CN105263872B - 从含有磷以及铁和铝中至少一个的材料产生磷酸盐化合物 - Google Patents

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Abstract

一种用于浓缩磷酸盐化合物的方法，其包括将污泥灰溶解(205)于盐酸中。分离(210)不溶性残留物，从而形成第一浸出液。将第一浸出液中磷对三价铁与铝的总和的摩尔比控制(215)为大于1。以使磷酸盐化合物沉淀的量将碱添加(220)到所述第一浸出液中。从所述第一浸出液去除(225)经沉淀的磷酸盐化合物。将硫酸添加(240)到所述第一浸出液中，从而使硫酸盐化合物沉淀。从所述第一浸出液中分离(245)所述经沉淀的硫酸盐化合物。回收(248)浸出液的至少一部分作为用于溶解污泥灰的盐酸。呈现了用于处理沉淀的磷酸盐化合物的其它方法以及用于执行所述方法的配置。

Description

从含有磷以及铁和铝中至少一个的材料产生磷酸盐化合物
技术领域
本发明一般涉及处理含有磷以及铁和铝中至少一个的材料，并且具体来说涉及集中于回收的这些处理。
发明背景
磷是重要的元素，并且实际上对生命是必需的。然而，磷释放到地表水中并随后造成富营养化也会导致越来越多的关于水质的问题。因此全世界都在贯彻政策以通过实施从生活废水和工业废水去除磷的技术来降低进入地表水的磷的水平。因此，磷积累在废水处理厂的主要副产物即下水道污泥中。
考虑到矿物磷资源是受限和有限的。因此，对可有助于废料如下水道污泥中存在的磷的回收和有利再利用的技术存在越来越多的兴趣。
由于难以在大城市周围找到可接受大体积污泥的农业土地，而且由于关于下水道污泥中污染物如重金属、有机污染物和病原体的含量的问题，因此越来越多的国家已经减少用下水道污泥进行施肥。焚化被实践为减少下水道污泥的体积并且在处置之前破坏有机污染物和病原体的解决方案。
脱水的下水道污泥仍含有可观的水量(约70-80％)，水是微生物中呈细胞内水形式的主要部分。因此，必须干燥下水道污泥，至约40％干燥物质以能够焚化。已经在几个国家建立了用于下水道污泥单焚化的专用设备。在这些设备中，在焚化之前用回收热干燥进来的下水道污泥。
单焚化下水道污泥的灰含有约6-14重量％磷，其稍微低于作为无机磷肥料的典型生产原料的磷酸盐岩中的磷浓度(例如12-16重量％磷)。90％以上在污水中存在的磷还见于灰中。由于与钙、铁或铝结合，因此灰中存在的磷不溶于水。因此，灰的磷肥价值低。此外，重金属在灰中增浓并且阻碍灰直接再循环到耕地中。
除单焚化以外，下水道污泥也可以与生物质如碎木块等共同焚化。这种方法的优势在于不需要下水道污泥焚化的专用设备。可在用于废物焚化的常规设备中焚化下水道污泥与生物质的混合物而不用预先干燥混合物。然而，共同焚化下水道污泥与生物质的后果在于灰中的磷浓度降低，通常低于5％。
已经开发出许多方法从单焚化的下水道污泥回收磷，因为其磷含量高。
日本专利9145038描述了基于将灰加热到最多1,400℃以气化元素磷的方法，元素磷在水中冷凝并且氧化得磷酸。这种方法的缺陷在于加热污泥灰以蒸发磷需要大量的能量并且磷回收效率因形成磷酸铁矿渣而适度。
已公布的欧洲专利申请EP2016203(A1)描述了一种从污泥灰热化学去除重金属的方法。该方法基于将土金属氯化物添加到灰中并且加热到900℃以上以蒸发重金属氯化物。这种方法的缺陷在于加热的能量需求大、残留物中的磷不溶于水(低肥料价值)，并且残留物中的磷浓度因被保留在灰中的元素以及所添加的化学物质稀释而降低。共同焚化的最初具有相对低的磷浓度的污泥灰的处理或许将引起产物中的磷含量过低。
已公布的国际专利申请WO 00/50343描述了一种使用离子交换从灰浸出液中回收铁、铝和磷的方法。该方法的缺陷包括由于需要过量的再生化学物质和回收浓度相对低的溶液所造成的高成本。
在已公布的国际专利申请WO 2008/115121中，公开了用于磷回收的方法和配置。该方法适用于从灰浸出液中回收磷。用无机酸再生的强阳离子交换树脂进行铁和铝的分离。缺点类似于公开WO 00/50343并且包括由需要大过量的再生化学物质所造成的高成本、因酸污染而使回收铁和铝产品的价值有限、低浓度，并且不可能单独地回收铁和铝。
Schaum等人在一个会议(Conference on the Management of ResiduesEmanating from Water and Wastewater Treatment，2005年12月8日，约翰内斯堡，南非)中描述了一种从污泥灰回收磷的方法。该方法基于在硫酸中溶解单焚化的污泥灰，接着将氢氧化钠添加到浸出液中以使主要由磷酸铝组成的产物沉淀。该方法的缺陷包括由使用昂贵的氢氧化钠所造成的高成本以及所回收的磷酸铝产物的价值有限。磷酸铝具有极低的水中溶解度，因此当用作肥料时不能以对于作物足够的速率释放磷。此外，铝对设备具有毒性。磷酸铝的肥料价值因此极低。
Franz在一个科学出版物(Waste Manag.2008；28(10):1809-18)中描述了一种回收磷的方法，该方法基于在硫酸中溶解污泥灰，接着用石灰使磷从浸出液中沉淀。该方法的缺陷包括由所形成的石膏稀释造成所回收的产物中的P含量低、产物中的毒性铝的量可观，并且因以不溶于水的形式结合而使磷的设备利用率低。产品的肥料价值因此极低。
Dittrich等人在一个会议(International Conference on Nutrient Recoveryfrom Wastewater Streams，温哥华，2009)中描述了从污泥灰回收磷的方法，其基于在盐酸中溶解污泥灰，接着用叔胺336溶剂萃取铁和重金属，然后使磷以与石灰一起的磷酸铝和磷酸钙的形式沉淀。该方法的缺陷包括盐酸比硫酸的成本更高、再生叔胺336溶剂需要使用成本高的碳酸铵与盐酸、产生大量必须处置的沉淀铁以及重金属、回收呈不溶于水的磷酸钙与磷酸铝的具有低肥料值的混合物的磷。
已公布的国际专利申请WO 03000620描述了一种污泥处理方法，其包括以下步骤：将污泥放到对水超临界的条件中、将氧化剂尤其是氧添加到污泥中、从水和从在氧化期间所形成的二氧化碳分离磷，以及借助于将磷溶解于碱中回收磷。该方法的主要缺陷是要求通过超临界水氧化处理污泥，这是复杂的。如果将磷溶解于碱中的原理应用于污泥灰，那么回收率极低，通常低于10％。
需要一种从含有磷以及铁和铝中至少一个的材料例如污泥灰中回收磷的方法，其中大部分磷可以没有重金属的有价值形式回收，其可用于以高的设备利用率或作为馈料磷酸盐来制造肥料。此外，该方法应能够处理任何类型的污泥灰而与废水处理厂中所用的沉淀化学物质无关。磷回收应为成本有效的并且能够处理具有低磷含量的灰如共同焚化的污泥灰。此外，需要分离和回收灰中存在的其它元素如钙、铁、铝、重金属等以增加元素在社会的再循环并且减少处置灰残留物的需要。
发明概要
本发明的一般目的在于提供一种处理含有磷以及铁和铝中至少一个的材料以回收元素以进行再利用的方法。本发明的另一目的在于实现从含有磷以及铁和铝中至少一个的材料以降低运输成本的浓缩形式回收磷。本发明的又一目的在于实现以环境友好并且成本有效的方式将回收磷处理成纯的和有价值的形式。
