[发明专利]一种常压磷石膏预处理的反应结晶方法

说明书

技术领域

本发明属于环境工程的“三废”资源化处置技术领域，具体涉及一种常压磷石膏预处理的反应结晶方法。

背景技术

磷石膏是湿法磷酸、磷复肥产业中主要的大宗固态工业副产物，主要成分为二水硫酸钙(CaSO₄· 2H₂O)。我国工业副产石膏存量巨大，综合利用率约27%，主要采用堆存处理的方式，国内磷石膏累计堆存量已超过3亿吨，占地超过4000公顷，由此带来了日益严峻的土壤、大气和水资源污染难题。但是中国磷酸盐产业在资源利用率等方面尚存在固废污染、排放量大、综合利用率低等欠缺，如何处理好磷化工固废的综合利用、发展循环经济也成为加快建设资源节约型社会和环境友好型社会亟待解决和突破的关键科学问题。

磷石膏资源再利用已经向制备高强α-半水硫酸钙、α-半水硫酸钙晶须，β-半水石膏等高价值新型材料领域迅猛发展。但磷石膏中杂质种类多、成分复杂、含量高等特性限制了磷石膏的直接资源化利用,例如：可溶磷的存在显著延长半水石膏的凝结时间, 大幅降低强度,严重影响石膏制品的质量；可溶氟含量增大会缩短石膏的终凝时间,使石膏产生促凝；此外可溶性 P₂O₅对硫酸钙晶须的生成有明显的抑制作用，可溶性F-对硫酸钙晶须有粗化作用，F-的含量越高，硫酸钙晶须直径越大。因此,除去磷石膏中可溶性P₂O₅ 和F^-是磷石膏资源化再利用的首要任务，同时具有从根源解决磷石膏污染生态的重大环保意义。

目前,磷石膏除杂的主要方法是物理法（水洗）、化学法（石灰中和）、热处理法(煅烧)。水洗工艺是让磷石膏经水洗搅拌，静置之后过滤以去除部分可溶杂质；但由于磷石膏在水中溶解度很小（25ºC约0.215g/100mL），水洗时仍有大量可溶性杂质包藏于磷石膏晶格间隙内无法与水接触而溶于水中，导致杂质去除率较低；此外，水洗法也容易产生大量污水造成二次污染。石灰中和工艺只是把磷石膏中可溶磷、氟转变成难溶物，并没有真正降低磷石膏中磷、氟含量。热处理法是处理有机物和共晶磷的有效途径，但加热能耗成本较大，且生成物为无水石膏，活性很小，应用上受到了很大限制。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种常压磷石膏预处理的反应结晶方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：

步骤一：在100～600rpm的转速条件下，配制pH=1~7的盐酸水溶液，搅拌10～30min后用45μm的纳滤膜过滤，制得反应结晶溶液；

步骤二：在常压、40～110℃和100～600rpm的转速条件下，把步骤一中制备的反应结晶溶液在结晶器中保温搅拌30min；再加入磷石膏颗粒，反应结晶1～4h，制得磷石膏悬浮浆液；

步骤三：将步骤二所得磷石膏悬浮浆液过滤，洗涤；并在40～60℃条件下减压干燥8～12小时，得到清洁磷石膏。

所述的结晶器为常压间歇夹套反应釜。

所述的磷石膏颗粒是经研磨、筛分之后的磷石膏，其粒度为80～140目，并经鼓风烘箱在40～60℃条件下干燥至恒重。

所述的磷石膏颗粒加入量是反应结晶溶液量的0.25~1倍。

所述的清洁磷石膏达到了GB/T23456-2009中作为石膏建材的使用标准，并且清洁石膏中残余的可溶性五氧化二磷和氟离子杂质的质量含量分别低于0.08%和0.005%。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

(1) 本发明所涉及的常压磷石膏预处理的反应结晶方法，悬浮于反应结晶液中的磷石膏颗粒通过反应结晶的溶解-重结晶过程，使磷石膏晶体表面附着的以及晶格中包覆的可溶性杂质溶出，杂质的溶出速率及其效率可通过改变反应结晶体系的pH和反应时间来实现，且产生的二次污水量很少。而传统的水洗工艺，需要大量的水清洗石膏才能达到GB/T23456-2009的作为石膏建材的使用标准，并且产生大量的二次污水给磷石膏的资源综合再利用带来了很大的阻碍，也给环境带来了额外的负担。