磷石膏深加工循环工艺研究

发布时间：2020-07-02 18:39

【摘要】：随着磷化工企业的迅速发展,工业副产物磷石膏的产量逐年增高,但长期以来,磷石膏缺乏有效的综合利用,绝大部分磷石膏仅仅被简单的堆存在尾矿库中,不仅造成了磷石膏资源的浪费,而且需要花费巨额资金来维持磷石膏尾矿库的运行。大量的磷石膏堆存起来也会对环境造成巨大的威胁,近十几年来,随着磷石膏问题的日益突出,国内外学者提出多种磷石膏综合利用技术方案,其中将磷石膏转化成硫酸铵等化肥及联合生产水泥技术较为成熟,但受限于经济成本,并未得到大规模应用。随着国家对环境越来越重视,磷石膏所带来的问题日益严峻,甚至己经制约了磷化工产业的持续发展,磷石膏的综合利用问题急需解决。本文通过对磷石膏中杂质的组成及其赋存状态进行分析,提出了磷石膏深加工循环工艺,首先通过查询相关热力学资料,对NaOH分解磷石膏过程中杂质的影响进行热力学分析,经热力学计算验证该工艺过程的理论可行性;其次采用单因素试验方法确定磷石膏深加工循环工艺的最佳工艺条件参数;最后采用双极膜电渗析法电解滤液,回收利用氢氧化钠和硫酸,形成磷石膏综合利用的完整工艺循环过程。具体研究如下:1.通过XRD及化学分析,结果表明磷石膏中主要成分为CaSO_4.2H_2O,主要杂质为P、Si、F及金属离子等。通过热力学理论计算以及对磷石膏转化过程中各物质的去向及迁移转化规律考察发现,大部分杂质在磷石膏转化工艺过程中主要以酸不溶物的形式存在,仅有少量Al、Si等离子随硫酸钠一起溶于滤液中。2.通过单因素试验方法确定磷石膏深加工循环工艺的最佳工艺条件为:氢氧化钠转化磷石膏过程中,每10g磷石膏,消耗质量浓度为12.5%的氢氧化钠40ml、固液比为1:4,反应温度为20℃、反应时间为10min、搅拌速度为15r/s,并且分两次加入每次间隔5min,利用钙渣制取高纯度磷石膏过程中盐酸10.0mol/kg、硫酸5.0mol/kg,在最优条件下,可得到纯度高达99.72%的石膏。3.通过双极膜电渗析法回收滤液中的硫酸钠,将滤液电解后得到的酸碱再次循环利用分解磷石膏。经试验确定电解的最佳条件为电流密度47.6mA/cm~2,盐溶液浓度为1.143mol/L,此时能耗最低且效率最高,其电解率达到99.04%,能耗1.529kWh/kg,电流效率为62.23%。经检测,电解后得到的硫酸浓度0.9249mol/L,氢氧化钠(氢氧化钾)浓度2.1257mol/L,可返回循环利用分解磷石膏。4.该工艺进行放大试验研究表明,每600g磷石膏消耗360g氢氧化钠可生产出高纯度硫酸钙363g和216g氢氧化钠、231g硫酸及56.5g酸不溶物。产品分析结果显示,石膏产品以及酸碱都可用于循环分解磷石膏,酸不溶物亦可用于工业生产水泥,该工艺没有二次污染物产生,且产物可返回到该工艺过程中,工业应用价值较好。研究结果表明,该磷石膏深加工循环工艺符合物质量守恒,通过对产品分析,产品可再次循环利用,整个工艺过程无二次污染物产生,产物亦可回收利用,具有较高的环境和经济价值。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ177.375
【图文】：

图 1.1 磷石膏原矿 SEM 图Fig 1.1 SEM image of raw phosphogypsum国磷化工企业的迅速发展，我国既是磷化肥生产的第一然是其副产物磷石膏产量最高的国家，虽然磷石膏的综增高，从 2012 年的 30%到 2016 年的 36.5%，但增速缓于综合利用量，逐年增加的磷石膏堆存量给环境乃至社[15]

图 2.1 氢氧化钠分解磷石膏流程图Fig2.1 Flowsheet of decomposing phosphogypsum sodium hydrox2. 磷石膏经复分解反应后，得到的固体产物主要成分为 Ca体产物除了主要的 Ca(OH)2外，还含有一些硅铝酸盐和铁镁课题重点将讨论 Ca2+的提纯，使之能达到工业应用的标准。提出运用化学溶解转化，循环提纯钙离子的方法：利用盐a(OH)2，具体反应如下所示。Ca(OH)2和盐酸发生酸碱中和反程式为：Ca(OH)2+ 2HCl → CaCl2+ 2H2O，而生成的氯化钙 混 合 ， 生 成 硫 酸 钙 沉 淀 ， 其 具 体 反 应 方 程 式aCl2+H2SO4→CaSO4↓+2HCl，将沉淀过滤出来得到高纯度的硫盐酸溶液并将盐酸溶液返回到与 Ca(OH)2渣的反应中。高纯的硫酸钙作为质量较好的工业产品有较好的工业应用价值。3. 磷石膏经复分解反应后的 Na2SO4溶液，里面含有少量的，经提纯后电解 NaSO溶液，NaSO

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本文编号：2738541