CN101041439A

CN101041439A - 一种利用废渣磷石膏制备硅灰石和硫酸的方法

Info

Publication number: CN101041439A
Application number: CN 200710051599
Authority: CN
Inventors: 姜洪义; 王艳艳
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2007-09-26

Abstract

本发明涉及一种利用废渣磷石膏制备硅灰石和硫酸的方法。一种利用废渣磷石膏制备硅灰石和硫酸的方法，其特征在于主要过程是利用磷石膏分解产生的CaO，外加部分SiO₂，在高温下通过固相反应合成硅灰石；同时将磷石膏分解产生的SO₂进行收集、净化，并通过催化反应转化为SO₃，进而转化为硫酸。从而将磷石膏的分解与硅灰石的合成过程合二为一，低成本的合成了硅灰石及硫酸。本发明具有成本低的特点而且制备方法较简单。

Description

一种利用废渣磷石膏制备硅灰石和硫酸的方法

技术领域

本发明属于废渣处理及利用技术领域，具体涉及一种利用废渣磷石膏制备硅灰石和硫酸的方法。

背景技术

磷石膏是磷酸生产过程中的副产品，主要成分是二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O，在煅烧过程中首先脱水变为CaSO₄)，并含有少量的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、P₂O₅和氟化物等杂质。据统计，生产1吨磷酸要消耗2吨硫酸，产生5吨磷石膏废渣。由于磷石膏堆放需要大量场地且其具有一定的放射性，对环境造成污染，各国对磷石膏的处理技术尤为关注。

硅灰石是偏硅酸钙矿物，化学式为CaSiO₃，天然产出的硅灰石通常呈针状、放射状、纤维集合体。由于其无毒、低吸油性、低吸水性、高的热稳定性和化学稳定性，良好的介电性能，白度高等性质，被广泛应用于建筑陶瓷、涂料、橡胶、化工等生产部门。

目前，工业所用硅灰石主要来源于天然，而天然硅灰石成分复杂，伴生杂质矿物多，因此，人工合成硅灰石技术研究日益受到人们的关注。

硫酸主要用来生产肥料、燃料、发烟剂、炸药等，并且广泛使用于石油、冶金、金属加工、纺织和其他工业部门。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用废渣磷石膏制备硅灰石和硫酸的方法，该方法低成本的合成了硅灰石及硫酸，且方法简单。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种利用废渣磷石膏制备硅灰石和硫酸的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)首先分析废渣磷石膏中CaO、SiO₂的质量含量，并通过CaO的质量含量计算得到CaSO₄·2H₂O含量(计算方法为CaSO₄·2H₂O％＝3.07CaO％)，然后向废渣磷石膏中加入石英粉和还原剂炭粉，混合搅拌1h得配合料；其中，石英粉的加入量是使配合料中CaO∶SiO₂的摩尔比为1∶1(计算实际所加石英粉时应除去磷石膏本身含有的SiO₂)，炭粉的加入量按反应方程式：

2CaSO₄+C＝2CaO+2SO₂+CO₂ (1)的化学反应计量加入还原剂炭粉(加入还原剂炭粉是为了使磷石膏分解的较充分)；

2)配合料的煅烧：以10℃/min的升温速度升温至1200℃，在此温度下保温2.5小时，冷却至室温，得硅灰石；并对煅烧过程中(磷石膏分解)产生的二氧化硫进行收集得二氧化硫；1200℃高温下合成硅灰石的反应方程式如下：

SiO₂+CaO＝CaSiO₃ (2)；

3)对步骤2)得到的二氧化硫进行精制，除去其中的水分及杂质气体(主要是二氧化碳)，气态的二氧化硫通过催化剂时被空气中的氧气所氧化，生成三氧化硫，其反应方程式如下：

SO₂+1/2O₂＝SO₃ (3)；

所生成的三氧化硫溶解于水中，即得硫酸：

SO₃+H₂O＝H₂SO₄ (4)。

所用石英粉为工业级，要求纯度SiO₂＞95％，细度大于200目。

步骤2)所得硅灰石是高温型假硅灰石，即β-CaSiO₃。

步骤3)所用催化剂为五氧化二钒(V₂O₅)。

磷石膏属工业废渣，其本身含有SiO₂、Al₂O₃等多种杂质，本发明主要过程是利用磷石膏分解产生的CaO，外加部分SiO₂，在高温下通过固相反应合成硅灰石；同时将磷石膏分解产生的SO₂进行收集、净化，并通过催化反应转化为SO₃，进而转化为硫酸。从而将磷石膏的分解与硅灰石的合成过程合二为一，低成本的合成了硅灰石及硫酸；且方法较简单。