通过根据所附专利权利要求书的方法和装置达到上述目的。一般来说，第一方面，浓缩磷酸盐化合物的方法包括将包含污泥灰的原料溶解于盐酸中。污泥灰包含磷以及铁和铝中至少一个。在溶解之后分离不溶性残留物，从而形成第一浸出液。此第一浸出液具有磷对三价铁与铝的总和的摩尔比。将此摩尔比控制为大于1。在分离不溶性残留物之后，将碱添加到第一浸出液中。以使得包含铁和铝中至少一个的磷酸盐化合物从第一浸出液沉淀的量添加碱。从第一浸出液去除沉淀磷酸盐化合物。在去除沉淀磷酸盐化合物之后，将硫酸添加到第一浸出液中，使得硫酸盐化合物沉淀。将沉淀硫酸盐化合物与第一浸出液分离。在分离沉淀硫酸盐化合物之后回收浸出液的至少一部分，作为用于溶解污泥灰的盐酸。
第二方面，产生磷酸盐化合物的方法包括根据第一方面浓缩磷酸盐化合物的方法以及回收磷酸盐化合物的方法。
第三方面，用于浓缩磷酸盐化合物的系统包括灰浸出反应器、残留物分离器、碱混合配置、磷酸盐分离器、硫混合配置、硫酸盐分离器和回收配置。灰浸出反应器经配置以将包含污泥灰的原料溶解于盐酸中。污泥灰包含磷以及铁和/或铝。使残留物分离器与浸出反应器连接。残留物分离器经配置以从灰浸出反应器分离不溶性残留物。从而形成第一浸出液。第一浸出液具有磷对三价铁与铝的总和的摩尔比。用于浓缩磷酸盐化合物的系统进一步包括用于控制摩尔比大于1的构件。在残留物分离器之后连接碱混合配置。碱混合配置经配置以将碱添加到第一浸出液中。添加碱使得包含铁和/或铝的磷酸盐化合物从第一浸出液沉淀。使磷酸盐分离器与碱混合配置连接。磷酸盐分离器经配置以从第一浸出液去除经沉淀的磷酸盐化合物。在磷酸盐分离器之后连接硫混合配置。该硫混合配置经配置以将硫酸添加到第一浸出液中。添加硫酸使得硫酸盐化合物沉淀。使硫酸盐分离器与硫混合配置连接。硫酸盐分离器经配置以从第一浸出液分离经沉淀的硫酸盐化合物。在硫酸盐分离器的出口与灰浸出反应器的入口之间连接回收配置。该回收配置经配置以回收浸出液的至少一部分。
第四方面，产生磷酸盐化合物的系统包括根据第三方面浓缩磷酸盐化合物的系统以及回收磷酸盐化合物的系统。
第五方面，回收磷酸盐化合物的方法包括提供包含磷酸铁的馈料液。从含第一有机溶剂的馈料液萃取铁。第一有机溶剂包含磷酸三丁酯、改性剂和稀释剂。萃取产生已去除铁的馈料液。使用水或稀酸从第一有机溶剂中洗提所萃取的铁。在洗提之后回收第一有机溶剂，以用于随后的铁萃取。通过从含第二有机溶剂的已去除铁的溶液萃取磷酸从已去除铁的馈料液回收磷酸盐化合物。第二有机溶剂包含磷酸三丁酯以及优选地改性剂和稀释剂。第二有机溶剂含有浓度高于第一有机溶剂的磷酸三丁酯。回收产生已去除磷的馈料液。通过水溶液从第二有机溶剂洗提经萃取的磷酸。在洗提经萃取的磷酸之后回收第二有机溶剂，以用于从已去除铁的溶液萃取磷酸。
第六方面，回收磷酸盐化合物的方法包括将磷酸盐化合物由碱性溶液溶解成浸出液中。磷酸盐化合物包含铝。将石灰添加到浸出液中，从而使得磷酸钙沉淀。将经沉淀的磷酸钙与浸出液分离。在经沉淀的磷酸钙的分离之后回收浸出液以用于由碱性溶液对磷酸盐化合物的溶解。在分离经沉淀的磷酸钙之后将酸添加到浸出液的至少偏离部分，从而使得氢氧化铝沉淀。将沉淀的氢氧化铝与浸出液的偏离部分分离。
第七方面，产生磷酸盐化合物的方法包括浓缩磷酸盐化合物的方法以及根据第六方面回收磷酸盐化合物的方法。磷酸盐化合物包含铁。回收磷酸盐化合物的方法包括在添加石灰之前进一步从浸出液过滤氢氧化铁。浓缩磷酸盐化合物的方法包括将包含污泥灰(其包含磷和至少铁)的原料溶解于包含无机酸的液体中。分离来自溶解的不溶性残留物，从而形成一级浸出液。在分离不溶性残留物之后，将来自回收磷酸盐化合物的方法的包含经过过滤的氢氧化铁的至少一部分的碱添加到一级浸出液中。这使得至少包含来自一级浸出液的铁的磷酸盐化合物沉淀。从一级浸出液去除经沉淀的磷酸盐化合物以在回收磷酸盐化合物的方法中用作磷酸盐化合物。
第八方面，用于回收磷酸盐化合物的系统包括用于提供包含磷酸铁的馈料液的配置、铁萃取器区段和磷酸盐回收区段。铁萃取器区段与用于提供馈料液的配置的出口连接。铁萃取器区段经配置以从含第一有机溶剂的馈料液萃取铁，从而产生已去除铁的馈料液。第一有机溶剂包含磷酸三丁酯、改性剂和稀释剂。铁萃取器区段经进一步配置以使用水或稀酸从第一有机溶剂洗提所萃取的铁。铁萃取器区段经进一步配置以在洗提之后回收第一有机溶剂以用于萃取铁。在来自铁萃取器区段的已去除铁的馈料液的出口之后连接磷酸盐回收区段。磷酸盐回收区段又包括配置以从含第二有机溶剂的经过去除的溶液萃取磷酸从而产生已去除磷的馈料液的磷酸萃取器。第二有机溶剂包含磷酸三丁酯以及优选地改性剂和稀释剂。第二有机溶剂含有浓度高于第一有机溶剂的磷酸三丁酯。磷酸洗提器经配置以洗提从第二有机溶剂通过水溶液所萃取的磷酸。回收配置经配置以使第二有机溶剂从磷酸洗提器的输出回收到磷酸萃取器的输入。
第九方面，用于回收磷酸盐化合物的系统包括溶解反应器、混合体积、第一固体/液体分离器、回收配置、铝去除体积和第二固体/液体分离器。溶解反应器经配置以将含磷酸盐化合物溶解于碱性溶液中成为第二浸出液。磷酸盐化合物包含铝。混合体积与溶解反应器连接并且经配置以将石灰添加到第二浸出液中，从而使得磷酸钙沉淀。第一固体/液体分离器与混合体积连接并且经配置以将在混合体积中沉淀的磷酸钙与第二浸出液分离。在混合体积与溶解反应器之间连接回收配置，并且该回收配置以在第一固体/液体分离器之后回收第二浸出液的至少一部分以在溶解反应器中用作碱性溶液的至少一部分。铝去除体积与第一固体/液体分离器连接并且经配置以在第一固体/液体分离器之后接受第二浸出液的至少流出物并且添加酸以使氢氧化铝沉淀。第二固/液分离器经配置以从流出物分离经沉淀的氢氧化铝。
本发明的一个优势在于其允许从例如污泥灰以优质产品如磷酸、磷酸钙、磷酸铵、石膏、氯化铁、硫酸铁、氢氧化铝、氢氧化铁、重金属硫化物等的形式以环境友好且成本有效的方式萃取磷、钙、铝、铁和重金属。本发明的另一优势在于磷可作为高质量的即对植物具有高磷可用性并且重金属污染较小以用作肥料或用作纯磷酸盐以用作馈料补充物的可溶于水的浓缩无机产物来回收。与详细描述中的不同实施方案关联讨论其它目的和优势。
附图简述
本发明连同其其它目的和优势一起可以通过参考以下描述结合附图来更好地理解，在附图中：
图1是产生磷酸盐化合物的系统的一个实施方案的方框图；
图2是浓缩磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的步骤流程图；
图3是浓缩器配置的一个实施方案的方框图；
图4是浓缩器配置的另一实施方案的方框图；
图5A至图5D是浓缩磷酸盐化合物的方法的实施方案的部分流程图；
图6是浓缩器配置的另一实施方案的方框图；
图7A至图7B是浓缩磷酸盐化合物的方法的实施方案的部分流程图；
图8是浓缩器配置的另一实施方案的方框图；
图9是浓缩磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的部分流程图；
图10至图11是浓缩器配置的其它实施方案的方框图；
图12是浓缩磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的部分流程图；
图13是回收磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的步骤流程图；
图14是回收器配置的一个实施方案的方框图；
图15是回收器配置的一个实施方案的局部方框图；
图16是回收磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的部分流程图；
图17是回收器配置的一个实施方案的局部方框图；
图18是从使用由含30％TBP、30％十二烷醇的煤油组成的溶剂的人造馈料液的三价铁萃取等温线；
