磷石膏净化煅烧制备建筑石膏的方法

摘要

本发明公开了一种磷石膏净化煅烧制备建筑石膏的方法，将磷石膏置于氨水中进行浸出，固液分离，将滤渣进行水洗，所得水洗渣进行蒸氨干燥，干燥料先进行煅烧，再进行相变脱水，即得建筑石膏。本发明通过采用氨水对磷石膏进行浸出处理，既中和了磷石膏的酸性，还可溶解磷石膏中的铝，降低金属杂质含量，氨浸还可以抑制钙离子的溶解，减少石膏中主要元素的损失，抑制磷酸钙与氟化钙的生成，进一步加大磷石膏中可溶性物质的去除。

权利要求

1.一种磷石膏净化煅烧制备建筑石膏的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将磷石膏置于氨水中进行浸出，固液分离得到滤液和滤渣；

S2：将所述滤渣进行水洗，所得水洗渣进行蒸氨干燥，得到干燥料；

S3：所述干燥料先在450‑800℃下进行煅烧，再于150‑190℃下进行相变脱水，即得所述建筑石膏。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述磷石膏与所述氨水的固液比为30‑50g/L，所述氨水的浓度为8‑15mol/L。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述滤液进行脱氨处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述水洗后产生的液体作为洗涤水循环使用；当洗涤水中氮含量≥8g/L，洗涤水进行脱氨处理。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述蒸氨干燥采用气流干燥法，控制进气温度为400‑450℃，出气温度为150‑180℃，进气速度为15‑20m/s，停留时间为5‑

10s。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述煅烧的过程为：鼓入热风，控制进气温度为450‑800℃，出气温度为400‑650℃，进气速度为15‑20m/s，停留时间为2‑

5s。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述相变脱水的过程为：鼓入热风，控制进气温度为150‑190℃，出气温度为150‑180℃，进气速度为15‑20m/s，停留时间为

10‑20min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，经所述相变脱水出来的气体与所述煅烧出来的气体混合后作为步骤S2所述蒸氨干燥的热源。

9.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述脱氨处理采用脱氨塔进行，步骤S3经所述相变脱水出来的气体和/或步骤S2蒸氨干燥出来的含氨气体进入脱氨塔用于脱氨处理。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述脱氨塔产生的气体经冷凝制备成新的氨水，未冷凝的不凝气直接排放，当脱氨塔内溶液的氮含量低于10mg/L时，溶液送至废水处理系统。

说明书

磷石膏净化煅烧制备建筑石膏的方法

技术领域

[0001] 本发明属于磷化工中磷石膏处理技术领域，具体涉及一种磷石膏净化煅烧制备建筑石膏的方法。

背景技术

[0002] 磷石膏是磷化工企业采用湿法工艺生产磷酸排出的固体废渣，主要成分为二水硫酸钙，此外还含有未分解完的磷矿、有机质、二氧化硅、氟化物、磷酸根、硫酸、少量的金属(钾、钠、铁、铝)和重金属等杂质。通常情况下，采用湿法工艺生产1t磷酸会产生4.5‑5.5t磷石膏。目前全世界磷石膏每年的排放量达2亿多吨，但磷石膏的利用率未超过10％，磷石膏的处理、处置及综合利用已成为一个世界性的难题。迄今为止，绝大部分的磷石膏以建库堆存的方式进行处置，不但占用大量土地，同时由于磷石膏中的有害物质的渗漏转移更给周围环境带来了严重环境问题。磷石膏中含有丰富的钙、硫，又是宝贵的资源，改性后的磷石膏可用来替代日益紧张的天然石膏资源。因此，从环境保护和资源利用的角度，磷石膏废渣的处理与利用已迫在眉睫。

[0003] 磷石膏中所含杂质分为可溶性和不溶性两种，其中，可溶性的P2O5使磷石膏呈酸性，并使干燥后的石膏表面发生粉化、泛霜；可溶性氟以氟离子、氟硅酸根离子形式存在，并缓慢与石膏反应，释放氢离子；可溶性的钠钾离子对石膏制品的影响主要是使其发生粉化和泛霜。残留的不溶性有机物会附在石膏表面延缓石膏凝结，影响制品颜色。

