CN104496726A - 一种磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法 - Google Patents
一种磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法，包括以下步骤：(1)将磷石膏经自然风干后在40～55℃条件下干燥1～2小时后进行粉碎、过100目筛，将磷矿尾矿和钾长石经粉碎、粉磨后过100目筛；(2)将磷石膏、磷矿尾矿和钾长石配料，添加煤炭，制得混合物料；(3)混合物料混合均匀后加水制成球状或块状物料；(4)球状或块状物料在900～1050℃煅烧0.6～1.3小时，然后温度提升到1050～1150℃，继续煅烧0.5小时，得烧结熟料；(5)将烧结熟料冷却，破碎、粉磨、过筛、即得。本发明将两种废弃物磷石膏和磷矿尾矿综合回收利用、合理配伍，既环境保护，又有经济效益；不经水淬降温，不用烘干处理，既节约水资源，又节约烘干所用能源。
Description
技术领域
本发明涉及一种磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法，属于环境保护治理和化工生产技术领域。
背景技术
磷矿尾矿的产生主要是因为现在磷矿原矿开采出来的品位一般达不到生产湿法磷酸的要求，所以需要进行选矿。选矿后磷矿分为两部分，一部分是磷精矿，用于生产磷酸、磷铵等产品，另一部分就是磷矿尾矿，尾矿由于品位太低，一般都堆置在磷尾矿库里面。目前对磷酸厂副产品磷石膏的主要处置方式为渣场堆放，不仅污染环境，而且占用大量土地。所以，如何将磷矿尾矿和废渣磷石膏合理利用，创造更多的经济价值，在近年来备受关注。
中量元素是作物生长过程中需要量次于氮、磷、钾而高于微量元素的营养元素，占作物体干物重的0.1％～0.5％，通常指钙、镁、硫三种元素。钙是构成细胞壁的重要元素，植物体中绝大部分钙存于细胞壁中。作物缺钙时，细胞壁不能形成，细胞不能正常分裂，生长点就会坏死。镁是叶绿素的组分，许多酶的活化剂，能增强作物体内各种代谢过程。作物缺镁时，叶绿素减少，光合作用减弱，碳水化合物、蛋白质、脂肪的形成都会受到抑制。硫是蛋白质和核酸的组成物质，是许多辅酶的结构成分，作物缺硫时，蛋白质等的合成受阻，植株矮小，叶绿素降低，分蘖分枝少。近年来，随着产量水平的不断提高和氮磷钾化肥大量施用，土壤中的中量元素已不能满足作物需求，果树、蔬菜等因缺中量元素，各种生理病害频频发生，严重影响产量和品质提高，这就要求施用大量的含钙、镁、硫等元素的土壤调理剂。
中国专利文件CN103086779A公开了一种用磷矿尾矿或低品位磷矿高炉法生产碱性肥料的方法，将磷矿尾矿或低品位磷矿与不溶性含钾岩石按质量比1：0.4～0.9混合，再加入占磷矿尾矿或低品位磷矿与不溶性含钾岩石总量4～10wt％的焦炭或者无烟煤和焦炭的混合物，混合物料粉磨，加水制成料块；然后将状料块放入高炉内，1000～1200℃温度下焙烧30～150分钟，制得的烧结熟料进行水淬，水淬后的烧结熟料经沥水、干燥、破碎和粉磨制得碱性肥料。该发明工艺简单，可操作性强；但是该方法烧结熟料需要用大量水进行水淬，水淬后又要将烧结熟料进行烘干，既浪费水资源，又耗废大量能源。
中国专利文件CN101544518A公开了一种用钾长石、石灰石和磷石膏生产钾钙肥的方法，属三废治理和化工生产技术领域，该方法将钾长石、石灰石、磷石膏按一定质量比混合，经粉磨、制球或制块后在回转窑、立窑或隧道窑内焙烧，烧结熟料粉碎包装为钾钙肥产品。该发明钾钙肥含有养分较其它专利发明的钾钙肥种类多，含有中量元素硫，但是不含有重要元素磷，不能满足农作物对施用肥料养分磷的需求。
目前尚无用两种废弃物磷矿尾矿、磷石膏和钾长石烧制土壤调理剂的报道。
发明内容
针对现有技术中尚无将两种废弃物磷石膏和磷矿尾矿合理利用，且市场上出售的钾钙肥、硅钙钾肥、硅钙镁钾肥等碱性肥料养分种类少以及农作物对中量元素硫的迫切需求等不足，本发明提供一种磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法。
术语说明
磷矿尾矿：磷矿原矿经过磨碎，采用不同选矿技术对磷进行富集后残留的物质，除了含有一定量的P2O5外，还含有钙、镁、硅、铁、铝及有机杂质。经济上能被利用的磷酸盐类矿物，不宜再进一步分选的矿，由于选矿技术的差异，磷矿尾矿中P2O5含量一般为8～15％。
磷石膏：磷石膏主要是磷酸厂生产磷酸的副产品，也可以用天然石膏、脱硫石膏、氟石膏等其它含硫酸钙为主要成分的石膏代替。
