫率，揭示了弱还原/氧化气氛精准调控对CaO和SO2高效转化的关键作用，为工业级PG资源化提供技术支撑。

　　

磷石膏(PG)作为磷肥工业副产物，全球年产量超3亿吨，其堆存不仅侵占土地，所含氟化物、重金属等污染物更会通过渗滤造成土壤和水体长期危害。尽管PG富含钙硫资源，但传统处理技术始终难以突破两大瓶颈：一是原料特性复杂，细微颗粒(<0.1mm)在高温下易粘结失流；二是目标产物获取困难，强还原条件虽能分解PG却主要生成低价值CaS。这些技术壁垒导致包括美国爱荷华州大学、德国鲁奇公司等早期开发的流化床工艺均未能实现工业化应用。

江苏大学能源与动力工程学院的研究团队创新性地构建了小型鼓泡流化床实验系统，通过"焙烧预处理-气氛精准调控"双阶段策略攻克上述难题。研究发现825°C静态焙烧可有效消除结晶水汽化对系统热平衡的干扰，而1075°C、3%氧浓度下维持40分钟弱还原/氧化气氛，能使PG脱硫率跃升至96.47%。值得注意的是，该工艺通过实时监测SO₂释放曲线，首次发现气相组分在反应初期集中快速分离、后期仅缓慢释放SO₂的动力学特征，这为工业装置设计提供了关键参数。

研究采用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(SEM)表征材料相变规律，通过自主搭建的流化床反应系统进行多参数耦合实验。在焙烧阶段系统考察了温度(700-900°C)、时间(20-60min)和颗粒尺寸(0.27-0.55mm)的影响；热分解阶段则重点调控床温(950-1100°C)、氧浓度(1-5%)等操作参数。

【Roasting condition】部分揭示：825°C焙烧使CaSO₄·2H₂O完全转化为无水CaSO₄，此时颗粒孔隙率提升37%，为后续反应创造理想传质条件。【Conclusions】指出：脱水预处理结合弱还原气氛控制，使PG分解与脱硫率同步超过96%，但高温煅烧超过40分钟会导致固相颗粒粘连，反而不利于完全反应。

该研究的意义在于：首次阐明PG流化床热分解的"气相集中释放"现象，建立焙烧预处理与反应气氛的量化调控模型。相比传统CFB工艺，新方案能耗降低22%，且产物CaO纯度满足建材标准。论文中提出的"温度-氧浓度-时间"三维操作窗口，为昆明理工大学等团队正在推进的工业中试提供了直接理论依据。研究获得江苏省研究生科研创新计划和国家自然科学基金资助，相关成果发表于《Process Safety and Environmental Protection》期刊，为破解磷化工行业"固废围城"困境提供了创新解决方案。