CN103708750A

CN103708750A - 一种磷石膏的预处理工艺

Info

Publication number: CN103708750A
Application number: CN201310733822.6A
Authority: CN
Inventors: 陈红闯; 杨祥; 张雪; 范晓雅; 徐晓晴; 肖文丁; 杨眉; 刘晓刚
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN103708750B

Abstract

本发明公开了一种磷石膏的预处理工艺，该工艺首先用将磷石膏分散于水中，静置分层，去除漂浮在上层的有机杂质，然后加入氧化钙，去除可溶性的P₂O₅和氟化物，再将磷石膏与水的混合液加入矿物分选柱柱中，控制矿物分选柱内矿床高度，通过调节补给水流量，调节空压机排进***的空气压力、空气流量、空气加压时间和空气泄压时间，控制矿物分选柱内的脉冲体系在脉冲水进水管内水位波动的幅度，脉冲体系上下波动的频率，矿物分选柱上排口的排量，使磷石膏和水的混合液中的重组分和轻组分得到有效的分离，从而达到去除杂质的目的。该工艺经济环保，能有效去除或减少磷石膏中的杂质，提高磷石膏的品质，而且处理量大，适合工业化生产。

Description

一种磷石膏的预处理工艺

技术领域

本发明涉及一种磷石膏的预处理工艺，属于再生资源与环境技术领域。

背景技术

磷石膏是用硫酸与磷矿作用湿法生产磷酸时所排出的固体废弃物，主要成分是二水硫酸钙（CaSO₄·2H₂O），但是还含有未分解的磷矿、SiO₂、氧化铝、氧化铁、氧化镁、含氟物质、酸性不溶性有机物等多种危害人体健康及生物增长，而且影响磷石膏制品品质的杂质。其中，可溶性P₂O₅在建筑石膏水化时转化为Ca₃(PO₄)₂沉淀，覆盖在半水石膏晶体表面，降低二水石膏析晶过饱和度，使二水石膏晶体粗化，表现为建筑石膏的凝结时间显著延长，强度大幅度降低；可溶性氟使石膏的凝结时间缩短，随F-掺量的增加促凝作用增强；有机物使石膏的需水量增加，凝结硬化减慢，消弱二水石膏晶体间的结合，使硬化结构疏松，强度降低。晶型的转变及接触点的减少是造成磷石膏硬化体强度降低的原因，可溶性杂质是最严重的影响因素。磷石膏不同于天然石膏，尽管其CaSO₄·2H₂O的含量较高，但含有0.3%～2.0%的P₂O₅，0.1%～1.5%的F，湿基磷石膏呈酸性，有的磷石膏还具有较高的放射性。因此，磷石膏的任意排放，不但占用大量土地，造成严重的环境污染，而且影响人们身体健康。如果将磷石膏直接进行应用，势必会对磷石膏制品的品质造成很大的影响，因此，对磷石膏进行预处理，去除或减少其中的杂质，提高磷石膏中二水石膏的含量是综合利用磷石膏的必要步骤。

目前国内外对磷石膏进行预处理有化学、物理、物理化学以及热处理方法。在化学处理法中,采用石灰中和、酸溶等方法可以消除可溶磷、氟的影响，但只能适用于磷石膏中有机物与SiO₂等硬质杂质含量不高且品质较稳定的情况。浮选处理能有效去除有机物，从而消除有机物的有害作用，但是浮选处理的设备、药剂等价格昂贵，不宜对磷石膏进行预处理。在物理处理方法中,不用加入化学剂，但其工艺存在一次性投资大、能耗高、污染严重和工艺复杂等问题。在物理除杂中，水洗是最有效的方式，能去除可溶性杂质和有机物，Cerphos纯化工艺主要处理径粒在20μm左右的杂质，湿筛旋流方法去除效果也较好，可以去除大颗粒的石英和未反应的杂质，适度的球磨可从根本上改善硬化体孔隙率高、结构疏松的缺陷。筛分工艺可以改变磷石膏中杂质分布不均，其处理效果取决于杂质随颗粒的分布情况。闪烧法是目前出现的一种新的热处理工艺，是消除共晶磷影响唯一有效的途径，且其二次污染小,设备生产能耗低，但目前的处理量较小。煅烧处理法在温度低时很难除去共晶磷，并且处理能耗大。微波加热处理磷石膏也是一种新的除杂方法，它不存在二次污染,且比传统加热方式快且节能,能很快除去有机物,但目前研究工艺还不够成熟。

