除磷废渣资源化利用应用基础研究

发布时间：2020-04-28 16:43

【摘要】：除磷废渣为化工及湿法冶金过程化学除磷的副产物,常含有磷、钙、硅、铝等成分,钒化工过程除磷废渣除上述成分外还含有一定量的钒。磷、铝、钒等为重要的有价金属元素,回收意义重大,但由于组成复杂,目前仍无合理的资源化利用方法。因此开发高效的除磷废渣回收工艺具有重要的实际意义。本文以提钒过程除磷、脱硅后的副产物为切入点,基于对钒化工领域除磷废渣组成与结构的分析,开发除磷废渣资源化利用途径,即提供了以除磷废渣为原料制备磷酸铝并回收金属钒的新工艺。首先,对于硫酸浸出、磷酸铝制备以及钒回收等关键环节的原理及工艺进行了研究。其次,从热力学角度分析了除磷废渣中主要组分与硫酸反应的标准吉布斯自由能变化。考察了酸浸出浓硫酸的用量、浸出液固比、反应温度、反应时间、pH值等条件对于除磷废渣回收工艺的影响。并在此基础上考察了氧化钙中和脱硫过程中反应体系pH、反应温度等对于磷、铝、钒回收率的影响。最后,还探讨了粗磷酸铝净化除杂过程中体系pH值、反应温度对于得到的磷酸铝除杂效果的影响。获得了以下成果:(1)开发出以除磷废渣为原料制备磷酸铝并回收其中钒的新工艺,即将除磷渣经过酸浸、中和、磷酸铝沉淀、磷酸铝溶解除杂、二次沉淀及转型后制得磷酸铝产品。磷酸铝沉淀完成后溶液中通过加入除钒剂可将钒沉淀为多钒酸盐,并经煅烧后制备得到五氧化二钒产品。(2)优化了酸浸过程的工艺参数。除磷废渣中主要元素浸出的最优条件为:98%浓硫酸与除磷废渣质量比1:1、液固体积质量比3:1、搅拌转速300r/min,反应温度90℃,反应时间3小时,在该条件下,磷、铝、钒浸出率均大于95%。(3)研究了氧化钙中和脱硫及磷、铝以磷酸铝形式与钒分离过程工艺参数的影响。中和脱硫过程中选择终点pH为0.5可以有效的消除磷、铝、钒的夹带损失。对磷、铝、钒分离的研究表明,磷酸铝制备过程中选择终点pH为8.0可以有效的消除磷酸铝对钒的吸附作用,提高分离效率。(4)优化了粗磷酸铝净化除杂过程。得出反应终点pH为12,反应时间2h,反应温度80℃条件下处理后的净化液杂质明显减少,可以满足磷酸铝产品制备要求。对磷酸铝产品制备方法进行研究的结果表明,终点pH为8.0,磷铝比为最佳,130℃高温转型处理能够使磷酸铝浆料的过滤性能提升30倍,满足工业生产要求。本文的主要创新点在于开发了一种除磷废渣资源化利用途径,以除磷废渣为原料制备磷酸铝并可同时回收其中的钒。
【图文】：

废渣,除磷,物相

逦Ｖ逡逑含量（％）逦１６．９５９逦１１．９９２逦７．７４４逦７．０１３逦６．６５８逦１．９８２逡逑采用Ｘ射线衍射仪分析了除磷废渣的物相，结果见图２．１。除磷废渣主要物相成逡逑份为磷酸钙（Ｃａ３（Ｐ０４）２邋？邋５Ｈ２Ｃ0。逡逑１２００邋逦逡逑？邋Ｃａ３（Ｐ0４），５Ｈ２0逡逑８００邋－邋＼逦？邋Ｉ逡逑．旮逦＼逦Ｌ逡逑Ｉ邋■逦＼逡逑？。－？逡逑■逡逑０邋逦？逦１逦？逦１逦逦逦ｉ逦逦逦？逦逦—逡逑０逦２０逦４０逦６０逦８０逡逑２０（邋ｄｅｇｒｅｅ）逡逑图２．１除磷废渣ＸＲＤ物相图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１．ＸＲＸ）邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ邋ｒｅｍｏｖａｌ邋ｒｅｓｉｄｕｅｓ逡逑２．２实验装置逡逑本实验主要装置如图２．２所示。逡逑１３逡逑

废渣,除磷,温控装置,浸出

逦Ｖ逡逑含量（％）逦１６．９５９逦１１．９９２逦７．７４４逦７．０１３逦６．６５８逦１．９８２逡逑采用Ｘ射线衍射仪分析了除磷废渣的物相，，结果见图２．１。除磷废渣主要物相成逡逑份为磷酸钙（Ｃａ３（Ｐ０４）２邋？邋５Ｈ２Ｃ0。逡逑１２００邋逦逡逑？邋Ｃａ３（Ｐ0４），５Ｈ２0逡逑８００邋－邋＼逦？邋Ｉ逡逑．旮逦＼逦Ｌ逡逑Ｉ邋■逦＼逡逑？。－？逡逑■逡逑０邋逦？逦１逦？逦１逦逦逦ｉ逦逦逦？逦逦—逡逑０逦２０逦４０逦６０逦８０逡逑２０（邋ｄｅｇｒｅｅ）逡逑图２．１除磷废渣ＸＲＤ物相图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１．ＸＲＸ）邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ邋ｒｅｍｏｖａｌ邋ｒｅｓｉｄｕｅｓ逡逑２．２实验装置逡逑本实验主要装置如图２．２所示。逡逑１３逡逑
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X705;TQ133.1;TF841.3

【参考文献】