图19是回收磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的部分流程图；
图20是从使用由含30％TBP、30％十二烷醇的煤油组成的溶剂的三价铁洗提曲线；
图21是回收器配置的一个实施方案的局部方框图；
图22是在使用含80％TBP的煤油作为溶剂的背景AlCl3(59g/l)和CaCl2(200g/l)中的H3PO4萃取等温线；
图23是回收磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的步骤流程图；
图24是与回收器配置连接使用的去除铝配置的一个实施方案的局部方框图；
图25是回收磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的部分流程图；
图26是用于回收磷和铝以及可能的铁的配置的一个实施方案的方框图；
图27是用于回收磷和铝以及可能的铁的方法的一个实施方案的流程图；
图28是回收器配置的一个实施方案的方框图；
图29是回收磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的部分流程图；
图30是产生磷酸盐化合物的系统的一个实施方案的方框图；
图31是产生磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的流程图；
图32是说明洗提曲线的图；
图33是浓缩器配置的一个实施方案的方框图；
图34是浓缩磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的部分流程图；并且
图35是浓缩器配置的一个实施方案的方框图。
详述
在本公开中的一些常用术语解释如下：
溶剂：液相，典型地是有机的，其优先溶解可从水溶液中萃取的溶质物质。
萃取剂：可实现萃取的溶剂的活性组分，典型地是有机的。
液-液萃取：通过在不混溶相(其中至少一相典型地是有机液体)之间的传质从混合物中分离一种或多种溶质。
稀释剂：液体，典型地是有机的，其中溶解萃取剂和改性剂以形成溶剂。
改性剂：将物质添加到溶剂中以提高萃取剂、萃取剂的盐或来源于萃取或洗提的离子种类的溶解度。还添加以抑制乳液形成。
洗提：从负载溶剂洗脱。
洗涤：在洗提之前从负载溶剂选择性去除杂质。
萃余液：已经通过萃取去除溶质的水相。
在整个图式中，相同参考数字用于类似或对应的元件。
当处理包含相对低浓度的磷的原料时，存在明显大量的必须以不同方式回收、处理或沉积的残留物质。这些残留物质在典型情况下，体积比所要求的最终磷产品大得多。由于其余产物或副产物的这些大体积，因此这些原料的处理在某些情况下优选地在原料变得可得的地点进行。运输这种低浓度原料将显然产生大的成本以及会占据大的运输能力。这意指处理典型地将在许多不同地点进行。然而，用于提供适用于例如施肥目的的磷化合物的大多数方法需要相对复杂的配置。对于这种处理，较集中的处理将为优选的。
为了至少部分地满足这两种偏好，产生利用中间磷产物的构思。图1中示意性说明了这些基本理念。将产生磷酸盐化合物的系统1图解为具有包括浓缩器2，即浓缩磷酸盐化合物的系统的第一部分，以及包括回收器3，即回收磷酸盐化合物的系统的第二部分。在得到中间磷酸盐产物10的浓缩器2中处理典型地具有相对低的磷含量的原料4。中间磷酸盐产物10具有含量高于原料4的磷酸盐，因此易于运输。在本发明的构思中，用盐酸5、碱6和硫酸7处理原料4，典型地是污泥灰，从而产生包含磷酸铁和/或磷酸铝和磷酸钙的中间磷酸盐产物。浓缩器2产生呈不溶于盐酸和硫酸盐9中的化合物形式的残留物8。在浓缩器2中如由椭圆箭头17所说明内部回收盐酸的主要部分。在优选实施方案中，浓缩器2从中间磷酸盐产物中去除重金属和离子如Mg、Mn、K和Na的至少主要部分，并且钙的主要部分优选地作为石膏来回收。在具体实施方案中，二价铁可用氢氧化亚铁形式回收。
中间磷酸盐产物10具有相对高的磷酸盐含量。中间磷酸盐产物10因此可以按照原样用作如虚线箭头11所说明的各种其它方法的原料。也可以在别处提供类似类型的中间磷酸盐产物并且使其进入用于产生磷酸盐化合物的系统1，如虚线箭头12所说明。中间磷酸盐产物10如果源于污泥灰那么还具有铁含量，因此典型地不适用作肥料物质。因此将中间磷酸盐产物10提供到回收器3中，从而得到最终的磷酸盐化合物产品14，其典型地可直接用作例如肥料或馈料磷酸盐。
在本发明的构思中，产生两种处理中间沉淀物的优选方式。然而，也可以利用回收磷酸盐化合物的任何其它方法。在第一方法中，将中间磷酸盐产品10提供到馈料液中，例如通过用包含至少盐酸13的液体溶解来实现。在一种萃取方法中，萃取铁化合物15和铝和/或钙化合物16，留下最终的磷酸盐化合物产品14。萃取方法优选地通过溶剂再循环来操作，如椭圆箭头18所说明。
在第二方法中，将中间沉淀物10提供到馈料液中，例如通过用包含至少氢氧化钠13的液体溶解来实现。在一种沉淀方法中，使铁化合物15和铝和/或钙化合物16与最终的磷酸盐化合物产品14分离。沉淀方法优选地通过碱性溶液再循环来操作，如椭圆箭头18所说明。
根据图1，可了解，浓缩器2和回收器3分别操作为中间磷酸盐产品10的生产者和消耗者，因此是同一个常见发明构思的方面。在一种典型的系统配置中，许多回收器3接受来自许多浓缩器2(典型地大于回收器3的数目)的中间磷酸盐产品10。
除本发明的上述一般目的以外，存在优选实施方案的其它一般目的和目的。几个实施方案中的一个的一个其它目的在于实现将回收的磷处理成纯的并且有价值的形式如磷酸、磷酸钙、磷酸铵等，其可容易地用于施肥或馈料目的。几个实施方案中的一个的另一目的在于可实现重金属分离以进行进一步的处理或处置。几个实施方案中的一个的另一目的在于可实现重金属选择性沉淀而无明显的铁共同沉淀。几个实施方案中的一个的又一个目的在于可实现以适用于石膏板制造、肥料制造、适用作纸中填料材料的纯石膏形式从污泥灰回收钙。几个实施方案中的一个的又一个目的在于将在处理后的残留灰的重量减到明显低于其原重。几个实施方案中的一个的其它目的在于实现以适用作废水处理中的凝结剂的氯化铁或硫酸铁的形式从污泥灰部分回收三价铁。几个实施方案中的一个的其它目的在于实现以适用于制造硫酸亚铁或氯化亚铁凝结剂的氢氧化亚铁的形式回收二价铁。几个实施方案中的一个的又一个目的在于实现以适用于制造硫酸铝或氯化铝凝结剂的氢氧化铝的形式回收铝。几个实施方案中的一个的另一目的在于实现使用低成本二氧化碳来制造氢氧化铝。几个实施方案中的一个的另一目的在于实现用低成本硫酸进行盐酸再生。几个实施方案中的一个的又一个目的在于实现使质子从硫酸完全离解并从而提高硫酸的化学效率。几个实施方案中的一个的另一目的在于实现用低成本石灰进行氢氧化钠再生。几个实施方案中的一个的又一个目的在于通过实现内部再利用氢氧化铁以除磷并且控制pH值来实现高化学效率。几个实施方案中的一个的另一目的在于实现随后用具有相同组分(萃取剂、改性剂、稀释剂)但是仅浓度不同的溶剂选择性萃取铁和磷，从而避免一种溶剂被其它溶剂污染的问题。几个实施方案中的一个的又一个目的在于实现使用稀酸来溶解灰并仍获得所回收的高浓度产品。由于低粘度以及在较高pH值下对重金属沉淀的较低溶解度，因此使用稀酸来溶解可实现容易地过滤残留物和沉淀产品。
在下文，详述从污泥灰回收磷的方法。然而，虽然是一种有利的方法，但是本发明不限于从污泥灰回收磷，但是适用于许多不同的提供磷酸根离子、铁离子和/或铝离子的系统。可将具有较小修改的类似方法用于例如从含有磷酸铁和/或磷酸铝矿物、磷酸铁和/或磷酸铝污泥、磷酸铁和/或磷酸铝的工业废液等萃取磷。