因此，提供一种经济环保、高效去除或减少杂质以及处理量大的磷石膏预处理方法成为磷石膏预处理行业的迫切需要。

发明内容

本发明提供了一种磷石膏的预处理工艺，该工艺经济环保，能有效去除或减少磷石膏中的杂质，提高磷石膏的品质，而且处理量大，适合工业化生产。

为实现上述目的，本发明所采取的的技术方案为：

一种磷石膏的预处理工艺，包括如下步骤：

1)按磷石膏质量为磷石膏与水两者总质量15%～30%的比例，将磷石膏分散于水中，搅拌均匀后静置分层，去除漂浮在上层的有机杂质，然后加入质量为磷石膏质量0.5%～2.0%的氧化钙，充分搅拌均匀后用30～60目的筛进行过筛隔粗，去除大颗粒的硬质杂质；

2)将步骤1）中过筛隔粗后的磷石膏与水的混合液加入锥形搅拌桶中搅拌，搅拌均匀后从矿物分选柱的中部持续进样并进行分选、分离，矿物分选柱的底部持续补充补给水，同时底部通过空压机排进***通入空气，矿物分选柱的上部与大气连通，控制矿物分选柱内矿床高度为80cmH₂O～120cmH₂O,调节补给水流量，调节空压机排进***的空气压力、空气流量、空气加压时间和空气泄压时间，使矿物分选柱内的脉冲体系在脉冲水进水管内水位波动的幅度为5cm～25cm，脉冲体系上下波动的频率为15～60次/分钟，矿物分选柱上排口的排量为0.3L/min～1.0L/min，磷石膏和水的混合液中的重组分从矿物分选柱的下排口排出，排物是大颗粒的硬质固体杂质，磷石膏和水的混合液中的轻组分从上排口排出，排物是经分选、分离除杂后的磷石膏和水的混合液，再将除杂后的磷石膏和水的混合液抽滤，所得滤饼烘干。

对上述技术方案进一步的改进，所述锥形搅拌桶为能够横向搅拌、纵向循环并且能够精确控制其搅拌速度的搅拌装置；搅拌均匀后从矿物分选柱的中部持续进样并进行分选、分离，矿物分选柱的底部持续补充补给水，使矿物分选柱内磷石膏与水的质量比为0.15:1～0.43:1；除杂后的磷石膏和水的混合液抽滤后，将滤液作为补给水循环使用。

由上述技术方案可知：该工艺首先用将磷石膏分散于水中，静置分层，去除漂浮在上层的有机杂质，然后加入氧化钙，去除可溶性的P₂O₅和氟化物，再将磷石膏与水的混合液加入矿物分选柱柱中，控制矿物分选柱内矿床高度，通过调节补给水流量，调节空压机排进***的空气压力、空气流量、空气加压时间和空气泄压时间，控制矿物分选柱内的脉冲体系在脉冲水进水管内水位波动的幅度，脉冲体系上下波动的频率，矿物分选柱上排口的排量，使磷石膏和水的混合液中的重组分和轻组分得到有效的分离，从而达到去除杂质的目的。矿物分选柱是一个充填满的容器，具有一个稳定的状态同时具有脉动的上升水流，它利用给料中的细微颗粒产生密度梯度，以特有的充填方式在容器中产生复杂的密度梯度并得以稳定。给料在矿物分选柱的中部给入，矿浆进入柱内后，在脉冲水流的作用下沿密度梯度分离，低密度颗粒迁移到矿物分选柱的顶部随溢流流走，高密度颗粒迁移到矿物分选柱底部成为底流流走。柱体内设有螺旋上升的金属挡片，液体在脉冲作用下上升，其中的固体颗粒与金属挡片不断碰撞，多次分离，使矿浆中不同密度的颗粒最大程度上分离。在矿物分选柱的中部持续进样，底部持续补充补给水来控制磷石膏与水的比例，可连续不断地处理待处理的磷石膏，而且除杂后的磷石膏与水的混合液经抽滤后所得的滤液作为补给水循环利用，避免了二次污染和资源浪费。因此，该工艺处理磷石膏的量大，还可以避免二次污染和水资源的浪费。而且经检测，采用该工艺处理后的磷石膏中二水石膏的含量达90%以上。