[0004] 目前，针对磷石膏的净化除杂方式主要有水洗法、中和法、浮选法、酸浸取法或上述方法的组合。

[0005] 水洗法用来去除磷石膏中的水溶性杂质，如游离的硫酸、磷酸、水溶性的硫酸盐、磷酸盐和氟盐等。这种处理工艺比较简单，但只能除去可溶性杂质，除杂不充分，且耗水量大，产生的废水易带来二次污染。中和法虽然降低了磷石膏的酸性，但是其中的金属杂质铁铝仍然会带来不利影响。浮选法仅能筛除大粒径的二氧化硅。酸浸取法则需消耗大量的酸，进一步增加了磷石膏的酸性，导致钙离子的溶解。

[0006] 因此，亟需一种能够将磷石膏净化处理并实现综合利用的方法。

发明内容

[0007] 本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种磷石膏净化煅烧制备建筑石膏的方法，通过净化并煅烧石膏，去除磷石膏中的有害物质，提高磷石膏的可利用性。

[0008] 根据本发明的一个方面，提出了一种磷石膏净化煅烧制备建筑石膏的方法，包括以下步骤：

[0009] S1：将磷石膏置于氨水中进行浸出，固液分离得到滤液和滤渣；

[0010] S2：将所述滤渣进行水洗，所得水洗渣进行蒸氨干燥，得到干燥料；

[0011] S3：所述干燥料先在450‑800℃下进行煅烧，再于150‑190℃下进行相变脱水，即得所述建筑石膏。

[0012] 在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述磷石膏与所述氨水的固液比为30‑50g/L，所述氨水的浓度为8‑15mol/L。

[0013] 在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述滤液进行脱氨处理。进一步地，所述滤液脱氨至氮含量低于10mg/L。

[0014] 在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，控制所述浸出过程的搅拌转速为150‑300r/min。进一步地，浸出的时间为2‑4h。

[0015] 在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述水洗后产生的液体作为洗涤水循环使用；当洗涤水中氮含量富集到一定值，洗涤水进行脱氨处理。进一步地，当洗涤水中氮含量≥8g/L时，洗涤水进行脱氨处理。

[0016] 在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述水洗时，滤渣与水的质量比为1：(1‑2)。

[0017] 在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述蒸氨干燥采用气流干燥法，控制进气温度为400‑450℃，出气温度为150‑180℃，进气速度为15‑20m/s，停留时间为5‑10s。

[0018] 在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述煅烧的过程为：鼓入热风，控制进气温度为450‑800℃，出气温度为400‑650℃，进气速度为15‑20m/s，停留时间为2‑5s。

[0019] 在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述相变脱水的过程为：鼓入热风，控制进气温度为150‑190℃，出气温度为150‑180℃，进气速度为15‑20m/s，停留时间为10‑20min。

[0020] 在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，经所述相变脱水出来的气体与所述煅烧出来的气体混合后作为步骤S2所述蒸氨干燥的热源。

[0021] 在本发明的一些实施方式中，所述脱氨处理采用脱氨塔进行，步骤S3经所述相变脱水出来的气体和/或步骤S2蒸氨干燥出来的含氨气体进入脱氨塔用于脱氨处理。

[0022] 在本发明的一些实施方式中，所述脱氨塔产生的气体经冷凝制备成新的氨水，未冷凝的不凝气直接排放，当脱氨塔内溶液的氮含量低于10mg/L时，溶液送至废水处理系统。

[0023] 根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：

[0024] 1、本发明通过采用氨水对磷石膏进行浸出处理，一方面，中和了磷石膏的酸性，另一方面，较浓的氨水可溶解磷石膏中的铝，降低磷石膏中的金属杂质含量；氨浸后的磷石膏通过进一步水洗，带走残留的大部分氨水及其他可溶性盐，实现了磷石膏的初步净化；再依次通过蒸氨、煅烧、相变，制得半水石膏。优选的，本发明的工艺可充分利用各个工序产生的余热，将煅烧和相变过程中的余热引入蒸氨系统和脱氨系统，减少热量消耗，余热回用可制备得到新的氨水溶液，实现资源化利用。

[0025] 2、采用浓氨水对磷石膏进行氨浸，部分反应如下：

[0026] 6NH3·H2O+P2O5→2(NH4)3PO4+3H2O；

[0027] 3NH3·H2O+H3PO4→(NH4)3PO4+3H2O；

[0028] NH3·H2O+HF→NH4F+H2O；

[0029] SiF62‑+4NH3·H2O→6F‑+4NH4++SiO2+H2O；

[0030] 4NH3·H2O+Al3+→4NH4++[Al(OH)4]‑。

[0031] 浓氨水不但能够中和磷石膏的酸性，溶解其中的铝金属杂质，且在氨水体系中99％的氨以NH3的形式存在，NH3中N的极性强，使得H几乎以质子态的形式存在，提供了形成氢键的多个位点。在CaSO4·2H2O表面与相邻Ca‑O双层中的O原子形成N—H···O氢键，增大了相邻Ca‑O双层间的稳定性，同时新氢键使得NH3附着在CaSO4·2H2O晶体的表面，增大了层间溶解时的势垒，抑制了钙离子的溶解。因此氨浸可减少石膏中主要元素的损失，抑制了磷酸钙与氟化钙的生成，可进一步加大磷石膏中可溶性物质的去除。