一般来说，可使用任何强无机酸以溶解污泥灰。唯一要求在于在溶解期间的pH值应低于2，并且优选地低于1.5以实现明显的磷分解。硫酸是低成本无机酸，因此通常被选作例如根据上述先前技术现状进行溶解的优选酸。然而，使用硫酸来溶解灰与几个缺陷关联。焚化的下水道污泥的灰通常含有大量钙，最多约20重量％。当硫酸用于溶解灰时，使硫酸盐与溶解的钙反应形成二水合石膏(CaSO4·2H2O)。沉淀的石膏与灰中的不溶物质如铁氧化物、硅酸盐等混合。石膏残留物混合物通常接收红色、棕色或深灰色的高饱和色。石膏因此受到污染并且难以找到用途。应用如制造石膏板、纸中的填料材料等需要较高质量的石膏。综上所述，用硫酸溶解灰得到低质量残留物，其量可甚至大于灰的初始量。
使用硫酸来溶解灰的另一缺点在于，在低pH值水平(pH<4)下，在灰溶解期间硫酸(pKa2＝1.99)不会完全解离并且仅贡献一个质子而非两个质子。用于溶解的硫酸的效率从而在低pH值水平下降低。
使用硫酸来分解灰的另外的缺陷与从浸出液回收磷关联。将稍后在文本中讨论这些缺陷。
因为使用硫酸来溶解灰与几个缺陷关联，所以可以考虑使用其它酸来溶解灰，如盐酸。使用盐酸来溶解灰的主要缺陷是与硫酸相比盐酸的成本较高。
根据本发明，将至少包含盐酸的液体用于灰溶解。然而，代替连续消耗盐酸，其用硫酸通过在分离磷化合物之后进行石膏沉淀来再生，如稍后将在说明书中所述。以此方式，低成本硫酸是消耗物质，而将再生盐酸再用于灰溶解。以这种方式，硫酸使用的最终效率是高的，因为硫酸的两个质子都间接地贡献于在低pH值下的灰溶解。在根据本发明溶解灰期间的化学效率因此大大地高于技术现状。
污泥灰主要包含元素O、Si、P、Ca、Fe和Al。表1示出了污泥灰的五个不同实施例的元素组成。从下水道污泥的单焚化获得灰A、B和D，而从下水道污泥与碎木块的共同焚化获得灰C和E。表1还描述了在废水处理厂中用于磷沉淀的化学物质的种类。通常使用磷沉淀化学物质的三个不同组：
1)基于铁(III)的沉淀化学物质，如氯化铁(FeCl3)或硫酸铁(Fe2(SO4)3)，
2)基于铁(II)的沉淀化学物质，如硫酸铁(FeSO4)或氯化铁(FeCl2)，以及
3)基于铝的沉淀化学物质，如氯化铝(AlCl3)或硫酸铝(Al2(SO4)3)。
表1.焚化的下水道污泥的灰的元素组成(重量％)。
从表1可见，共同焚化的污泥灰的磷浓度(约4％P)低于单焚化的污泥灰的磷浓度(约8％P)。
根据本公开预期的方法在于用盐酸溶解污泥灰并此后使包含磷的化合物沉淀。通过调节pH值，在一些实施方案中优选地通过使用石灰引起沉淀。在方法后期，添加硫酸并且如上文提及，使呈纯石膏形式的钙沉淀。同时再生盐酸以再利用。用盐酸溶解灰接着用石灰进行沉淀的主要优势在于形成具有低浓度除铁、铝或钙以外的元素的浓缩磷产品。
相反地，如果例如根据Franz(参见上文)将硫酸用于灰溶解接着进行石灰添加，那么沉淀中的磷浓度较低。随石灰添加的钙与浸出液中的硫酸盐反应形成石膏，其连同磷一起沉淀并从而大大稀释沉淀的磷。可能例如根据Schaum等人(参见上文)使用氢氧化钠而非石灰来避免石膏形成。然而，使用氢氧化钠较昂贵，因此不将其视为最经济的选择。然而，当使用上述预期的方法时出现另一问题。当测试将污泥灰溶解于盐酸中并且用石灰沉淀磷的方法时，惊人地发现，当将灰A溶解于盐酸例如6升1M HCl/kg灰中时，向过滤的浸出液中添加石灰引起形成结合溶解反应器中的所有水的浓稠凝胶。不可能过滤凝胶，其会导致非操作过程。
用硫酸例如6升1M H2SO4/kg灰来溶解灰A并且用石灰沉淀磷(例如根据Franz)的测试不会引起任何类似的凝胶形成。实际上，磷以易于过滤形式沉淀。因此推断形成凝胶与使用盐酸来溶解灰相关。用盐酸溶解灰C并且用石灰沉淀磷的测试再次引起形成浓稠凝胶，其使得该过程具有非操作性。然而，当灰B、D和E溶解于盐酸中并且磷用石灰沉淀时，不会形成凝胶。实际上，沉淀的磷呈易于过滤的形式。
用人造溶液进行的广泛实验鉴别了形成凝胶的条件。将实验结果概述于表2中。
表2示出了通过添加纯的化学物质(铁、铝和磷)所制备的人造浸出液的元素组成。表2进一步示出了与所添加金属(氯化物或硫酸盐)以及铁形式(II或III价)缔合的阴离子的类型。将石灰添加到人造溶液中并且表2进一步示出了凝胶是否形成。
从表2可见，当人造溶液中的P/[Fe(III)+Al]摩尔比≤1时并且当氯离子是阴离子时会形成凝胶。在P/[Fe(III)+Al]摩尔比>1下，甚至当氯离子是阴离子时也不会形成凝胶。如果硫酸根是阴离子，那么与上述比率无关地，不会形成凝胶。铁(II)不会促进凝胶形成，因为甚至在P/[Fe(II)+Al]摩尔比<1下也不会形成凝胶。进一步地，推断如果金属浓度足够大，那么可在缺乏磷的仅由氯离子形式的Fe(III)或Al组成的溶液中形成凝胶。然而，存在磷会增强凝胶的形成。
P(M) Al(M) FeIII(M) FeII(M) P/(Al+Fe) 凝胶 阴离子 备注
0,3 0,14 0 0 2,1 否 Cl
0,3 0,14 0,05 0 1,6 否 Cl
0,3 0,14 0,1 0 1,3 否 Cl
0,3 0,14 0,15 0 1,0 是 Cl
0,3 0,14 0,3 0 0,7 是 Cl
0,3 0,03 0,1 0 2,3 否 Cl
0,3 0,1 0,1 0 1,5 否 Cl
0,3 0,15 0,1 0 1,2 否 Cl
0,3 0,2 0,1 0 1,0 是 Cl
0,3 0,4 0,1 0 0,6 是 Cl
0,3 0,07 0,05 0 2,5 否 Cl
0,3 0,07 0,1 0 1,76 否 Cl
0,3 0,07 0,15 0 1,36 否 Cl
0,3 0,07 0,3 0 0,81 是 Cl
0,3 0,07 0,45 0 0,58 是 Cl
0,3 0,07 0,3 0 0,81 否 SO4
0,3 0,07 0,45 0 0,58 否 SO4
0,3 0,07 0 0,3 0,81 否 Cl
0,3 0,07 0 0,45 0,58 否 Cl
0,3 0 0,3 0 1 是 Cl
0,3 0 0,375 0 0,8 是 Cl
0,3 0 0,6 0 0,5 是 Cl
0 0 0,3 0 - 是 Cl i
0 0 0,375 0 - 是 Cl ii
0 0 0,6 0 - 否 Cl iii
0 0,03 0 0 - 否 Cl iv
0 0,1 0 0 - 否 Cl v
0 0,15 0 0 - 否 Cl vi
0 0,2 0 0 - 否 Cl vii
0 0,4 0 0 - 否 Cl viii
0,15 0,3 0 0 0,5 是 Cl ix
表2.人造浸出液的元素组成以及在添加石灰后是否形成凝胶的告示i)凝胶形成并溶解，最终pH＝10,7，ii)凝胶形成并溶解，最终pH＝8,02，iii)仍没有凝胶，pH＝1,3,iv)初始pH＝3,5，最终pH＝12，v)初始pH＝3,1，最终pH＝10,4,vi)初始pH＝2,96，最终pH＝8,55，vii)初始pH＝2,86，最终pH＝4,14，viii)初始pH＝2,51，最终pH＝3,73，ix)凝胶形成并溶解，最终pH＝7,6。
进一步观测到凝胶形成还取决于溶液的pH值。凝胶会在约2-5的pH值水平下形成并且在碱性pH值下溶解。因为磷沉淀通常发生在2-5的pH值水平下，所以凝胶形成使得该过程具有非操作性。