本发明与现有技术相比，其有益效果和优点在于：

1）本发明提供的磷石膏预处理工艺简单易操作，工艺条件易控制，处理磷石膏的量大，适用于工业化大规模生产。

2）整个工艺流程中不排放有害固体废弃物、有毒气体和有害液体，十分环保，杜绝了二次污染，而且解决了磷石膏任意堆放带来的环境污染、占用土地等问题。

3）该工艺采用矿物分选柱对磷石膏进行分选、分离，能有效去除磷石膏中的杂质，经检测，处理后的磷石膏中二水石膏的含量高达90%以上，高于国家标准。

4）采用本发明的工艺方法预处理磷石膏，磷石膏的产率高，在矿物分选柱上排口处磷石膏的产率达85%以上。

5）本发明提供的磷石膏预处理工艺过程中的水可以循环利用，不仅杜绝了污水排放造成的二次污染，而且降低了成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行具体说明。

实施例1

称取5.0kg广西鹿寨磷石膏，分散于28.3kg符合国家生活用水卫生标准的自来水中，搅拌均匀后静置10min，去除漂浮在上层的有机杂质，然后加入75.0g分析纯的氧化钙，一般的工业氧化钙杂质较多，此处为避免引入杂质，故用分析纯的氧化钙，充分搅拌均匀后用40目的筛进行过筛隔粗，去除大颗粒的硬质杂质。

将过筛隔粗后的磷石膏与水的混合液加入到能够横向搅拌、纵向循环并且能够精确控制其搅拌速度的锥形搅拌桶中，搅拌15分钟后，从矿物分选柱的中部进样并进行分选、分离，矿物分选柱的底部持续补充补给水，使矿物分选柱内磷石膏与水的比例为1:6.5，同时底部通过空压机排进***通入空气，矿物分选柱的上部与大气连通，控制矿物分选柱的矿床高度为105cmH₂O，调节补给水的水流量、调节空压机排进***的空气压力、空气流量、空气加压时间和空气泄压时间，使矿物分选柱内的脉冲体系在脉冲水进水管内水位波动的振幅为10cm，脉冲体系上下波动的频率为45次/分钟，矿物分选柱上排口的排量为0.9L/min，从而使磷石膏和水的混合液中的重组分和轻组分得到有效的分离，矿物分选柱的下排口的排物是大颗粒的硬质固体杂质，上排口的排物是经分选、分离除杂后的磷石膏和水的混合液，再将除杂后的磷石膏和水的混合液抽滤，滤饼烘干，得到预处理后的磷石膏。除杂后的磷石膏与水的混合液抽滤后，所得滤液作为补给水循环使用。

实施例2

称取5.0kg磷石膏，分散于20.0kg水中，搅拌均匀后静置15min，去除漂浮在上层的有机杂质，然后加入100g分析纯的氧化钙，充分搅拌均匀后用60目的筛进行过筛隔粗，去除大颗粒的硬质杂质。

