[发明专利]磷石膏与霞石矿联合开发的化工冶金综合利用方法

说明书

本发明是一种磷石膏与霞石矿联合开发的化工冶金综合利用方法，经过特殊的复分解反应，将磷石膏中的硫酸根“嫁接”于霞石矿中的铝和钾上，经溶浸分离转化制得活性氧化铝和钾复肥。而磷石膏中的钙则与霞石矿中的硅酸根结合，制得用途广﹑价值高的硅酸钙。具体工艺是将磷石膏与霞石矿磨细混均焙烧，烧成物以水为浸取剂进行压浸蒸煮浸铝﹑钾，固液分离，固相经洗涤后为硅酸钙产品，溶相为浸出的硫酸钾和硫酸铝溶液。浸出液以碳酸氢铵沉铝分钾，固相为碱式碳酸铝干燥﹑焙解制得活性氧化铝产品；液相为硫酸钾和硫酸铵混合液，浓缩后以磷材料（磷矿粉﹑普钙或重钙）吸收﹑熟化﹑翻堆﹑干燥制得氮﹑磷﹑钾复肥。

技术领域

本发明属于一种处理选、冶、化渣料和难选冶共生矿的化工冶金技术，具体涉及对化学工业产生的巨额废渣磷石膏和贮量巨大至今无法有效产业化开发的巨大含钾、铝霞石矿的有效组合综合处理利用方法。

背景技术

处理利用磷石膏，是当今化学工业的难题。随着化学工业的发展，我国磷化工产生的磷石膏已成为化学工业中排放量最大的废料。以云南为首的十个省市，2010年以来，产生量4000-7000万吨/年，并在逐年增加。该废渣料的任意排堆，不仅占用大量土地，浪费了宝贵的硫资源，而且污染环境，给生态带来危害。到目前为止磷石膏还没有得到很好的利用。当前全世界磷石膏的利用率仅为4.5%左右，我国也不到10%。目前利用主要在三个方面，一是作建筑材料：水泥缓冲剂、增压砖、纸面石膏板、石膏砌块和空心条件等；因相关技术不完善，质量和成本不过关，无法实现规模化生产；二是化学工业制硫酸和硫酸铵，因成本和副产品品质、市场而无法坚持产业化；三是用作土壤提高贮水和保湿性，因运输成本而受到限制。

硫是世界上不可缺少的化学原料，广泛用于各种化学过程。硫酸产量通常被作为衡量一个国家工业发展水平的标志之一。由于我国的化肥，特别是磷肥行业的发展，加大了对硫的需求，而国内可利用的硫资源非常匮乏，硫资源对国外的依存已超过50%。而巨额废渣磷石膏中，硫酸根占了其成份的60%，堆排是害，利用却成宝。

我国是一个严重缺钾的国家，钾的自供量不到30%，但是云南贮有世界第二大，含钾世界第一大的霞石矿，贮量超过30亿吨，含钾9-11%（以K₂O），含铝24-29%（以Al₂O₃计）仅其中钾的贮量就是我国现探明钾贮量（青海、新疆、西藏）总和的3.68倍。我国四川、河南等地也有霞石矿藏，但因该矿物的硅酸铝钾复盐结构，不能用一般的冶金、物理、化学方法打开利用。自1954年至今的半个多世纪，国内外众多科研机构和相关公司进行过多方开发研究，终因技术不济、经济不过关而未成。直到2011年戴元宁获得的国家发明专利《霞石矿的全湿法化工冶金综合利用方法》（发明专利号ZL200810058218.7），才使霞石矿得于有效开发利用，现已经过半工业试验，正进行年处理5000-100,000吨的产业化建设。该工艺技术系利用活化剂存在的情况下以硫酸为浸取转化剂、碳铵为沉铝分钾转化剂，制取钾复肥、活性氧化铝和气相白炭黑（气相二氧化硅）。

将巨额化工废渣磷石膏硫酸钙中的硫酸根“嫁接”利用于霞石矿的钾、铝开发，对于提高磷石膏渣和难选冶矿霞石的经济效益和社会效益，有着明显的进步意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种将磷石膏与霞石矿有效组合综合处理利用方法，它可以将占磷石膏中~60%的硫酸根通过复分解反应“嫁接”在霞石矿的钾和铝上，形成可溶性硫酸钾和硫酸铝，再转化产出钾复肥和活性氧化铝。浸出渣为比磷石膏更有价值的硅酸钙，是制陶瓷、耐火材料、保温材料的极佳原料，也是人工植骨、植牙的极好活性材料。还可二次开发制高价值气相白炭黑（气相二氧化硅）。整个工艺无废气、废渣、废水排放。

解决本发明的技术问题所采用的方案是：将磷石膏和霞石矿分别粉碎磨细到一定粒度；按霞石矿中所含钾、铝的质量百分比，及其与所需与复分解反应磷石膏中的硫酸钙，按相应模数进行配比；混均后在一定温度下进行焙烧转化。烧成物以水为溶剂进行增温压煮，溶出硫酸钾和硫酸铝；固相渣为硅酸钙。