附图说明

[0032] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

[0033] 图1为本发明实施例1的工艺流程图。

具体实施方式

[0034] 以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

[0035] 实施例1

[0036] 一种磷石膏净化煅烧制备建筑石膏的方法，参照图1，具体过程为：

[0037] 步骤1，按照固液比50g/L将磷石膏置于浓度为15mol/L的氨水中，搅拌转速300r/min，浸出时间2h；

[0038] 步骤2，固液分离，得到滤液和滤饼，滤液进入脱氨塔进行脱氨处理，滤饼进入水洗工序；

[0039] 步骤3，按照质量比磷石膏：水＝1:2的比例，采用一次水对滤饼进行清洗；

[0040] 步骤4，固液分离，得到的水洗渣进入蒸氨系统，产生的液体可作为洗涤水循环使用，当洗涤水中氮含量达到8g/L时，洗涤水与滤液送至脱氨塔处理；

[0041] 步骤5，将步骤4得到的水洗渣置于脉冲气流式干燥机中进行蒸氨并干燥，控制进气温度为450℃，出气温度为180℃，进气速度为20m/s，停留时间为5s；

[0042] 步骤6，将蒸氨并干燥后的物料置于煅烧炉内煅烧，鼓入高温热风，控制进气温度为800℃，出气温度为600℃，进气速度为15m/s，停留时间为2s；

[0043] 步骤7，将煅烧后的物料置于流化床内进行相变脱水，鼓入中温热风，控制进气温度为190℃，出气温度为180℃，进气速度为15m/s，停留时间为10s；

[0044] 步骤8，相变反应结束后，冷却至室温，即得半水石膏；

[0045] 步骤9，相变系统出来的气体一部分与煅烧系统出来的气体混合后进入步骤5蒸氨系统，作为蒸氨系统的热源，另一部分气体与蒸氨系统出来的含氨气体混合后进入脱氨塔，并对滤液进行脱氨处理；

[0046] 步骤10，随着脱氨塔内热交换反应的进行，滤液中的氨气与水不断蒸发，产生固体废渣送至固废处理厂，产生的气体经冷凝器冷凝制备成新的氨水，未冷凝的不凝气直接排放，当塔内滤液氮含量低于10mg/L时，滤液送至废水处理系统。

[0047] 实施例2

[0048] 一种磷石膏净化煅烧制备建筑石膏的方法，具体过程为：

[0049] 步骤1，按照固液比40g/L将磷石膏置于浓度为12mol/L的氨水中，搅拌转速200r/min，浸出时间3h；

[0050] 步骤2，固液分离，得到滤液和滤饼，滤液进入脱氨塔进行脱氨处理，滤饼进入水洗工序；

[0051] 步骤3，按照质量比磷石膏：水＝1:1.5的比例，采用一次水对滤饼进行清洗；

[0052] 步骤4，固液分离，得到的水洗渣进入蒸氨系统，产生的液体可作为洗涤水循环使用，当洗涤水中氮含量达到8g/L时，洗涤水与滤液送至脱氨塔处理；

[0053] 步骤5，将步骤4得到的水洗渣置于脉冲气流式干燥机中进行蒸氨并干燥，控制进气温度为430℃，出气温度为165℃，进气速度为17m/s，停留时间为7s；

[0054] 步骤6，将蒸氨并干燥后的物料置于煅烧炉内煅烧，鼓入高温热风，控制进气温度为600℃，出气温度为500℃，进气速度为16m/s，停留时间为3s；

[0055] 步骤7，将煅烧后的物料置于流化床内进行相变脱水，鼓入中温热风，控制进气温度为170℃，出气温度为160℃，进气速度为18m/s，停留时间为15s；

[0056] 步骤8，相变反应结束后，冷却至室温，即得半水石膏；

[0057] 步骤9，相变系统出来的气体一部分与煅烧系统出来的气体混合后进入步骤5蒸氨系统，作为蒸氨系统的热源，另一部分气体与蒸氨系统出来的含氨气体混合后进入脱氨塔，并对滤液进行脱氨处理；