钾长石：指含钾硅酸盐类钾矿资源。
本发明的技术方案如下：
一种磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法，包括以下步骤：
(1)将磷石膏经自然风干后在40～55℃条件下干燥1～2小时后进行粉碎、过100目筛，将磷矿尾矿和钾长石经粉碎、粉磨后过100目筛；
(2)将磷石膏、磷矿尾矿和钾长石按质量比(0.8～1.5):(0.8～1.5):(1.56～2.0)配料，添加磷石膏、磷矿尾矿和钾长石总质量3～8％的煤炭，制得混合物料；
(3)将混合物料混合均匀后加水制成球状或块状物料；
(4)将球状或块状物料在900～1050℃煅烧0.6～1.3小时，然后温度提升到1050～1150℃，继续煅烧0.5小时，得烧结熟料；
(5)将烧结熟料冷却至20～50℃，进行破碎、粉磨、过筛，即得。炉气通入尾气净化系统净化后排入大气。
根据本发明优选的，步骤(1)中，磷石膏、磷矿尾矿和钾长石的优选配比为按质量比为(0.9～1.3):(0.9～1.3):(1.56～2.0)。
根据本发明优选的，步骤(2)中煤炭优选无烟煤，其固定碳质量含量为60～75％。
根据本发明优选的，步骤(3)中混合物料加水制成球状或块状物料，球状物料的直径为2.0～4.0cm，块状物料的体积为2.5～4.5立方分米，含水量控制在8～13％。
根据本发明优选的，步骤(4)中煅烧在窑炉中进行，进一步优选的，窑炉为回转窑、立窑或隧道窑。
根据本发明优选的，步骤(5)中烧结熟料冷却为自然冷却，破碎、粉磨后过筛，细度需要达到80～100目，筛余量<5％。
磷矿尾矿中的主要成分为CaMg(CO3)2和Ca5F(PO4)3，磷石膏的主要成分为CaSO4，磷石膏和磷矿尾矿中的CaMg(CO3)2经过高温煅烧分解成氧化钙，钾长石发生准玻璃化，其中的钾离子处于高能活化状态，在适宜的条件下氧化钙不断置换出准玻璃化钾长石中的钾离子。同时磷石膏在氧化钙的存在下和钾长石反应，既提高钾长石中钾的转化率，又使生成的土壤调理剂中保留部分中量元素硫。而磷矿尾矿中的主要成分Ca5F(PO4)3在钾长石发生准玻璃化后与其形成硅酸盐玻璃网络，其中的养分磷在土壤中可被缓慢溶出。
本发明生产的土壤调理剂中钙、镁、铝等碱性因子在土壤中水化后pH在8～10之间，提供弱碱性环境，而同时保留了可溶性的硫酸根和枸溶性的磷，扩大了土壤调理剂的施用范围，能有效改善土壤结构，防止土壤板结并提供充足养分。
本发明涉及到的主要反应如下：
CaMg(CO3)2→CaO+MgO+2CO2↑
CO2+C→2CO
K2O·Al2O3·6SiO2+6CaO→6(CaO·SiO2)+K2O·Al2O3
K2O·Al2O3·6SiO2+5CaO+CaSO4→K2SO4·6(CaO·SiO2)+Al2O3
本发明具有的优点及积极效果：
1、本发明首次将两种废弃物磷石膏和磷矿尾矿综合回收利用、合理配伍，既有环境保护效益，又有经济效益，体现了循环经济的科学概念。
2、本发明烧结熟料不经水淬降温，不用烘干处理，既节约水资源，又节约烘干所用能源。
3、本发明生产的土壤调理剂能调节土壤的酸碱性，改善土壤结构，防止土壤板结，既供给作物养分，又可作为土壤盐基，增强作物耐盐性，促进土壤中有机质的分解和转化，以及抑制土壤病菌传播等，连年使用可显著提高地力。
4、本发明产品含有的养分种类多，除了含有硅、钙、镁、磷、钾等养分，还含有养分硫，肥效长、有效成分不挥发，不易流失，可缓慢长效供给作物吸收。
5、本发明的产品价格低廉，易于被农民接受并大量使用，加之生产工艺简单，生产成本低。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明进行更详细的说明，有必要指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容所作的一些非本质的改进和调整仍应属于本发明的保护范围。
实施例1
原料1-1：磷石膏，采集地点：金正大生态工程集团股份有限公司
磷石膏的主要化学组成见下表：
| 化学组成 | P2O5 | CaO | MgO | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | SO3 |
| 含量wt％ | 1.04 | 30.72 | 0.03 | 3.89 | 0.11 | 1.29 | 44.61 |
原料1-2：磷矿尾矿，采集地点：贵州金德矿业
