[发明专利]一种硫酸钙还原方法

说明书

本发明涉及一种以磷铁为还原剂处理和资源化利用硫酸钙的方法，其中以磷铁为还原剂，将其与硫酸钙混合物在CO₂气氛中焙烧，产生可以后续利用的SO₂气体，以及铁氧化物、磷酸盐等产品。通过这种方式实现了硫酸钙中的硫元素的回收，为其资源化利用提供了一种新的方法。该方法所采用的磷铁可以来自化工副产物——磷铁渣，因此该方法具有成本低的特点。该方法在回收利用硫元素的同时，将本身难以利用的磷铁转换成了磷酸盐或者焦磷酸盐，方便其在后续工序中加入磷酸工业而被资源化利用。此外，本方法还具有工艺简单反应易操作，对过程设备的要求低，能耗低，清洁环保，效益高，适用于磷酸钙和磷铁的综合利用和规模工业化低成本清洁生产。

技术领域

本发明属于材料制造工艺技术领域，特别涉及一种硫酸钙还原利用的新工艺，可应用于硫酸工业，磷酸工业和陶瓷等工业中。

背景技术

硫酸钙，分子式为CaSO₄，俗称石膏。硫酸钙在在生产和生活中应用广泛，常用作建筑材料、工艺品、粉笔、石膏绷带、食品絮凝剂等。硫酸钙的来源包括天然石膏矿和工业副产物。按照工业来源分类又分为磷石膏，硫石膏等，均为其相关产品生产过程中产生的固体废渣，主要以CaSO₄·2H₂O的形式存在。在世界范围内，仅磷肥工业每年产生的石膏量就高达28亿吨，我国磷石膏产量高达3000万吨。由于工业石膏不仅量大，还含有有害杂质，难以利用，目前主要采用堆放和填埋的方式进行处理。这种方式不仅占地，还造成环境污染。因此开发硫酸钙的综合利用工艺迫在眉睫。在目前的研究和工业实践中，硫酸钙的利用方法关键在于还原其中的硫元素。目前主要采用的还原剂是碳和硫。通过单质碳和硫将硫酸钙中的硫元素还原得到二氧化硫并用于生产硫酸。这类方法存在一些问题，比如操作温度高、能耗高、增加了碳排放和成本高较高等。由于以上原因，目前这类方法的附加值低而难以大规模推广和利用。

本发明采用磷铁为还原剂，主要是磷铁渣。磷铁渣是一种磷化工或硅酸盐化工的副产物，是一种磷元素和铁元素的合金。磷铁略有金属光泽，比重较大，导电性好，常温下化学性质稳定。由于其性质稳定，对磷铁渣的综合利用是一个工业难题。在实际工业过程中常作为废渣处理，这也导致其价格较低。我国磷铁来源广泛， 仅在电炉法制磷工艺中，每生产1吨黄磷就会产出磷铁100~200kg，其中w_(P)= 18%~26%、w_(Fe)≈70%。但是由于磷铁中铁和磷的化学价都较低，使其具有一定的还原性，因此本工艺中将磷铁作为硫酸钙的还原剂。

二氧化碳（CO₂）是主要的温室效应气体，也是目前工业的主要碳排放形式。随着全球变暖加剧，CO₂的捕获和利用技术受到人们的广泛关注。在本发明提出的新工艺中，硫酸钙是在CO₂气氛中进行还原，于此同时CO₂被转化成具有工业应用价值的CO。并且采用CO₂气氛避免了大量P₂O₅的生成，及其所带来的对设备的严峻考验。

为了克服目前硫酸钙综合利用工艺的不足，本发明创造性的提出以磷铁为还原剂对硫酸钙进行还原的全新工艺路线。

到目前为止，国内外尚没有以磷铁为为还原剂还原硫酸钙的报道，更没有相关工艺路线的报道和专利。通过有效的工艺和方法，以磷铁，硫酸钙和CO₂为原料，在高温下焙烧得到SO₂，同时将磷铁转化为铁氧化物和磷酸盐（或焦磷酸盐），将CO₂转化为具有应用价值的CO气体。该工艺以磷铁为还原剂，用以还原硫酸钙中的硫元素，使其转化为方便利用的SO₂气体。在后续工序中SO₂可以加入硫酸工业中，通过吸收和氧化制备高纯度硫酸。于此同时实现了CO₂的转化和利用。该工艺利用廉价的磷铁废渣和工业废气对硫酸钙进行了有效的处理，具有低成本和环境效益高的特点。

发明内容