还没有完全了解凝胶形成的机制。然而，因为铝和铁(III)可根据pH在溶液中形成不同的水合离子，所以相信这些离子引起形成凝胶。用来自污泥灰的浸出液的实验证实凝胶形成与P/[Fe(III)+Al]摩尔比关联。
用灰浸出液并且用添加有不同添加剂如磷(呈磷酸铵或磷酸形式)、铁(呈FeCl3形式)、铝(呈AlCl3形式)或用于将二价铁氧化成三价铁的过氧化氢(H2O2)的灰浸出液进行实验。
将实验概括于表3中，表3示出了灰浸出液的元素组成、添加剂类型、用于溶解的酸的种类(阴离子类型：氯离子或硫酸根)以及在添加石灰后是否形成凝胶。
从表3可见，向最初在添加石灰后形成凝胶的灰(灰A和C)中添加磷解决了问题并且没有形成凝胶。不会形成凝胶的P/[Fe(III)+Al]摩尔比(根据表3为>1.6)高于人造溶液的所得(根据表2为>1)。据信此可为溶液中其它溶解的离子的作用。因为在一例中比率1.4不会形成凝胶，所以据信灰溶液中凝胶形成的实际限度取决于溶液的离子组成而在1与1.6之间变化。
灰 添加剂 P(M) Al(M) Fe(M) P/(Al+Fe) 凝胶 阴离子
A 无 0,27 0,14 0,02 1,60 是 Cl
A 无 0,3 0,17 0,03 1,5 否 SO4
B 无 0,32 0,07 0,15 1,40* 否 Cl
D 无 0,20 0,08 0,01 2,17 否 Cl
C 无 0,13 0,08 0,01 1,36 是 Cl
B Al 0,28 0,16 0,15 0,92* 否 Cl
B Fe(III) 0,32 0,07 0,25 0,99* 否 Cl
B Fe(III) 0,32 0,07 0,11# 1,78 否 Cl
B Al 0,32 0,37 0,15 0,62* 是 Cl
B Fe(III) 0,32 0,07 0,36 0,75* 是 Cl
A P 0,67 0,14 0,02 4,19 否 Cl
C P 0,38 0,10 0,02 3,22 否 Cl
A Fe(III) 0,27 0,14 0,23 0,73 是 Cl
E 无 0,16 0,02 0,06 1,82 否 Cl
E H2O2 0,16 0,02 0,06 1,82 否 Cl
B H2O2 0,32 0,07 0,15 1,40 否 Cl
表3示出了灰浸出液的元素组成、添加剂种类以及在添加石灰后是否形成凝胶的告示。*呈铁Fe(II)形式的Fe的主要部分，#仅呈现所添加的Fe(III)。
一般来说，可基于在废水处理厂中用于磷沉淀的化学物质(三价铁、二价铁或铝)来鉴别三种主要类型的污泥灰。三种不同的灰类型在溶解和磷沉淀期间表现不同，因此不同灰类型可需要稍有不同的详细处理。
污泥灰中的三价铁(Fe3+)大部分以酸不溶形式存在。因此，从将三价铁用作磷沉淀化学物质的污泥灰的铁溶解是较小的，通常低于10重量％。相反地，污泥灰中的二价铁(Fe2 +)在酸中之溶解度明显较高。二价铁溶解度可达到50重量％。污泥灰中的铝在酸中之溶解度通常达到60-80重量％溶解度。
磷酸铁、磷酸亚铁、磷酸铝和磷酸钙的溶解度在不同pH值水平下不同。发现磷酸铁和磷酸铝可从pH值水平为约3的灰浸出液完全沉淀。然而，磷酸亚铁和磷酸钙的溶解度明显较高。磷酸亚铁或磷酸钙完全沉淀需要约5的较高pH值水平。
重金属磷酸盐的溶解度还依赖于pH值。然而发现磷可在低于3.5的pH值水平下以磷酸铁或磷酸铝形式选择性沉淀，而不与大量重金属共同沉淀。选择性一般会在较低pH值水平下提高。
还发现硫化铁从灰浸出液沉淀需要通常高于4的pH值水平，而重金属如Cu、Zn、Cd、Pb、As、Ni等在pH<4下较大部分沉淀为硫化物。这种现象使重金属硫化物甚至在溶液中高浓度铁存在下也能够选择性沉淀。因此可能在优选实施方案中使重金属直接从pH<1.5的灰浸出液中选择性沉淀为硫化物而不会使三价铁或二价铁共同沉淀为硫化物。还发现可能使重金属在磷在pH<3.5下沉淀之后选择性沉淀，再次没有明显的二价铁共同沉淀。这使二价铁与低重金属含量随后能够沉淀，如在文本中将与不同实施方案关联来进一步描述。
根据本公开，如上所讨论从回收的磷分离重金属存在三种主要的处理替代方案。第一替代方案在于用例如石灰在低于3.5的pH值水平下使磷酸铁和磷酸铝选择性沉淀而无明显的重金属共同沉淀。第二替代方案在于通过在磷沉淀之前添加硫化物来源如硫化钠使重金属以重金属硫化物形式沉淀。在此替代方案中，发生磷沉淀的pH值不限于3.5以下。第三替代方案在于在高于3.5的pH值水平下使磷连同重金属一起沉淀，并且在后续处理步骤中分离重金属，如稍后将在本公开中描述。
浓缩磷酸盐化合物的方法的一个实施方案由图2中的步骤流程图进行图解。程序始于步骤200。在步骤205中，将包含污泥灰的原料溶解于盐酸中。污泥灰包含磷以及铁和铝中至少一个。在步骤210中分离来自溶解步骤的不溶性残留物。从而形成第一浸出液。第一浸出液具有磷对三价铁与铝的总和的摩尔比。在步骤215中，将摩尔比控制为大于1，并且优选地大于1.6。步骤215可在步骤205和210之前、同时和/或之后并且在步骤220之前和/或同时发生，如将在下文进一步讨论。在步骤220中，在分离不溶性残留物的步骤之后，将碱添加到第一浸出液中。添加碱使得包含铁和铝中至少一个的磷酸盐化合物从第一浸出液沉淀。在一个具体实施方案中，将石灰用作碱，但是存在其它替代方案，如稍后在文本中所讨论。在步骤225中，从第一浸出液去除沉淀磷酸盐化合物。这些沉淀的磷酸盐化合物在本实施方案中形成先前所讨论的中间磷酸盐化合物。在去除经沉淀的磷酸盐化合物的步骤之后，在步骤240中向第一浸出液中添加硫酸。这种硫酸添加使得硫酸盐化合物沉淀。在具体实施方式中，这些硫化合物主要包含石膏。在步骤245中，从第一浸出液中分离经沉淀的硫酸盐化合物。在步骤248中，在分离经沉淀的硫酸盐化合物的步骤245之后回收浸出液的至少一部分。回收浸出液以作为溶解污泥灰的步骤205中的盐酸。将过程图解为在步骤249中结束，但是实际上将方法视为循环过程，其中回收盐酸以再次使用。可将步骤205至249的整个方框视为浓缩磷酸盐化合物的活动的集合201。
可用至少四种不同的方式或其组合进行摩尔比控制。第一替代方案在于在溶解原料的步骤期间将磷添加到第一浸出液中。第二替代方案在于在溶解原料的步骤之后将磷添加到第一浸出液中。第三替代方案在于将磷添加到原料中。第四替代方案在于不会使磷完全沉淀，而是在循环浸出液中留下过量的溶解磷。替代方案的选择取决于化学物质的可得性和原料的组成预测精度。
氟是可影响许多溶解状况的物质。使用污泥灰作为原料得到已知的优势：第一浸出液变得基本上没有氟，因为污泥灰中的氟含量实际上极低。
以相对浓缩的形成提供来自上述方法的沉淀的磷酸盐化合物。典型的合并的铁与铝含量高于5干重％并且可达到17％。磷含量一般高于13干重％并且可达到20％，考虑到运输条件其为有利的。
图3示出了浓缩磷酸盐化合物的系统2的一个实施方案的方框图。用于浓缩磷酸盐化合物的系统2包括灰浸出反应器20。灰浸出反应器20具有原料4的入口21以及用于溶解酸的入口24。溶解酸为盐酸23。原料4包含污泥灰29，其又包含磷以及铁和/或铝。灰浸出反应器20经配置以将原料4溶解于盐酸23中。残留物分离器25与浸出反应器20的出口22连接。残留物分离器25经配置以从灰浸出反应器20分离不溶性残留物8。从而形成第一浸出液26。第一浸出液26具有磷对三价铁与铝的总和的摩尔比。用于浓缩磷酸盐化合物的系统2进一步地包括用于控制摩尔比大于1、优选地大于1.6的构件30。用于控制摩尔比的构件30优选地包括另外含磷材料的入口。在一个具体实施方案中，用于控制摩尔比的构件30包括另外的原料31进入原料4流的入口，并且提供在第一浸出液26中连同原料4一起得到大于1、优选地大于1.6的比率的含磷原料。在另一具体实施方案中，用于控制摩尔比的构件30包括另外原料32的入口，并且将含磷材料直接供入灰浸出反应器20中，其会在第一浸出液26中连同原料4一起得到大于1、优选地大于1.6的比率。在又一个具体实施方案中，用于控制摩尔比的构件30包括另外的离子物质33的入口，并且将含磷物质直接供入第一浸出液26中，其会在第一浸出液26中得到大于1、优选地大于1.6的比率。在另一具体实施方案中，用于控制摩尔比的构件包括通过不从再循环溶液中完全去除磷而在再循环酸溶液中提供磷酸根离子。