本实施例中磷矿尾矿的主要化学组成见下表：
| 化学组成 | P2O5 | CaO | MgO | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 |
| 含量wt％ | 8.12 | 35.04 | 15.54 | 4.46 | 0.31 | 0.57 |
原料1-3：钾长石，采集地点：贵州气坪
钾长石的主要化学组成如下表所示：
| 化学组成 | SiO2 | Al2O3 | K2O |
| 含量wt％ | 51.18 | 17.42 | 10.38 |
原料1-4：无烟煤，采集地点：河南郑州
实施方法：
将磷酸厂副产品磷石膏、磷矿尾矿和钾长石按质量比0.8:1:1.56配料，添加占这三者总质量3％的煤炭，制得混合物料；将混合物料用破碎机破碎、混合均匀后加水制成球状物料；将球状物料放入窑炉内，在950℃煅烧0.6小时，然后温度提升到1060℃，接着煅烧0.5小时；然后将烧结熟料置于空气中冷却至室温，进行破碎、过筛、包装成土壤调理剂产品。窑内炉气通入尾气净化系统净化后排入大气。
实施结果：
经检测制备的土壤调理剂有效成分见下表：
| 化学组成 | K2O | P2O5 | Al2O3 | SiO2 | CaO | MgO | SO4 2- |
| 含量wt％ | 5.89 | 4.80 | 11.93 | 32.87 | 26.21 | 7.15 | 5.45 |
由上表可知，通过工业化试验制备的土壤调理剂各有效成分指标均符合企业标准。钾矿石中钾的转化率达到96％，同时P2O5、Al2O3、SiO2、CaO、MgO、SO4均变为可被农作物吸收的有效成分，有效成分总含量达到94.30％。硫酸钙分解率为29.58％。
实施例2
原料2-1：磷石膏，采集地点：金正大生态工程集团股份有限公司
磷石膏的主要化学组成见下表：
| 化学组成 | P2O5 | CaO | MgO | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | SO3 |
| 含量wt％ | 1.24 | 30.67 | 0.04 | 3.97 | 0.14 | 1.37 | 44.76 |
原料2-2：磷矿尾矿，采集地点：贵州金德矿业
本实施例中磷矿尾矿的主要化学组成见下表：
| 化学组成 | P2O5 | CaO | MgO | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 |
| 含量wt％ | 8.09 | 35.13 | 15.65 | 4.56 | 0.45 | 0.64 |
原料2-3：钾长石，采集地点：贵州气坪
钾长石的主要化学组成如下表所示：
| 化学组成 | SiO2 | Al2O3 | K2O |
| 含量wt％ | 51.28 | 17.52 | 10.58 |
原料2-4：无烟煤，采集地点：河南郑州
实施方法：
将磷酸厂副产品磷石膏、磷矿尾矿和钾长石按质量比1.0:1.0:1.56配料；添加占这三者总质量4％的煤炭，制得混合物料；将混合物料用破碎机破碎、混合均匀后加水制成球状物料；将球状物料放入窑炉内，在970℃煅烧0.6小时，然后温度提升到1080℃，接着煅烧0.5小时；然后将烧结熟料置于空气中冷却至室温，进行破碎、过筛、包装成土壤调理剂产品。窑内炉气通入尾气净化系统净化后排入大气。
实施结果：
经检测制备的土壤调理剂有效成分见下表：
| 化学组成 | K2O | P2O5 | Al2O3 | SiO2 | CaO | MgO | SO4 2- |
| 含量wt％ | 5.78 | 4.69 | 11.87 | 32.98 | 26.34 | 7.26 | 5.23 |
由上表可知，通过工业化试验制备的土壤调理剂各有效成分指标均符合企业标准。钾矿石中钾的转化率达到96％，同时P2O5、Al2O3、SiO2、CaO、MgO、SO4均变为可被农作物吸收的有效成分，有效成分总含量达到94.15％。硫酸钙分解率为24.29％。
实施例3
原料3-1：磷石膏，采集地点：金正大生态工程集团股份有限公司
磷石膏的主要化学组成见下表：
| 化学组成 | P2O5 | CaO | MgO | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | SO3 |
| 含量wt％ | 1.01 | 30.62 | 0.04 | 3.86 | 0.13 | 1.32 | 44.80 |
