CN108910837A - 一种提铝联产缓控释肥的工艺 - Google Patents

一种提铝联产缓控释肥的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提铝联产缓控释肥的工艺，包括如下步骤：将磷石膏、赤泥、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，窑内焙烧，制得熟料；将制得的熟料进行溶出，并进行固液分离；分离得到的溶液提取得氧化铝；分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；分离出的硫化物加工制取浓硫酸；浓硫酸与尿素、乙醛生成脲乙醛混合液；将尿素、磷酸一铵和氯化钾混合均匀后加入造粒机，再将制备得到的脲乙醛混合液、氨加入造粒机中进行氨酸反应后，造粒机造粒形成物料；将造粒形成的物料进行烘干，再经筛分制得缓控释肥。本发明具有提铝和制备缓控释肥成本低，废渣利用率高，铝回收率高，纯度高，缓控释肥品质高的特点。

Description

一种提铝联产缓控释肥的工艺
技术领域
本发明涉及一种提铝联产缓控释肥的工艺，属于冶金化工领域。
背景技术
磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣,其主要成分为硫酸钙（CaSO4），其含量一般可达到70-90%左右。此外，磷石膏还含有多种杂质：未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等。我国每年排放磷石膏约2000万吨，累计排量近亿吨。磷石膏在建材方面的利用率不到5%，大量磷石膏渣场占用土地，严重污染环境。
赤泥是用铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物。因其富含铁，呈赤红色泥浆状而得名。每生产1吨氧化铝，大约产生赤泥1.0-2.0吨。我国赤泥的年产生量约为1.0亿吨，累计堆存量约为5亿吨。
缓控释肥通常是采用脲乙氨酸法进行生产得到，缓控释肥能够有效地控制肥料中氮磷钾的释放，满足作物不同生长期的养分需求，提高了养分的利用率，实现节本增收，而且脲乙氨酸法还有节约能源，减少环境污染，降低生产成本的优点。但是在现目前采用脲乙氨酸法生产的缓控释肥，需要消耗大量的浓硫酸，而该浓硫酸大多是通过硫矿石煅烧制备得到，且浓硫酸的生产工艺复杂，导致浓硫酸成本高，大大增加了缓控释肥的生产成本。
现目前，针对磷石膏和赤泥的综合利用的技术很少，基本上集中在建材和铺路等传统领域，这造成了磷石膏和赤泥中大量高价值成分的浪费，附加值非常低。虽然现目前的一些利用赤泥回收铝的工艺已经成熟，但是，在这些工艺中均需要添加相当量的反应物质进行反应，这大大增加了回收成本。而将磷石膏和赤泥综合利用来提取回收铝，同时联产缓控释肥的工艺，未见报道。
发明目的
本发明的目的在于，提供一种提铝联产缓控释肥的工艺。本发明具有提铝和制备缓控释肥成本低，废渣利用率高，铝回收率高，纯度高，缓控释肥品质高的特点。
本发明的技术方案
一种提铝联产缓控释肥的工艺，包括如下步骤：
A、将磷石膏、赤泥、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；
B、将步骤A制得的熟料进行溶出，并进行固液分离；
C、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并灼烧，得氧化铝；
D、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
E、将步骤D分离出的硫化物置于30-50%的富氧环境下，在800-1200℃下焙烧3-5小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，稀释得浓硫酸；
F、将步骤E制备得到的浓硫酸与尿素、乙醛按重量比1∶18-23∶28-32的比例分别输送到充满氮气的反应器中混合搅拌，并加热到90-100℃，反应100-120分钟，既得脲乙醛混合液，反应过程中产生的乙醛气体经冷却器冷却到25-30℃返回到反应器循环使用；
G、将尿素、磷酸一铵和氯化钾混合均匀后加入造粒机，再将步骤F制备得到的脲乙醛混合液、氨加入造粒机中进行氨酸反应后，造粒机造粒形成物料；利用氨酸反应放热提供的热量，使造粒机内的温度为60-75℃；
H、将步骤G造粒形成的物料送入滚筒机中进行烘干，再经筛分制得缓控释肥。
前述的提铝联产缓控释肥的工艺中，步骤A中，所述的赤泥为拜耳法生产氧化铝产生的赤泥；所述添加剂为碳酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
前述的提铝联产缓控释肥的工艺中，步骤A中，所述的生料中，磷石膏和拜耳赤泥按照1:0.8-2重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的10-25%。
前述的提铝联产缓控释肥的工艺中，步骤A中，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
前述的提铝联产缓控释肥的工艺中，步骤A中，是在温度1000-1350℃下焙烧时间1-2小时。
前述的提铝联产缓控释肥的工艺中，步骤B中，所述熟料先水磨后溶出；溶出时的液固体积比为4-6:1。