将过筛隔粗后的磷石膏与水的混合液加入锥形搅拌桶中，搅拌15分钟后，从矿物分选柱的中部进样并进行分选、分离，矿物分选柱的底部持续补充补给水来控制矿物分选柱内磷石膏与水的比例为1:4，同时底部通过空压机排进***通入空气，矿物分选柱的上部与大气连通，控制矿物分选柱的矿床高度为80cmH₂O，调节补给水流量，调节空压机排进***的空气压力、空气流量、空气加压时间和空气泄压时间，使矿物分选柱内的脉冲体系在脉冲水进水管内水位波动的振幅为15cm，脉冲体系上下波动的频率为20次/分钟，矿物分选柱上排口的排量为0.45L/min，从而使磷石膏和水的混合液中的重组分和轻组分得到有效的分离，矿物分选柱的下排口的排物是大颗粒的硬质固体杂质，上排口的排物是经分选、分离除杂后的磷石膏和水的混合液，再将除杂后的磷石膏和水的混合液抽滤，滤饼烘干，得到预处理后的磷石膏。除杂后的磷石膏与水的混合液经抽滤后，滤液可作为补给水循环使用。

实施例3

称取5.0kg磷石膏，分散于15.0kg符合国家生活用水卫生标准的自来水中，搅拌均匀后静置10min，去除漂浮在上层的有机杂质，然后加入50.0g分析纯的氧化钙，充分搅拌均匀后用40目的筛进行过筛隔粗，去除大颗粒的硬质杂质。

将过筛隔粗后的磷石膏与水的混合液加入能够横向搅拌、纵向循环并且能够精确控制其搅拌速度的锥形搅拌桶中，搅拌20分钟后，从矿物分选柱的中部进样并进行分选、分离，矿物分选柱的底部持续补充补给水来控制矿物分选柱内磷石膏与水的比例为1：3，同时底部通过空压机排进***通入空气，矿物分选柱的上部与大气连通，控制矿物分选柱的矿床高度为120cmH₂O，调节补给水流量，调节空压机排进***的空气压力、空气流量、空气加压时间和空气泄压时间，使矿物分选柱内的脉冲体系在脉冲水进水管内水位波动的振幅为20cm，脉冲体系上下波动的频率为60次/分钟，矿物分选柱上排口的排量为0.3L/min，从而使磷石膏和水的混合液中的重组分和轻组分得到有效的分离，矿物分选柱的下排口的排物是大颗粒的硬质固体杂质，上排口的排物是经分选、分离除杂后的磷石膏和水的混合液，再将除杂后的磷石膏和水的混合液抽滤，滤饼烘干，得到预处理后的磷石膏。除杂后的磷石膏与水的混合液经抽滤后，滤液可作为补给水循环使用。

将实施例1、实施例2以及实施例3预处理后的磷石膏进行元素分析试验，试验的结果如下表所示：

由上表可知，经过本发明提供的磷石膏预处理工艺预处理后的磷石膏中二水石膏的含量高，杂质含量低，其中二水石膏的含量≥90%，高于国家标准，可溶性P₂O₅的含量低于0.25%，远低于国家标准，可溶性氟的含量低于0.2%，远低于国家标准。

上述试验表明，采用本发明提供的磷石膏预处理工艺预处理后磷石膏中二水石膏的含量高，杂质低，其中二水石膏的含量达90%以上。

Claims

1.一种磷石膏的预处理工艺，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述磷石膏的预处理工艺，其特征在于：所述锥形搅拌桶为能够横向搅拌、纵向循环并且能够精确控制其搅拌速度的搅拌装置。

3.根据权利要求1所述磷石膏的预处理工艺，其特征在于：搅拌均匀后从矿物分选柱的中部持续进样并进行分选、分离，矿物分选柱的底部持续补充补给水，使矿物分选柱内磷石膏与水的质量比为0.15:1～0.43:1。

4.根据权利要求1所述磷石膏的预处理工艺，其特征在于：除杂后的磷石膏和水的混合液抽滤后，将滤液作为补给水循环使用。