原料3-2：磷矿尾矿，采集地点：贵州金德矿业
本实施例中磷矿尾矿的主要化学组成见下表：
| 化学组成 | P2O5 | CaO | MgO | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 |
| 含量wt％ | 8.14 | 35.09 | 15.65 | 4.54 | 0.42 | 0.61 |
原料3-3：钾长石，采集地点：贵州气坪
钾长石的主要化学组成如下表所示：
| 化学组成 | SiO2 | Al2O3 | K2O |
| 含量wt％ | 51.10 | 17.38 | 10.42 |
原料3-4：无烟煤，采集地点：河南郑州
实施方法：
将磷酸厂副产品磷石膏、磷矿尾矿和钾长石按质量比1.1:1.1:1.56配料；添加占这三者总质量5％的煤炭，制得混合物料；将混合物料用破碎机破碎、混合均匀后加水制成球状物料。将球状物料放入窑炉内，在950℃煅烧0.8小时，然后温度提升到1100℃，接着煅烧0.5小时；然后将烧结熟料置于空气中冷却至室温，进行破碎、过筛、包装成土壤调理剂产品。窑内炉气通入尾气净化系统净化后排入大气。
实施结果：
经检测制备的土壤调理剂有效成分见下表：
| 化学组成 | K2O | P2O5 | Al2O3 | SiO2 | CaO | MgO | SO4 2- |
| 含量wt％ | 5.67 | 4.57 | 11.72 | 32.65 | 26.01 | 7.06 | 5.19 |
由上表可知，通过工业化试验制备的土壤调理剂各有效成分指标均符合企业标准。钾矿石中钾的转化率达到95％，同时P2O5、Al2O3、SiO2、CaO、MgO、SO4均变为可被农作物吸收的有效成分，有效成分总含量达到92.87％。硫酸钙分解率为23.37％。
实施例4
原料4-1：磷石膏，采集地点：金正大生态工程集团股份有限公司
磷石膏的主要化学组成见下表：
| 化学组成 | P2O5 | CaO | MgO | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | SO3 |
| 含量wt％ | 1.09 | 30.58 | 0.09 | 3.75 | 0.14 | 1.37 | 44.51 |
原料4-2：磷矿尾矿，采集地点：贵州金德矿业
本实施例中磷矿尾矿的主要化学组成见下表：
| 化学组成 | P2O5 | CaO | MgO | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 |
| 含量wt％ | 8.08 | 35.09 | 15.61 | 4.49 | 0.33 | 0.55 |
原料4-3：钾长石，采集地点：贵州气坪
钾长石的主要化学组成如下表所示：
| 化学组成 | SiO2 | Al2O3 | K2O |
| 含量wt％ | 51.07 | 17.39 | 10.46 |
原料4-4：无烟煤，采集地点：河南郑州
实施方法：
将磷酸厂副产品磷石膏、磷矿尾矿和钾长石按质量比1.3:1.3:1.8配料；添加占这三者总质量4％的煤炭，制得混合物料；将混合物料用破碎机破碎、混合均匀后加水制成球状物料；将球状物料放入窑炉内，在1000℃煅烧1.0小时，然后温度提升到1100℃，接着煅烧0.5小时；然后将烧结熟料置于空气中冷却至室温，进行破碎、过筛、包装成土壤调理剂产品。窑内炉气通入尾气净化系统净化后排入大气。
实施结果：
经检测制备的土壤调理剂有效成分见下表：
| 化学组成 | K2O | P2O5 | Al2O3 | SiO2 | CaO | MgO | SO4 2- |
| 含量wt％ | 5.49 | 4.71 | 11.87 | 32.69 | 26.19 | 7.23 | 5.27 |
由上表可知，通过工业化试验制备的土壤调理剂各有效成分指标均符合企业标准。钾矿石中钾的转化率达到96％，同时P2O5、Al2O3、SiO2、CaO、MgO、SO4均变为可被农作物吸收的有效成分，有效成分总含量达到93.45％。硫酸钙分解率为23.27％。
实施例5
原料5-1：磷石膏，采集地点：金正大生态工程集团股份有限公司
磷石膏的主要化学组成见下表：
| 化学组成 | P2O5 | CaO | MgO | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | SO3 |