前述的提铝联产缓控释肥的工艺中，步骤C中，灼烧是在温度800-1200℃下灼烧时间2-4小时。
前述的提铝联产缓控释肥的工艺中，步骤G中，按重量份计，所述物料包含脲乙醛混合液10-15份，尿素30-35份，磷酸一铵35-40份，氯化钾25-30份。
前述的提铝联产缓控释肥的工艺中，步骤G中，所述氨的加入量控制造粒机内的物料PH值为5.5-6.0。
前述的提铝联产缓控释肥的工艺中，步骤H中，所述滚筒机内的烘干温度为90-120℃。
本发明通过将磷石膏和赤泥反应、重组，使之成为有用物质。原理的总反应式为：
CaSO4（磷石膏）+ Na2O·SiO2·Al2O3（赤泥）→ Na2O·Al2O3 + CaO·SiO2↓ + [硫]
从该反应式可知，用磷石膏中的CaO与赤泥中的SiO2生成原硅酸钙（ CaO·SiO2↓）后，得到可溶性极好的铝酸钠（Na2O·Al2O3）。反应式中的[硫]，是指通过生料加改性剂工艺，生成的金属硫化物，其主要成分为FeS；浸出熟料中的铝酸钠后，将得到的沉淀物浮选即可得到FeS。
有益效果
1、本发明通过利用磷石膏和赤泥作为原料，并加入添加剂和改性剂之后，在高温焙烧的工艺下得到主要含硅酸盐、铝酸盐和硫化物的熟料，而该铝酸盐的主要成分为铝酸钠，将铝酸钠水溶出后即可进行回收铝，而固体残渣浮选之后，得到硫化物，采用硫化物制备浓硫酸，通过浓硫酸与尿素、乙醛混合搅拌，反应后形成脲乙醛混合液，采用脲乙氨酸法生产的缓控释肥，由于整个工艺中主要以磷石膏和赤泥为原料，添加少量其他物质即可，因此，大大降低了回收铝和制备水泥的成本投入。同时，还大大增加了磷石膏和赤泥废渣的利用率，为缓解磷石膏和赤泥对环境的污染具有重要的贡献。
2、本发明通过的原料通过焙烧后，得到的成分分明，铝主要以铝酸钠形式存在，利用铝酸钠极易溶于水的特性，可简单快速的将其分离并用于提取氧化铝，其回收率高，且纯度高。
3、本发明制得的硫酸杂质少，成本低，制得的浓硫酸与尿素、乙醛混合搅拌，反应后形成脲乙醛混合液，采用脲乙氨酸法生产的缓控释肥品质好，且缓控释肥成本低。
为进一步证明本发明的效果，发明人做了如下实验。
1、铝回收率检测
对以下五组实施例中的磷石膏和赤泥，分别检测磷石膏和赤泥中的铝的含量，将本发明的工艺中，提取完之后检测固液分离后的残渣和加入CO2后过滤出来的溶液中的铝的含量，回收率=固液分离后的残渣和加入CO2后过滤出来的溶液中的铝的含量÷磷石膏和赤泥中的铝的含量-1，即为铝的回收率。同时，以赤泥和氧化钙混合焙烧提取氧化铝的传统工艺作为对比例。实验数据如表1所示：
2、缓控释肥品质检测
分别对以下五组实施例中得到的缓控释肥进行检测，缓控释肥各分析项目及分析方法按照国家复混肥质量标准 GB15063-2001。
从表2可以看出，本发明的缓控释肥中氮磷钾含量高、颗粒强度高，水分含量低，成球率高，缓控释肥品质高的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：一种提铝联产缓控释肥的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、拜耳赤泥、碳酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1000℃下焙烧时间2小时，制得熟料；其中，磷石膏和拜耳赤泥按照1:0.8重量比的比例混合，碳酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，无烟煤的混合比例为生料总重量的10%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为4:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并在温度800℃下灼烧时间4小时，得氧化铝；
D、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
E、将步骤D分离出硫化物置于30%的富氧环境下，在800℃下焙烧5小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用98%浓硫酸进行吸收，稀释得94%浓硫酸；
F、将步骤E制备得到的94%浓硫酸与尿素、乙醛按重量比1∶18∶28的比例分别输送到充满氮气的反应器中混合搅拌，并加热到90-100℃，反应100分钟，既得脲乙醛混合液，反应过程中产生的乙醛气体经冷却器冷却到25-30℃返回到反应器循环使用；
G、按重量份计，将尿素30份、磷酸一铵35份和氯化钾25份混合均匀后加入造粒机，再将步骤F制备得到的脲乙醛混合液10份、氨加入造粒机中进行氨酸反应后，造粒机造粒形成物料；利用氨酸反应放热提供的热量，使造粒机内的温度为60-75℃，氨的加入量控制造粒机内的物料PH值为5.5-6.0；
H、将步骤G造粒形成的物料送入滚筒机中进行烘干，滚筒机内的烘干温度为100℃，再经筛分制得缓控释肥。
实施例2：一种提铝联产缓控释肥的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、拜耳赤泥、烧碱和碳混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1200℃下焙烧时间1.5小时，制得熟料；其中，磷石膏和拜耳赤泥按照1:1.2重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的15%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为5:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并在温度1000℃下灼烧时间3小时，得氧化铝；
