[发明专利]一种二步法循环分解转化利用磷石膏的工艺

说明书

技术领域

本发明属于磷石膏综合利用技术领域，具体涉及一种二步法循环分解转化利用磷石膏的工艺。

背景技术

磷肥企业生产高浓度磷肥和复合肥，一般都用硫酸分解磷矿制磷酸，再用磷酸制高浓度磷肥和复合肥。在用硫酸分解磷矿时，磷矿中的含磷矿物与硫酸反应，生成磷酸和难溶性磷石膏(CaSO₄·xH₂O)。磷矿中一些常见的杂质矿物，如方解石和白云石等，也会与硫酸反应生成磷石膏。

Ca₅(PO₄)₃F+5H₂SO₄+5xH₂O→5CaSO₄·xH₂O+3H₃PO₄+HF↑

CaCO₃+H₂SO₄+(x-1)H₂O→CaSO₄·xH₂O+CO₂↑

CaMg(CO₃)₂+2H₂SO₄+(x-2)H₂O→MgSO₄+CaSO₄·xH₂O+2CO₂↑

由以上制磷酸的主要化学反应可知，每生产1吨磷酸，至少要消耗1.7吨硫酸，同时产出3吨以上的磷石膏。长期以来磷肥企业都采用堆存的方法处理磷石膏，不仅要占用大量土地资源，有可能造成环境污染，还会给生产企业征地和建堆场带来很大的经济负担。

作为一种化学石膏，磷石膏与天然石膏不同，其所含的杂质成分会对其应用性能产生较大影响。例如，磷石膏中的酸性废水不仅具有腐蚀性，而且磷酸根离子附着于石膏表面，会降低石膏凝固速度和硬化后产品的强度；氟化物的存在，会使石膏产品易于风化，强度降低；有机物的存在，会对石膏制品的色泽和强度产生影响等。因此，磷石膏通常要经过预处理，中和其酸性，除去其中的有害杂质后，才能获得较好的应用性能。但预处理后的磷石膏与天然石膏矿相比，无论是性能还是加工成本方面，往往都难有竞争优势。

将磷石膏转化为其它化学产品，是磷石膏综合利用的有效途径。已有的工艺包括用磷石膏制硫酸联产水泥，将磷石膏转化为硫酸铵、硫酸钾和其它硫化物等。这些工艺虽然技术上比较成熟，但实际应用存在着综合利用成本较高，所得产品市场需求量不大等问题。要解决磷石膏资源化利用的现实问题，迫切需要从技术、成本和产品市场等方面寻求新的突破。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种二步法循环分解转化利用磷石膏的工艺，以解决磷石膏综合利用成本较高，转化产品市场需求量不大的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种二步法循环分解转化利用磷石膏的工艺，包括如下步骤：

(1)在磷石膏原料中加入氢氧化钠溶液和乙醇，常温搅拌条件下进行反应，反应结束后，通过沉降和过滤进行固液分离，得到硫酸钠溶液和钙渣；

(2)采用分级方法，将钙渣中的氢氧化钙与其它杂质成分分离，得到Ca(OH)₂含量≥90％的氢氧化钙产品，剩余杂质可用作制水泥的配料或建筑原料；

(3)利用三级逆流双极膜电渗析系统，将硫酸钠溶液转化为硫酸和氢氧化钠溶液；

(4)将氢氧化钠溶液循环用于分解转化磷石膏，将硫酸循环用于分解磷矿制磷酸。

上述方案中，所述磷石膏中硫酸钙的含量为70wt％～90wt％，，所述氢氧化钠的质量浓度为8～10％，所述氢氧化钠与硫酸钙的摩尔比为2～2.4：1，所述乙醇用量为磷石膏质量的0.2wt％。。

上述方案中，步骤(1)所述反应的反应时间为10～30min，所述搅拌速度为5～10m/s。

上述方案中，所述钙渣中氢氧化钙的粒径小于20μm。