[发明专利]一种基于硫酸钠电解的磷石膏处理装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于硫酸钠电解的磷石膏处理装置及方法，属于电化学工程技术应用技术领域。包括电解单元和反应单元，硫酸储罐、酸循环泵、酸三通阀和硫酸钠电解器依次连接，同时硫酸储罐与硫酸钠电解器直接连接；硫酸钠储罐、碱循环泵、碱三通阀和硫酸钠电解器依次连接，同时硫酸钠储罐与硫酸钠电解器直接连接；碱三通阀与磷石膏反应器连接，磷石膏反应器、排渣泵、过滤器、滤液储罐和回流泵依次连接，回流泵与硫酸钠储罐连接。本发明处理方法中电解硫酸钠生成烧碱和硫酸，烧碱与磷石膏反应生成熟石灰。硫酸返回磷肥厂生产线，硫酸钠溶液循环使用，资源化钙、硫元素。装置紧凑，结构简单，运行稳定，资源回收率高，无二次污染，实现零污染排放。

技术领域

本发明属于电化学工程技术应用技术领域，更具体地，涉及一种基于硫酸钠电解的磷石膏处理装置及方法。

背景技术

我国是农业大国，每年消耗大量的磷肥，每产生1吨磷肥会产生4.8吨左右磷石膏，磷石膏累计库存量已经超过了5亿吨。传统火法处理工艺装置投资大，煤耗高、电耗高，加上产品质量差和硫酸生产不稳定，大多数装置实际产能远远达不到设计产能甚至是面临关停。磷石膏已经成为制约磷化工行业可持续发展的重要环保问题，开发技术经济可行的资源化利用途径，是解决磷化工行业发展瓶颈问题的必要手段。

电解硫酸钠制烧碱及硫酸，反应式如下：

阳极反应：

2H₂O-4e^-→4H⁺+O₂↑E_1/2＝+1.229V

阴极反应：

H₂O+2e^-→20H-+H₂↑E_1/2＝-0.828V

电解反应：

Na₂SO₄+2H₂O→2NaOH+H₂SO₄ E＝+2.057V

但此项研究一直因为缺少好的隔膜材料和电解器结构而致使电流效率不高、电能消耗较大。上世纪九十年代，杜海燕等人报道过采用阳离子交换膜两室电解硫酸钠的工艺研究和电解槽，阳极室通入硫酸钠溶液，阴极室通入氢氧化钠溶液，得到纯的烧碱溶液与硫酸/硫酸钠混合溶液。如若将此法应用到磷石膏处理工艺中，烧碱溶液和磷石膏反应后得到烧碱/硫酸钠混合溶液，硫酸钠溶液需先除杂才能循环使用，操作复杂，成本较高。专利CN103060834A与CN108623197A采用类似阳离子交换膜电解工艺，也不适用于磷石膏处理。近几年，贵州大学肖仁贵教授团队报道了一种双极膜电渗析技术处理磷石膏的工艺，采用两张双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜的五腔室结构，磷石膏浊液直接通入盐室电解，硫酸溶液和烧碱溶液分别通入阳极室和阴极室。磷石膏直接进行电渗析，磷石膏及产生的Ca(OH)₂易堵塞膜孔，料液中的杂质造成膜污染，膜性能降低，缩短了膜的使用时间。武汉工程大学张泽强教授团队报道了类似的双极膜电渗析技术处理磷石膏，不同的是其盐室通入的硫酸钠溶液。双极膜电渗析技术使用较多膜材料，且操作电压较高，成本难以降低。专利CN1302920A公开了一种用于烟气脱硫场合的单膜双室阴离子交换膜电解硫酸钠/硫酸氢钠的工艺流程，阳极电解液为硫酸溶液，阴极电解液硫酸钠/硫酸氢钠溶液，电解液温度要求为55～90℃。针对烟气脱硫这一特殊应用，烟气带有大量余热，将烟气通入溶液的同时即可将溶液温度提高至55～90℃甚至更高温度。针对磷石膏需要处理量大，反应固液比高，产物价值不高，电解液维持如此高的温度需要补充额外的能量进行加热，在经济上难以施行。而且，公开文献并无记载使用多通道阴膜堆叠的电解器电解硫酸钠生产烧碱处理磷石膏的整套装置和工艺流程。

发明内容