| 含量wt％ | 1.14 | 30.82 | 0.13 | 3.99 | 0.11 | 1.27 | 44.64 |
原料5-2：磷矿尾矿，采集地点：贵州金德矿业
本实施例中磷矿尾矿的主要化学组成见下表：
| 化学组成 | P2O5 | CaO | MgO | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 |
| 含量wt％ | 8.18 | 35.18 | 15.63 | 4.46 | 0.34 | 0.61 |
原料5-3：钾长石，采集地点：贵州气坪
钾长石的主要化学组成如下表所示：
| 化学组成 | SiO2 | Al2O3 | K2O |
| 含量wt％ | 50.98 | 17.32 | 10.27 |
原料5-4：无烟煤，采集地点：河南郑州
实施方法：
将磷酸厂副产品磷石膏、磷矿尾矿和钾长石按质量比1.5:1.5:2.0配料；添加占这三者总质量6％的煤炭，制得混合物料；将混合物料用破碎机破碎、混合均匀后加水制成球状物料。将球状物料放入窑炉内，在1020℃煅烧0.6小时，然后温度提升到1150℃，接着煅烧0.5小时；然后将烧结熟料置于空气中冷却至室温，进行破碎、过筛、包装成土壤调理剂产品。窑内炉气通入尾气净化系统净化后排入大气。
实施结果：
经检测制备的土壤调理剂有效成分见下表：
| 化学组成 | K2O | P2O5 | Al2O3 | SiO2 | CaO | MgO | SO4 2- |
| 含量wt％ | 5.63 | 4.48 | 11.75 | 32.88 | 26.32 | 7.08 | 5.21 |
由上表可知，通过工业化试验制备的土壤调理剂各有效成分指标均符合企业标准。钾矿石中钾的转化率达到95％，同时P2O5、Al2O3、SiO2、CaO、MgO、SO4均变为可被农作物吸收的有效成分，有效成分总含量达到93.35％。硫酸钙的分解率为21.79％。
Claims (7)
1.一种磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法，包括以下步骤：
(1)将磷石膏经自然风干后在40～55℃条件下干燥1～2小时后进行粉碎、过100目筛，将磷矿尾矿和钾长石经粉碎、粉磨后过100目筛；
(2)将磷石膏、磷矿尾矿和钾长石按质量比(0.8～1.5):(0.8～1.5):(1.56～2.0)配料，添加磷石膏、磷矿尾矿和钾长石总质量3～8％的煤炭，制得混合物料；
(3)将混合物料混合均匀后加水制成球状或块状物料；
(4)将球状或块状物料在900～1050℃煅烧0.6～1.3小时，然后温度提升到1050～1150℃，继续煅烧0.5小时，得烧结熟料；
(5)将烧结熟料冷却至20～50℃，进行破碎、粉磨、过筛，即得。
2.根据权利要求1所述的磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法，其特征在于，步骤(1)中，磷石膏、磷矿尾矿和钾长石的优选配比为按质量比为(0.9～1.3):(0.9～1.3):(1.56～2.0)。
3.根据权利要求1所述的磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法，其特征在于，步骤(2)中煤炭为无烟煤，其固定碳质量含量为60～75％。
4.根据权利要求1所述的磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法，其特征在于，步骤(3)中混合物料加水制成球状或块状物料，球状物料的直径为2.0～4.0cm，块状物料的体积为2.5～4.5立方分米，含水量控制在8～13％。
5.根据权利要求1所述的磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法，其特征在于，步骤(4)中煅烧在窑炉中进行。
6.根据权利要求5所述的磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法，其特征在于，步骤(4)中窑炉为回转窑、立窑或隧道窑。
7.根据权利要求1所述的磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法，其特征在于，步骤(5)中烧结熟料冷却为自然冷却，破碎、粉磨后过筛，细度需要达到80～100目，筛余量<5％。
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