本发明利用工业废渣磷石膏制得硅灰石和硫酸，不仅解决了磷石膏带来的一系列问题，并且能够得到较高利用价值的硅灰石和硫酸。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

采用云南某磷肥厂产生的废渣磷石膏，化学组成见表1，石英粉为工业级，还原剂采用炭粉。

表1(质量分数)

CaO	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	MgO	TiO₂	SO₃	烧失及其它
CaO	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	MgO	TiO₂	SO₃	烧失及其它	28.98	11.51	0.17	1.09	0.22	0.49	41.4	16.14

注：计算得到二水硫酸钙含量为：88.97％。

如图1所示，硅灰石的制备过程为：1)原料的配比。按照表1所列数据，一吨磷石膏中CaO质量为0.2898吨，按照摩尔比1∶1需要石英粉0.3105吨，由于一吨磷石膏本身含有SiO₂0.1151吨，因此需外加石英粉0.1594吨。同时，根据化学反应方程式(1)进行计算，需要还原剂炭粉的量为0.026吨。按照此数据进行计量。2)原料的混合。将计量好的磷石膏、石英粉及炭粉进行混合得配合料。混合时间为1h。3)配合料的煅烧。以10℃/min的升温速度升温至1200℃，在此温度下保温2.5小时，冷却至室温，得硅灰石。

按照反应方程式(2)进行计算得假硅灰石0.6吨。

硫酸制备工艺过程为：1)制备二氧化硫气体，对磷石膏分解产生的二氧化硫进行收集。2)精制二氧化硫以除去其中的水分及杂质气体(主要是二氧化碳)。3)气态的二氧化硫通过催化剂时被空气中的氧气所氧化，生成三氧化硫，所用催化剂为五氧化二钒。4)三氧化硫溶解于水中，即得硫酸。

按照反应方程式(1)(3)(4)进行计算得硫酸0.5071吨

实施例2：

采用某化工厂产生的磷石膏，其主要化学成分(质量百分数)为SiO₂ 5.86％，CaO 30.22％，SO₃ 41.99％；计算得到CaSO₄·2H₂O的含量为92.78％。石英粉为工业级，还原剂采用炭粉。

如图1所示，硅灰石的制备过程为：1)原料的配比。按照上述数据，一吨磷石膏中CaO质量为0.3022吨，按照摩尔比1∶1需要石英粉0.3238吨，由于一吨磷石膏本身含有SiO₂0.0586吨，因此需外加石英粉0.2652吨。同时，根据化学反应方程式(1)进行计算，需要还原剂炭粉的量为0.0324吨。按照此数据进行计量。2)原料的混合。将计量好的磷石膏、石英粉及炭粉进行混合得配合料。混合时间为1h。3)配合料的煅烧。以10℃/min的升温速度升温至1200℃，在此温度下保温2.5小时，冷却至室温，得硅灰石。

按照反应方程式(2)进行计算得假硅灰石0.626吨。

按照反应方程式(1)(3)(4)进行计算得硫酸0.5289吨。

Claims

1.一种利用废渣磷石膏制备硅灰石和硫酸的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)首先分析废渣磷石膏中CaO、SiO₂的质量含量，并通过CaO的质量含量计算出CaSO₄·2H₂O的含量，然后向废渣磷石膏中加入石英粉和还原剂炭粉，混合搅拌得配合料；其中，石英粉的加入量是使配合料中CaO∶SiO₂的摩尔比为1∶1，炭粉的加入量按反应方程式：

2CaSO₄+C＝2CaO+2SO₂+CO₂ (1)的化学反应计量加入还原剂炭粉；

2)配合料的煅烧：以10℃/min的升温速度升温至1200℃，在此温度下保温2.5小时，冷却至室温，得硅灰石；并对煅烧过程中产生的二氧化硫进行收集得二氧化硫；

3)对步骤2)得到的二氧化硫进行精制，除去其中的水分及杂质气体，气态的二氧化硫通过催化剂时被空气中的氧气所氧化，生成三氧化硫；所生成的三氧化硫溶解于水中，即得硫酸。

2.根据权利要求1所述的一种利用废渣磷石膏制备硅灰石和硫酸的方法，其特征在于：所用石英粉为工业级，纯度SiO₂＞95％，细度大于200目。

3.根据权利要求1所述的一种利用废渣磷石膏制备硅灰石和硫酸的方法，其特征在于：步骤3)所用催化剂为五氧化二钒。