[0058] 步骤10，随着脱氨塔内热交换反应的进行，滤液中的氨气与水不断蒸发，产生固体废渣送至固废处理厂，产生的气体经冷凝器冷凝制备成新的氨水，未冷凝的不凝气直接排放，当塔内滤液氮含量低于10mg/L时，滤液送至废水处理系统。

[0059] 实施例3

[0060] 一种磷石膏净化煅烧制备建筑石膏的方法，具体过程为：

[0061] 步骤1，按照固液比30g/L将磷石膏置于浓度为8mol/L的氨水中，搅拌转速150r/min，浸出时间4h；

[0062] 步骤2，固液分离，得到滤液和滤饼，滤液进入脱氨塔进行脱氨处理，滤饼进入水洗工序；

[0063] 步骤3，按照质量比磷石膏：水＝1:1的比例，采用一次水对滤饼进行清洗；

[0064] 步骤4，固液分离，得到的水洗渣进入蒸氨系统，产生的液体可作为洗涤水循环使用，当洗涤水中氮含量达到8g/L时，洗涤水与滤液送至脱氨塔处理；

[0065] 步骤5，将步骤4得到的水洗渣置于脉冲气流式干燥机中进行蒸氨并干燥，控制进气温度为400℃，出气温度为150℃，进气速度为15m/s，停留时间为10s；

[0066] 步骤6，将蒸氨并干燥后的物料置于煅烧炉内煅烧，鼓入高温热风，控制进气温度为450℃，出气温度为400℃，进气速度为15m/s，停留时间为5s；

[0067] 步骤7，将煅烧后的物料置于流化床内进行相变脱水，鼓入中温热风，控制进气温度为155℃，出气温度为150℃，进气速度为15m/s，停留时间为20s；

[0068] 步骤8，相变反应结束后，冷却至室温，即得半水石膏；

[0069] 步骤9，相变系统出来的气体一部分与煅烧系统出来的气体混合后进入步骤5蒸氨系统，作为蒸氨系统的热源，另一部分气体与蒸氨系统出来的含氨气体混合后进入脱氨塔，并对滤液进行脱氨处理；

[0070] 步骤10，随着脱氨塔内热交换反应的进行，滤液中的氨气与水不断蒸发，产生固体废渣送至固废处理厂，产生的气体经冷凝器冷凝制备成新的氨水，未冷凝的不凝气直接排放，当塔内滤液氮含量低于10mg/L时，滤液送至废水处理系统。

[0071] 对比例

[0072] 一种磷石膏净化煅烧制备建筑石膏的方法，本方法未进行氨浸，具体过程为：

[0073] 步骤1，按照固液比30g/L将磷石膏置于一次水中，搅拌转速300r/min，浸出时间4h；

[0074] 步骤2，固液分离，得到滤液和滤饼；

[0075] 步骤3，按照质量比磷石膏：水＝1:2的比例，采用一次水对滤饼再次进行清洗；

[0076] 步骤4，固液分离，得到的水洗渣置于脉冲气流式干燥机中进行干燥，控制进气温度为450℃，出气温度为180℃，进气速度为20m/s，停留时间为10s；

[0077] 步骤6，将干燥后的物料置于煅烧炉内煅烧，鼓入高温热风，控制进气温度为800℃，出气温度为650℃，进气速度为20m/s，停留时间为5s；

[0078] 步骤7，将煅烧后的物料置于流化床内进行相变脱水，鼓入中温热风，控制进气温度为190℃，出气温度为180℃，进气速度为20m/s，停留时间为20s；

[0079] 步骤8，相变反应结束后，冷却至室温，即得半水石膏。

[0080] 按照《GB/T 5484‑2012石膏化学分析方法》和《JC/T 2073磷石膏中磷、氟的测定方法》《GB/T 36141建筑石膏相组成分析方法》对磷石膏原料及实施例和对比例得到的半水石膏进行检测，结果如表1所示。

[0081]

[0082]

[0083] 表1

[0084] 由表1可见，实施例各杂质含量很低，收率很高，对比例未经氨浸处理，收率稍低，杂质含量较实施例多，这是由于对比例只采用水洗，除杂不充分，且水洗过程会造成少量钙的溶出，导致收率有所降低，而实施例的氨浸过程不仅有助于杂质的浸出，还能抑制CaSO4·2H2O的溶解。

[0085] 上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。