[发明专利]一种用于磷石膏废渣的固化剂及其固化方法

说明书

本发明提供一种用于磷石膏废渣的固化剂及其固化方法，以水泥熟料、粉煤灰、活化剂和矿粉为原料，利用其之间的协同作用，提高材料的固结性能，水泥熟料在水介质作用下，易于形成极性离子OH^‑，可以促进磷石膏溶解和解体，为矿粉提供较强的碱性环境，产生碱性激发作用，加快反应进程，矿粉能提供水化活性结合位点，通过活化剂活化反应后生成力学性能较好、化学稳定性好的固结体。本发明大量消纳了固体废弃物，实现了废渣的资源化利用，达到以废治废的效果，降低磷渣固结成本；具有固结强度高，有效地固化其中的有毒有害物质，解决磷石膏中磷、砷等污染物处理的难题，有效的降低其对环境污染，保护环境；为磷石膏资源化利用提供有效的解决方法。

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其是一种用于磷石膏废渣的固化剂及其固化方法。

背景技术

磷石膏是磷酸或磷肥工业以及某些合成洗涤剂产业排放的工业废渣，含有一定有机磷和无机磷残留成分，其主要成分为硫酸钙，使得磷石膏呈酸性。在通常情况下，湿法生产1t磷酸，产生4.5～5.5t磷石膏，其主要成分为硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)，同时还含有多种杂质石英、未分解的磷灰石、P₂O₅、氟化物、硫酸盐，此外磷石膏中还含有微量重金属元素。磷石膏中所含氟化物、P等杂质是导致磷石膏在堆放过程中造成环境污染的主要因素。

2017年全国磷石膏产生量约7000万t，磷石膏利用量约3000万t，国内已堆存的磷石膏总量超过5亿t。磷石膏的堆放不仅占用了大量的土地资源，还由于风蚀、雨蚀造成对大气、水系以及土壤的污染，并且磷石膏的堆场建设费和维护费用亦相当的昂贵。磷石膏的无害化处理及综合利用成为固体废物处理与资源化利用，是磷化工持续发展的前提。

中国磷矿资源储量占全球储量的6％，在世界上位居第二。目前，全世界磷石膏年产生量超过3亿t，整体资源综合利用率约10％；中国磷石膏年产生量约7000万t(占工业副产石膏年产量的70％)，整体资源综合利用率约40％，利用率仅次于基本全部利用的日本。现阶段，国内利用磷石膏的途径较多，主要集中在建材业、工业和农业3个方面。在建材业方面主要用于水泥缓凝剂、混凝土膨胀剂、预拌干混砂浆、矿井或路基胶结充填材料、陶瓷模具等；在工业方面主要用于制硫酸联产水泥、制备硫酸钙晶须等。

理论上，磷石膏可以作为水泥、硫、石膏的生产原料。用二水石膏制水泥和硫酸，一般需先经脱水成为无水石膏，添加粘土、砂岩、氧化铁、氧化铝等辅助剂，使水泥熟料化学组分达到水泥生产规格的范围，然后用焦炭还原分解并与辅助剂反应形成水泥熟料。辅助剂中的氧化硅、氧化铝、氧化铁能降低硫酸钙的分解温度并加速分解速度，同时进行矿化反应生成硫酸和水泥。这种方法对硫资源比较缺少的国家来说具有现实意义。我国对此进行了大量研究工作，但仍然存在许多问题。主要是生产出的水泥强度不足，至今仍没有被国家批准用于建材行业的生产，且成本高，经济效益差。

在农业方面主要用于肥田剂和土壤调理剂。面对存放如此多的磷石膏，若能大量用作路基胶结充填材料，则能大大减少磷石膏的对方量，但由于目前现有的胶结剂固结效果不理想，固结体遇水不稳定，成本比较高，限制了其广泛应用。

磷石膏经过水洗等工艺处理，可制成石膏条板和石膏砌块。但该法生产的石膏产品的生产劳动强度大，生产效率低，产品质量不稳定，石膏制品表面有时出现发霉和起霜现象。同时，磷石膏在水洗处理中排出含有P₂O₅的污水会造成二次污染。该法成本较高，经济效益不佳。