D、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
E、将步骤D分离出硫化物置于35%的富氧环境下，在1000℃下焙烧4小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用97%浓硫酸进行吸收，稀释得93%浓硫酸；
F、将步骤E制备得到的93%浓硫酸与尿素、乙醛按重量比1∶20∶30的比例分别输送到充满氮气的反应器中混合搅拌，并加热到90-100℃，反应110分钟，既得脲乙醛混合液，反应过程中产生的乙醛气体经冷却器冷却到25-30℃返回到反应器循环使用；
G、按重量份计，将尿素35份、磷酸一铵35份和氯化钾30份混合均匀后加入造粒机，再将步骤F制备得到的脲乙醛混合液10份、氨加入造粒机中进行氨酸反应后，造粒机造粒形成物料；利用氨酸反应放热提供的热量，使造粒机内的温度为60-75℃，氨的加入量控制造粒机内的物料PH值为5.5-6.0；
H、将步骤G造粒形成的物料送入滚筒机中进行烘干，滚筒机内的烘干温度为90℃，再经筛分制得缓控释肥。
实施例3：一种提铝联产缓控释肥的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、拜耳赤泥、碳酸钠和煤矸石混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1300℃下焙烧时间1.5小时，制得熟料；其中，磷石膏和拜耳赤泥按照1:1.5重量比的比例混合，碳酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的20%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为6:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并在温度1200℃下灼烧时间3小时，得氧化铝；
D、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
E、将步骤D分离出硫化物置于40%的富氧环境下，在1100℃下焙烧4小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用98%浓硫酸进行吸收，稀释得92%浓硫酸；
F、将步骤E制备得到的92%浓硫酸与尿素、乙醛按重量比1∶23∶28的比例分别输送到充满氮气的反应器中混合搅拌，并加热到90-100℃，反应120分钟，既得脲乙醛混合液，反应过程中产生的乙醛气体经冷却器冷却到25-30℃返回到反应器循环使用；
G、按重量份计，将尿素33份、磷酸一铵38份和氯化钾28份混合均匀后加入造粒机，再将步骤F制备得到的脲乙醛混合液13份、氨加入造粒机中进行氨酸反应后，造粒机造粒形成物料；利用氨酸反应放热提供的热量，使造粒机内的温度为60-75℃，氨的加入量控制造粒机内的物料PH值为5.5-6.0；
H、将步骤G造粒形成的物料送入滚筒机中进行烘干，滚筒机内的烘干温度为110℃，再经筛分制得缓控释肥。
实施例4：一种提铝联产缓控释肥的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、拜耳赤泥、烧碱和煤矸石混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1350℃下焙烧时间1小时，制得熟料；其中，磷石膏和拜耳赤泥按照1:1.8重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的25%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为5:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并在温度1100℃下灼烧时间4小时，得氧化铝；
D、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
E、将步骤D分离出硫化物置于45%的富氧环境下，在1200℃下焙烧4小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用97%浓硫酸进行吸收，稀释得91%浓硫酸；
F、将步骤E制备得到的91%浓硫酸与尿素、乙醛按重量比1∶23∶30的比例分别输送到充满氮气的反应器中混合搅拌，并加热到90-100℃，反应105分钟，既得脲乙醛混合液，反应过程中产生的乙醛气体经冷却器冷却到25-30℃返回到反应器循环使用；
G、按重量份计，将尿素30份、磷酸一铵35份和氯化钾30份混合均匀后加入造粒机，再将步骤F制备得到的脲乙醛混合液15份、氨加入造粒机中进行氨酸反应后，造粒机造粒形成物料；利用氨酸反应放热提供的热量，使造粒机内的温度为60-75℃，氨的加入量控制造粒机内的物料PH值为5.5-6.0；
H、将步骤G造粒形成的物料送入滚筒机中进行烘干，滚筒机内的烘干温度为120℃，再经筛分制得缓控释肥。