在残留物分离器25的出口之后连接碱混合配置40。配置碱混合配置40以将碱6(在一些实施方案中优选为石灰)通过入口41添加到第一浸出液26中。添加碱6使得包含铁和/或铝的磷酸盐化合物从碱混合配置40内的浸出液沉淀。磷酸盐分离器45与碱混合配置40的出口42连接。磷酸盐分离器45经配置以通过沉淀的磷酸盐化合物出口44从浸出液去除经沉淀的磷酸盐化合物10。剩余浸出液46在一些实施方案中大致上没有磷酸盐。然而，在替代性实施方案中，如之前所讨论，磷沉淀并不进行到完全，其留下一些磷酸根离子在剩余酸溶液中再循环。
在浸出液46从磷酸盐分离器45离开的出口47之后连接硫混合配置50。硫混合配置50经配置以将硫酸7通过入口51添加到浸出液46中。添加硫酸使得硫酸盐化合物(典型地为石膏)发生沉淀。硫酸盐分离器55与硫混合配置50的出口52连接。硫酸盐分离器55经配置以通过沉淀的硫酸盐化合物出口54从浸出液56分离经沉淀的硫酸盐化合物9。
在硫酸盐分离器55的出口57与将酸提供到灰浸出反应器20中的入口24之间连接回收配置60。回收配置60经配置以从硫酸盐分离器55回收浸出液56的至少一部分作为回收的溶解酸61。在该过程期间任何盐酸损失都通过另外提供优选地盐酸5来补充，然而任何无机酸都可用于此目的。
根据本公开，存在几个详细的污泥灰处理选择，这取决于灰的类型、所需产品以及分离重金属的方式。下文根据不同实施方案给出几个实施例。
首先基于来源于污泥的灰描述了一些实施例，其中将二价铁用作沉淀化学物质。从污泥单焚化获得灰B(参考表1)，其中将二价铁用作沉淀化学物质。惊人地发现，虽然在800-1100℃下焚化会有效氧化有机物质，但是大量的二价铁保留在灰中。在焚化期间二价铁不会完全氧化成三价铁。
返回作为参考的图3，将灰29将溶解于盐酸23中。液体与固体的比率优选地在2l/kg与15l/kg之间，更优选地在5l/kg与7l/kg之间。设定盐酸23的浓度以获得低于pH 2并且更优选地低于pH 1.5的pH值水平。在室温下进行溶解。溶解时间通常在15分钟与120分钟之间。在溶解之后，在残留物分离器25中通过合适的固/液分离技术如过滤、移注、离心等分离不溶性物质8。
所得灰浸出液26中的P/[Fe+Al]摩尔比(在本实施例中关于灰B)高于1，并且铁的主要部分呈亚铁形式。这意指灰浸出液26将在添加石灰后不形成任何凝胶。因此，无需将磷源32添加到灰浸出反应器20中。用于控制摩尔比的构件30典型地仅监控浸出液26。
根据本公开，对灰B的处理存在几个替代方案，这例如取决于分离重金属的方式、用于磷沉淀的pH值和回收二价铁的方式。在下文中讨论一些不同的可能性。
表4示出了通过将灰B溶解于盐酸中并用石灰(Ca(OH)2)调节pH所形成的溶液的元素组成。从表4可见，在pH 3.5下不能实现磷的完全沉淀。在pH 3.5下仅约60％的磷沉淀，因为铁的主要部分呈亚铁形式。在pH 3.5下的沉淀主要由磷酸铁和磷酸铝组成，磷含量为约20重量％(参见表5)。
表4进一步地示出了在高于5的较高pH值下，磷完全沉淀。在约5的pH下，沉淀主要由磷酸钙和磷酸亚铁组成，磷含量为约16.5％(参见表5)。惊人地发现在高于pH 3.5下，相比于磷酸亚铁，磷优先地以磷酸钙形式沉淀(参见表5，沉淀由24％Ca和4.5％Fe组成)。因此可能用三价铁沉淀磷，铝和钙将溶解的二价铁留在溶液中。表4进一步示出，如果pH值另外提高至约pH 7，那么剩余二价铁则会完全沉淀。沉淀则主要由氢氧化亚铁组成(参见表5)。
pH Al Mn Fe Na Mg P S K Ca
1,5 0,64 0,23 3,63 0,44 1,11 5,01 0,37 1,14 8,12
3,5 0,00 0,20 2,21 0,42 1,12 2,10 0,36 0,87 13,91
5,4 0,00 0,16 1,62 0,41 1,12 0,01 0,28 0,85 12,79
7,16 0,00 0,09 0,07 0,42 1,06 0,05 0,28 0,88 13,89
表4.通过将污泥灰(B)溶解于盐酸中并此后用石灰调节pH值所获得的浸出液的元素组成(g/L)。
pH Al Mn Fe Na Mg P S K Ca
3,5 4,81 0,18 9,46 0,11 0,25 21,44 0,01 1,91 6,92
3,5-5,4 0,00 0,24 4,53 0,11 0,12 16,42 0,03 24,03
5,4-7,16 0,00 0,75 17,13 0,11 0,36 0,61 0,03 2,57
表5.通过将污泥灰(B)溶解于盐酸中并此后用石灰调节pH值所获得的沉淀的元素组成(重量％)。
以此方式，根据pH使磷沉淀一般存在三种不同的替代方案。第一替代方案在于在pH 2-3.5下使磷沉淀而无明显的重金属共同沉淀。第二替代方案在于在pH≤5下使磷完全沉淀。在那种情况下，沉淀的同时发生明显的重金属共同沉淀(如果在沉淀之前不去除重金属)。第三替代方案在于使磷分两部分沉淀：a)在pH 2-3.5下，没有明显的重金属共同沉淀，与b)在pH＜3.5-5下，有重金属共同沉淀。在磷沉淀之后，可通用石灰在约pH 7下以氢氧化亚铁形式进行沉淀过来回收剩余二价铁。
上文进一步讨论了去除重金属的不同方法。
在一个具体实施方案中，考虑在pH≤5下进行磷沉淀并且回收二价铁，参考图4。将灰溶解于盐酸中并且以上文进一步描述的方式分离不溶性物质。
在本实施方案中，将硫化物来源71如硫化钠添加到重金属去除配置70中的浸出液26中，使得重金属硫化物72沉淀。通过合适的固/液分离器74将重金属硫化物72与浸出液73分离。
在图5A中，示出本实施方案的步骤流程图。流程从图2中的步骤210开始。在步骤212中将硫化物添加到浸出液中以使重金属硫化物沉淀。在步骤213中将沉淀的重金属硫化物与浸出液分离。流程然后继续进行步骤220。换句话说，在将碱220添加到第一浸出液中的步骤之前进行添加硫化物212以及分离213沉淀的硫化物的步骤。优选地，所添加的硫化物包含硫化钠。
此后，参考图4和图2，将碱6(在本实施方案中为石灰)添加到经过过滤的浸出液中。在本实施方案中，选择碱6的量以调节pH到pH<7、优选地pH<5的水平。磷作为磷酸铁、磷酸铝和磷酸钙的混合物而沉淀。通过合适的固/液分离器如磷酸盐分离器45将沉淀的磷10与溶液分离。
在本实施方案中，参考图4，浸出液46在磷分离之后用另外的碱处理。为了此目的，将石灰81添加到二价铁去除配置80中以将pH调节到高于pH 5并且pH<12，优选地pH<7的水平。剩余的溶解二价铁然后主要作为氢氧化亚铁82来沉淀，其通过合适固/液分离器84与剩余浸出液83分离。此后可将回收的氢氧化亚铁82溶解于硫酸或盐酸中(未示出)，形成适用作废水处理厂中的磷沉淀化学物质的硫酸亚铁或氯化亚铁。
