[发明专利]一种分解磷石膏制备轻质硅钙砖和硫酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于磷石膏处理技术领域。具体涉及一种分解磷石膏制备轻质硅钙砖和硫酸的方法。

背景技术

磷石膏是我国磷肥产业主要的固体废弃物，其排放在很大程度上造成了环境的污染和对环境的破坏，产生了系列环保问题，已成为该行业面临的重大问题。《中国磷化工十一五发展指南》中早已明确提出，要加强自主创新及技术进步，促进磷化工业可持续发展；《磷化工“十二五”发展规划思路》也指出，“十二五”期间，我国无机磷化工产量年均增长率将保持在10%左右，行业“三废”治理率和综合利用率分别实现到95%和80%以上的目标。在《工业副产石膏综合利用指导意见》中，工业和信息化部提出到2015年底，磷石膏综合利用率由目前的20%提高到40%。故对磷石膏的有效处理更是刻不容缓。

对于磷石膏的处理问题，国内外不少研究者在磷石膏的综合利用方面做了大量研究，其中利用磷石膏富含的S资源制备硫酸被认为是当前最具前景的处理方法，不仅可以缓解我国硫资源短缺的局面，并可起到资源循环再利用效果，而对于该方法而言，还原剂和催化剂的选择是其关键。目前已报到的还原剂主要包括焦炭、还原性气体（如CH₄、CO、H₂）、硫磺等，但都存在分解能耗高、效率低、成本高的问题。也有研究者提出在原有的焦炭及还原气氛还原磷石膏的工艺上添加Fe₂O₃和Al₂O₃等作为催化剂，可一定程度降低磷石膏分解制硫酸过程的能耗，但Fe、Al等杂质的引入会使得窑炉结皮堵塞进而导致生产停滞。此外，目前采取的磷石膏生产硫酸的技术方法，对其反应尾渣主要是用于联产水泥，但水泥行业面临的产能严重过剩问题，极大的阻碍了上述技术的有效推广。

一种利用生物质还原分解磷石膏制硫酸（CN201110097225.X）的专利技术，提出采用生物质原料作为还原剂分解磷石膏制硫酸，但该方法所采生物质灰分中催化剂含量少，催化效果不明显，仍存在能耗高的问题。一种催化分解磷石膏的方法（CN201410095622.7）的专利技术，提出采用炭化稻壳作为还原剂分解磷石膏制备硫酸，但该方法并未针对制硫酸残留的尾渣进行高附加值利用，存在尾渣利用率不高的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种分解磷石膏制备轻质硅钙砖和硫酸的方法，该方法生产成本低、能耗小和硫转化率高，分解磷石膏制备硫酸的同时能高效利用其尾渣制备轻质硅钙砖；制备的轻质硅钙砖体积密度小、导热率低和耐压强度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以70~90wt%的磷石膏和10~30wt%的发酵后的稻壳为原料，外加所述原料1~4wt%的结合剂、所述原料1~2wt%的珍珠岩和所述原料10~20wt%的水，混合10~15min，制得泥料。将制得的泥料于10~40MPa条件下压制成型，自然干燥1~3h，在110℃条件下烘烤5~10h，制得预制体。

将制得的预制体在氮气气氛和800~1000℃条件下进行催化分解反应，制得轻质硅钙砖和二氧化硫气体；所制得的二氧化硫经氧化和吸收即得硫酸。

所述发酵后的稻壳是指：先将稻壳粉碎，在30~80℃条件下发酵24~48h，即得到发酵后的稻壳。

所述结合剂为硅酸钠、磷酸二氢铝、糊精、羧甲基纤维素钠中的一种。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：

（1）由于本发明采用的还原剂为农业废弃物稻壳，来源广泛和成本低廉，故本发明生产成本低。

（2）由于本发明采用的还原剂稻壳含有丰富量的纤维素和二氧化硅，经还原气氛燃烧时，稻壳中的有机成分（如纤维素、木质素）可裂解出CO等还原性气体，不仅能增大催化分解磷石膏的孔隙率，提高比表面积，而且为体系提供还原气氛，促进催化分解反应的进行，可降低反应温度、减少能耗；其次，稻壳热解后原位生成孔结构更为发达、比表面积更大的炭化稻壳，其成分主要为多孔二氧化硅和多孔活性炭，多孔活性炭可作为催化分解磷石膏的还原剂，而多孔二氧化硅可作为催化分解磷石膏的有效催化剂，实现还原催化一体化，能进一步降低磷石膏分解温度、减少能耗。此外，二氧化硅作为分解磷石膏的催化剂，还可有效降低二氧化硫生成温度，提高硫转化率，硫的转化率为75~85wt%。故本发明能耗小和硫转化率高。