实施例5：一种提铝联产缓控释肥的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、拜耳赤泥、烧碱和无烟煤混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1200℃下焙烧时间2小时，制得熟料；其中，磷石膏和拜耳赤泥按照1:2重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，无烟煤的混合比例为生料总重量的20%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为5:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并在温度1200℃下灼烧时间2小时，得氧化铝；
D、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
E、将步骤D分离出硫化物置于50%的富氧环境下，在1100℃下焙烧5小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用97%浓硫酸进行吸收，稀释得94%浓硫酸；
F、将步骤E制备得到的94%浓硫酸与尿素、乙醛按重量比1∶23∶32的比例分别输送到充满氮气的反应器中混合搅拌，并加热到90-100℃，反应120分钟，既得脲乙醛混合液，反应过程中产生的乙醛气体经冷却器冷却到25-30℃返回到反应器循环使用；
G、按重量份计，将尿素35份、磷酸一铵40份和氯化钾30份混合均匀后加入造粒机，再将步骤F制备得到的脲乙醛混合液15份、氨加入造粒机中进行氨酸反应后，造粒机造粒形成物料；利用氨酸反应放热提供的热量，使造粒机内的温度为60-75℃，氨的加入量控制造粒机内的物料PH值为5.5-6.0；
H、将步骤G造粒形成的物料送入滚筒机中进行烘干，滚筒机内的烘干温度为100℃，再经筛分制得缓控释肥。

Claims (10)

1.一种提铝联产缓控释肥的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、将磷石膏、赤泥、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；
B、将步骤A制得的熟料进行溶出，并进行固液分离；
C、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并灼烧，得氧化铝；
D、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
E、将步骤D分离出的硫化物置于30-50%的富氧环境下，在800-1200℃下焙烧3-5小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，稀释得浓硫酸；
F、将步骤E制备得到的浓硫酸与尿素、乙醛按重量比1∶18-23∶28-32的比例分别输送到充满氮气的反应器中混合搅拌，并加热到90-100℃，反应100-120分钟，既得脲乙醛混合液，反应过程中产生的乙醛气体经冷却器冷却到25-30℃返回到反应器循环使用；
G、将尿素、磷酸一铵和氯化钾混合均匀后加入造粒机，再将步骤F制备得到的脲乙醛混合液、氨加入造粒机中进行氨酸反应后，造粒机造粒形成物料；利用氨酸反应放热提供的热量，使造粒机内的温度为60-75℃；
H、将步骤G造粒形成的物料送入滚筒机中进行烘干，再经筛分制得缓控释肥。
2.根据权利要求1所述的提铝联产缓控释肥的工艺，其特征在于：步骤A中，所述的赤泥为拜耳法生产氧化铝产生的赤泥；所述添加剂为碳酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
3.根据权利要求1所述的提铝联产缓控释肥的工艺，其特征在于：步骤A中，所述的生料中，磷石膏和拜耳赤泥按照1:0.8-2重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的10-25%。
4.根据权利要求1所述的提铝联产缓控释肥的工艺，其特征在于：步骤A中，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
5.根据权利要求1所述的提铝联产缓控释肥的工艺，其特征在于：步骤A中，是在温度1000-1350℃下焙烧时间1-2小时。
6.根据权利要求1所述的提铝联产缓控释肥的工艺，其特征在于：步骤B中，所述熟料先水磨后溶出；溶出时的液固体积比为4-6:1。
7.根据权利要求1所述的提铝联产缓控释肥的工艺，其特征在于：步骤C中，灼烧是在温度800-1200℃下灼烧时间2-4小时。
8.根据权利要求1所述的提铝联产缓控释肥的工艺，其特征在于：步骤G中，按重量份计，所述物料包含脲乙醛混合液10-15份，尿素30-35份，磷酸一铵35-40份，氯化钾25-30份。
9.根据权利要求1所述的提铝联产缓控释肥的工艺，其特征在于：步骤G中，所述氨的加入量控制造粒机内的物料PH值为5.5-6.0。
10.根据权利要求1所述的提铝联产缓控释肥的工艺，其特征在于：步骤H中，所述滚筒机内的烘干温度为90-120℃。
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