在图5B中，示出了这部分实施方案的步骤流程图。流程从图2的步骤225开始。在步骤226中，将另外的碱(例如石灰)添加到浸出液中以使氢氧化亚铁沉淀，或作为替代性磷酸亚铁而沉淀。在去除经沉淀的磷酸盐化合物的步骤之后进行添加，并且量使得第一浸出液的pH值在4与11之间。在步骤227中将沉淀的氢氧化亚铁(或磷酸亚铁)与浸出液分离。主要流程然后继续进行步骤238和/或240。在步骤230中，将分离的氢氧化亚铁溶解于硫酸或盐酸中。
在回收二价铁的一个替代性实施方案中，在磷沉淀之后直接将氧化剂如过氧化氢添加到经过过滤的浸出液中。溶解的二价铁从而氧化成三价铁，其在如氢氧化铁的较低pH下沉淀，将沉淀通过合适的固/液分离器与溶液分离。此后可将回收的氢氧化铁溶解于硫酸或盐酸中，形成适用作废水处理厂中的磷沉淀化学物质的硫酸铁或氯化铁。与图4中类似的配置可用于此替代方案。
该替代方案还描述于图5C中，其中示出了此部分实施方案的步骤流程图。流程始于图2的步骤225。在步骤228中，将氧化剂添加到浸出液中以将二价铁氧化成三价铁，三价铁随后作为氢氧化铁沉淀。在步骤229中将沉淀的氢氧化铁与浸出液分离。主要流程然后继续进行步骤238和/或240。在步骤231中，将分离的氢氧化铁溶解于硫酸或盐酸中。
在分离磷、铝、三价铁和二价铁后的浸出液83由氯化钙与低浓度的其它离子如Mg、Na、K等组成。通过去除来自循环液的流出物90中的离子来防止高浓度的其它离子如Mg、Na、K等的积累。
在图5D中，示出了本实施方案的步骤流程图。流程从步骤225、227或229开始。在步骤238中，流出物流偏离浸出液。在步骤239中从流出物流去除离子如Mg、Na、K等。在一个具体实施方案中，在去除经沉淀的磷酸盐化合物的步骤之后，以使得氢氧化镁和/或氢氧化锰沉淀的量将石灰添加到第一浸出液和/或流出物溶液中。使沉淀的氢氧化镁和/或氢氧化锰与第一浸出液和/或流出物溶液分离。
此后如上所述将硫酸7添加到浸出液中以使硫酸盐化合物9(在本实施方案中主要为石膏形式的钙)沉淀，并且使盐酸61再生以再用于灰溶解。使硫酸盐化合物9即石膏与浸出液56分离。发现所得石膏具有极高质量。石膏可用作造纸工业中的填料材料、用于制造石膏板等。
在另一具体实施方案中，考虑在pH<3.5下添加三价铁和磷沉淀，参考图6。将灰溶解于盐酸中并且以上文进一步描述的方式分离不溶性物质。
此后，将离子调适流75(在本实施方案中是三价铁来源，如氯化铁)通过离子调适器76添加到浸出液26中。以足以使磷的主要部分在pH<3.5下沉淀的量但以小于将导致在添加石灰后形成凝胶的量来添加三价铁来源75。
在图7A中，示出了本实施方案的步骤流程图。流程从步骤210开始。在步骤214中，调适浸出液中的离子比例以使磷的主要部分在pH＜3.5下沉淀，同时维持先前讨论的摩尔比高于1。换句话说，该方法包括调适第一浸出液中的离子比例的步骤，从而当第一浸出液中的磷酸盐摩尔含量高于在将碱添加到第一浸出液中的步骤中的预期沉淀的摩尔量时，在可作为磷酸盐化合物沉淀的阳离子与磷酸根离子之间的比率提高，从而保持摩尔比大于1。在本实施方案中，步骤214包括在将碱添加到第一浸出液中的步骤之前将三价铁或铝离子添加到浸出液中的步骤215。流程然后继续进行步骤220。
返回图6，此后将碱6(在本实施方案中为石灰)添加到浸出液中以调节pH。在本实施方案中，将pH调节到pH2-3.5，优选地pH 2-3的水平。然后使磷主要以磷酸铁和磷酸铝形式沉淀，而无明显的重金属和钙的共同沉淀。使沉淀的磷10与浸出液46分离。
表6示出了通过将灰B溶解于盐酸中、添加氯化铁并且用石灰(Ca(OH)2)调节pH值形成的溶液的元素组成。从表6可见，通过添加三价铁，大部分磷已经可在pH 2.78下连同三价铁和铝一起沉淀。
pH Al Mn Fe Na Mg P S K Ca 备注
1,5 1,98 0,05 8,60 0,48 1,28 9,88 0,44 0,29 9,15
0,97 2,00 0,07 14,15 0,49 1,28 10,01 0,44 0,29 9,25 *
2,78 0,00 0,06 6,20 0,43 1,33 1,58 0,44 16,96
10,87 0,00 0,00 0,00 0,36 0,00 0,00 0,19 20,79
表6.通过将污泥灰(B)溶解于盐酸中，接着添加氯化铁，此后用石灰调节pH所获得的浸出液的元素组成(g/l)。*在添加Fe(III)之后。
在本实施方案中，在磷酸盐化合物沉淀之后，在重金属去除配置70中，将硫化物来源71如硫化钠添加到浸出液46中，使得重金属硫化物72沉淀。通过合适的固/液分离器74使重金属硫化物72与浸出液73分离。此重金属去除配置70类似于图4中的重金属去除配置，但是配置在系统的另一部分中，即在磷酸盐化合物沉淀之后。
在图7B中，示出了本实施方案的步骤流程图。流程从步骤225开始。在步骤232中，将硫化物添加到浸出液中以使重金属硫化物沉淀。在步骤233中使沉淀的重金属硫化物与浸出液分离。流程然后继续进行步骤226、228、234、238或240。换句话说，在从第一浸出液去除235沉淀的磷酸盐化合物的步骤之后进行添加硫化物232和分离233沉淀的硫化物的步骤。如前文所提及，控制将碱添加220到第一浸出液中的步骤以得到在2与3.5之间的范围内的pH值，从而阻碍了重金属磷酸盐化合物的共同沉淀，并且因此可在磷酸盐沉淀之后处理重金属。
在分离重金属后，剩余过程可与如与图4关联讨论的程序类似地进行。
在另一具体实施方案中，考虑在pH<3.5下添加铝和磷沉淀。将图6用作参考，因为大部分相同，并且仅讨论了差异。
如上所述溶解和分离不溶性物质。
此后，将离子调适流75(在本实施方案中是铝源，如氯化铝)添加到浸出液26中。与先前实施方案类似地以足以使磷的主要部分在pH<3.5下沉淀的量但是小于将导致在添加石灰后形成凝胶的量添加铝源75。图7A还适用于本实施方案。
此后如先前实施方案中将石灰添加到浸出液中。
表7.在将污泥灰(B)溶解于盐酸中，接着添加氯化铝，此后用石灰调节pH值之后所形成的浸出液(g/l)和沉淀(重量％)的元素组成。*在添加Al之后。
表7示出了通过将灰B溶解于盐酸中、添加氯化铝并且用石灰(Ca(OH)2)调节pH值形成的溶液的元素组成。从表7可见，通过添加三价铁，大部分磷已经可在pH 3.5下连同铝和三价铁一起沉淀。
根据先前呈现的方法来分离重金属、回收二价铁、使钙以石膏形式沉淀、浸出去除Mg、Na、K等以及使盐酸再生以再用于灰溶解。
在另一具体实施方案中，考虑在pH<3.5下添加过氧化氢和磷沉淀，参考图8。
如上所述溶解和分离不溶性物质。
此后，将离子调适流75(在本实施方案中是氧化剂77，如过氧化氢)添加到浸出液26中。与先前实施方案类似地以足将二价铁氧化成三价铁以使磷主要部分在pH<3.5下沉淀的量但是小于将导致在添加石灰后形成凝胶的量添加氧化剂77。在酸性溶液中，根据以下化学方程式，Fe2+极有效地氧化为Fe3+：
2Fe2++H2O2+2H+→2Fe3++2H2O
发现灰B的过氧化氢消耗量为每升灰浸出液约2ml 30％H2O2。
在图9中，示出了本实施方案的步骤流程图。流程从步骤210开始。在步骤214中，调适浸出液中的离子比例以使磷的主要部分在pH<3.5下沉淀，同时维持先前讨论的摩尔比高于1。在本实施方案中，步骤214包括在将碱添加到第一浸出液中以将二价铁氧化成三价铁的步骤之前将氧化剂添加到第一浸出液中的步骤216。流程然后继续进行步骤220。氧化剂优选地包含过氧化氢。
