[发明专利]一种用于去除磷石膏中杂质氟的柠檬酸加水洗的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是去除磷石膏中杂质氟的方法，属于工业固体废弃物处理与处置技术领域。

背景技术

从生态环境的角度来看，磷石膏中含有氟、磷、硅等杂质，因磷石膏堆放，这一部分杂质经雨水冲刷容易污染地下水并破坏地质结构，因此，近年来，在科学处理磷石膏使其满足综合利用目标的处理方法的探索已经引起了社会研究机构的广泛关注。目前特定的预处理磷石膏的方法有水洗法、石灰中和法、煅烧法等，这些方法被广泛应用。虽然这些传统的处理方法能够满足磷石膏的可利用性，但在综合利用上仍然存在局限性，如水洗法耗水量大且磷石膏处理量不宜过多、煅烧法对燃料的要求较高、对磷石膏中杂质去除的程度小等。综上所述，有必要寻求一种能够有效去除磷石膏中杂质特别是杂质氟的方法。因此，为了解决磷石膏中杂质氟含量大的问题，迫切地需要寻找一种能够有效去除磷石膏中杂质氟并使其满足综合利用以及环保要求的工艺方法。

据不完全统计，全球每年生产磷石膏2.12×10⁴~2.97×10⁴t，2015年，我国磷石膏堆存量已超过3×10⁸t，磷石膏（Phosphogypsum，PG）是湿法磷酸厂和磷肥厂的主要固体废物，生产1t的磷酸大约产出4.5t~5t的磷石膏，磷石膏呈粉末状，主要成分是CaSO₄·2H₂O，磷石膏与天然石膏相比含有许多杂质，比如磷、氟、硅和有机物等。磷杂质对磷石膏综合利用特性影响最大，磷石膏本身具备的酸性特点，使其在我国华北、西北和东北地区被用作土壤改良剂，但这种磷石膏的资源利用并不能大规模的、从根本上的解决磷石膏的利用问题，而通过不同方法对磷石膏进行预处理可以有效改善其特性，使其能够更好地被利用，磷石膏中磷的影响最大，其次是氟和有机物，它们会对磷石膏的强度、水化率和白度等产生影响。磷石膏中还含有碱金属盐、硅、镁和放射性元素，如铀、镭等。磷主要存在于磷酸盐、碳酸盐等可溶性盐当中，会导致磷石膏制品在遇水时产生泛霜、粉化。硅主要以石英的形式存在，对磷石膏的性能影响较小。Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO等有害杂质，对制备Ⅱ型无水石膏时胶结材料的水化和硬化有一定的促进作用，但它引入磷石膏中会影响二水石膏晶体的形貌。而磷石膏中又含有难以分离的放射性元素，对人体会产生危害。

磷石膏是湿法生产磷酸的产物，近年来，国内磷石膏呈现出快速增长的态势，尤其在云南、贵州、湖北、安徽、四川、山东等磷矿大省产量较大，对磷石膏综合利用方面，美国、德国、日本、巴西等已经在该研究方面取得了成功，我国虽然对于磷石膏的综合利用研究起步比较晚，但是发展速度很快，经过多年的发展特别是科研院所和企业的科技攻关，磷石膏的应用在多个领域取得了较大发展。综合利用磷石膏不仅关系磷肥产业的经济、生态利益，也关系到环境保护和生态建设的发展，也符合循环经济、绿色发展的经济发展理念。到2015年底，中国磷石膏堆积量已超过3×10⁸t，但其利用率较低（约10%左右）。

硫酸是重要的基础化工原料，可以广泛应用于化肥、冶炼、火药、石化、农（医）药、军工业等行业。传统生产硫酸的原料是硫磺和硫铁矿，占硫酸总产量的70%，我国是一个硫资源贫乏的国家，每年都需要靠进口硫磺来满足需求，2008年进口硫磺1500t；水泥是社会建设的重要建筑材料，应用于土木建筑、水力、国防等工程中，生产水泥的主要原料为石灰石，生产中还会消耗大量的燃料和电力，并排放出大量的CO₂和粉尘。

我国每年在生产硫酸、水泥中需要进口硫磺、开采大量的矿产资源，这种行为不仅会占用外汇、快速消耗我国矿产资源，而且会对我国环境造成严重的污染。循环经济是时代发展的主题，但我国对硫酸和水泥的需求量却逐年上升，磷石膏的堆放问题亟待解决。利用磷石膏制酸联产水泥，不仅解决了硫资源和水泥的需求量，还避免了矿山开采和环境污染，一举多得，这将是磷石膏未来综合利用的一种有效途径。