此后如先前实施方案中将石灰添加到浸出液中。
表8示出了通过将污泥灰B溶解于盐酸中、添加过氧化氢并且用石灰(Ca(OH)2)将pH调节到pH 3.19所形成的溶液的元素组成，以及在pH 3.19下形成的沉淀的元素组成。从表6可见，通过添加过氧化氢，大部分磷已经可在pH 3.19下连同三价铁和铝一起沉淀。中间沉淀物中的重金属含量是低的，如在表9中可见。
表8.在将污泥灰(B)溶解于盐酸中，接着添加过氧化氢，此后用石灰调节pH值之后所形成的浸出液(g/l)和沉淀(重量％)的元素组成。
元素 沉淀 污泥
Cu 164 12087
Zn 76 19621
Ni 14 609
Cd 0,02 29
表9.与瑞典下水道污泥中的平均重金属含量相比(mg/kg P)，来自在pH＝3.3下的污泥灰的磷沉淀中的重金属含量。
可根据先前呈现的方法来分离重金属、使钙以石膏形式沉淀、浸出去除Mg、Na、K等以及使盐酸再生以再用于灰溶解。
因为在磷酸盐化合物沉淀之后没有二价铁残留，所以可如上所述通过去除循环液的流出物中的离子来防止高浓度的其它离子如Mg、Mn、Na、K等的积累。或者，如在图8所图解，可通过用石灰进行沉淀来去除离子。在磷10在pH<3.5下沉淀并且可能去除重金属之后，可能连续增大pH。将石灰81添加到积累离子去除配置85中。在约7的pH水平(参见表4)下，Mn选择性沉淀。达到pH 7的石灰需要量是相对低的，因为酸的主要中和已经完成。此后，可能使Mg在>10的pH值水平(参见表7)下选择性沉淀。通过合适的固/液分离器84从浸出液87去除经沉淀的积累离子86。
也可以用石灰使Mn和Mg选择性沉淀并且使其与流出物分离，如果使用那种方法的话。
如果没有实现磷完全沉淀，那么流出物含有磷。在那种情况下，可添加磷酸钙形式的石灰使磷在低于5的pH值下从流出物沉淀。此后可通过在较高pH值下进行石灰沉淀来回收Mn和Mg。
另一具体实施方案以来源于污泥的灰作为起始物，其中将三价铁用作沉淀化学物质。从污泥单焚化获得灰D，其中将三价铁用作沉淀化学物质。在关于灰D的本实施方案中，将所得灰浸出液中的P/[Fe+Al]摩尔比控制为高于1.6。这意指灰浸出液将在添加石灰后不形成凝胶。
如果污泥灰中的铁最初呈三价铁形式，那么三价铁的溶解率通常低于10％，这通常不足以使磷在pH<3.5下完全沉淀。当然可能添加三价铁或铝以使大部分磷在pH<3,5下沉淀，如上述实施方案中所述。在下文给出对灰D的处理的另一替代方案。
与图10关联，一个具体实施方案涉及使磷在pH 4-7下沉淀。
如前文将灰溶解于盐酸中并且分离不溶性物质。
将硫化物来源71如硫化钠添加到浸出液26中使得重金属硫化物72沉淀，如与图4关联描述。
此后，在本实施方案中将石灰41添加到经过过滤的浸出液73中以将pH调节到pH4-10，优选地pH 4-7的水平。磷作为磷酸铁、磷酸铝和磷酸钙的混合物而沉淀。通过合适的固/液分离器45使沉淀的磷化合物10与溶液分离。
表10示出了通过将灰D溶解于盐酸中并且用石灰使磷在pH 6.8下沉淀所形成的沉淀的元素组成。
表10.在将污泥灰(D)溶解于盐酸中，接着用石灰将pH值调节到pH 6.8之后所形成的沉淀的元素组成(重量％)。
在磷在pH 4-7下沉淀之后的溶液主要由氯化钙与低浓度的其它离子如Mg、Na、K等组成。可根据先前呈现的方法来使钙以石膏形式沉淀、浸出去除Mg、Na、K等以及使盐酸再生以再用于灰溶解。
在另一具体实施方案中，考虑在pH<3.5下以及在pH>3.5下的磷沉淀，参考图11。
如上所述溶解和分离不溶性物质。
此后将石灰41添加到浸出液26中以将pH调节到pH 2-3.5，优选地pH 2-3的水平。然后使磷主要以磷酸铁和磷酸铝形式沉淀，而无明显的重金属和钙的共同沉淀。通过合适的固/液分离器45使沉淀的磷10与溶液分离。
与关联图6所述的方法类似地，将硫化物来源71用于去除重金属。
在分离重金属之后，溶液用另外的碱处理。为了此目的，将石灰91添加到磷酸钙去除配置95中以将pH调节到高于3.5并且pH<10，优选地pH<5的水平。剩余的溶解磷主要作为磷酸钙92来沉淀，通过合适的固/液分离器94使磷酸钙与浸出液93分离。可将磷酸钙92用作馈料磷酸盐或可加工成肥料或磷酸。
在图12中，示出了此部分实施方案的步骤流程图。流程从步骤233开始。在步骤234中，将另外的碱优选地为石灰添加到浸出液中以使磷酸钙沉淀。在步骤235中从浸出液去除经沉淀的磷酸钙。主要流程然后继续进行步骤238和/或240。可在去除经沉淀的磷酸盐化合物或整个流的步骤之后对第一浸出液的一部分进行这些步骤。这可通过在去除经沉淀的磷酸盐化合物的步骤之后使第一浸出液的至少一部分偏离来进行。
在磷完全分离之后的溶液主要由氯化钙与低浓度的其它离子如Mg、Na、K等组成。可根据先前呈现的方法来使钙以石膏形式沉淀、浸出去除Mg、Na、K等以及使盐酸再生以再用于灰溶解。
灰也可以来源于污泥，其中将铝用作沉淀化学物质。由于铝在酸中的高溶解度，因此废水处理厂中所用的来源于铝的污泥灰在浸出液中通常具有低的P/[Fe(III)+Al]摩尔比。
在许多情况下，有必要增大浸出液中的磷含量以防止在用石灰使磷沉淀期间形成凝胶。参考图2和图3，可在步骤215中通过添加磷源如磷酸、磷灰石、磷酸钙、其它含磷污泥灰等来增大浸出液26中的磷浓度。磷源也可以为内部回收的磷酸钙或磷酸亚铁的沉淀。可将磷源添加到灰浸出反应器20中，作为构成原料4的一部分的另外原料31，或作为直接进入灰浸出反应器20中的另外材料32。可在溶解之前、在溶解期间或在溶解之后对灰进行磷源添加。磷源甚至可以作为另外离子物质33添加到经过过滤的浸出液26中。然后可根据任一先前所述的实施方案来进一步处理灰淋出液。
表11示出了当将盐酸用于溶解灰，接着根据上文所讨论的方法进行石灰沉淀时所得的磷沉淀的元素组成。从表11可见甚至在初始磷浓度<4％的共同焚化的下水道污泥的灰的情况下，沉淀中的磷浓度仍是高的，约18％。可将此高P含量与当将污泥灰溶解于硫酸中并且用石灰使磷沉淀时所得的仅约6.5％的P含量相比(表12)。
根据上述描述的程序(的部分即浓缩磷化合物)的主要优势在于其可实现将稀盐酸(约3重量％)用于溶解灰并且仍获得浓缩的磷产物作为中间产物。由于低粘度以及在较高pH值下对重金属沉淀的较低溶解度，因此使用稀酸来溶解可实现容易地过滤残留物和沉淀。将盐酸用于溶解污泥灰的另一优势在于与灰的原重相比，残留物的重量明显减小。重量减少量通常稍微低于50％。相反地，当将硫酸用于溶解灰时，由于石膏并入残留物中，因此残留物的重量通常大于灰的原重。
表11进一步示出了用金属(Fe或Al)使磷从灰淋出液沉淀并不是化学计量的。沉淀中的P/(Fe+Al)摩尔比高于1并且在一些情况下甚至高于2。这意指沉淀含有的磷多于磷酸铁(FePO4)或磷酸铝(AlPO4)中的化学计量含量。这可能是因为形成具有较高P/Fe摩尔比的沉淀如Fe2(HPO4)3等。
然而，如上文所简要讨论，由磷酸铁或磷酸铝组成的产物即使具有低含量的重金属也不适于直接用作肥料或馈料补充物。主要原因在于磷酸铁和磷酸铝具有低水溶性，因此当用作肥料时不能以对作物足够的速率释放磷。此外，由于金属含量过高，因此磷酸盐行业不能处理这种中间产物。
表12.在将污泥灰(A)溶解于硫酸中，接着用石灰使磷沉淀之后所得的磷沉淀的元素组成。没有添加剂。
根据前述方法得到中间磷酸盐产物因此本身具有低价。然而，由于中间磷酸盐产物中的磷含量高，以及其作为淀出物提供的事实，因此用于运输目的是理想的。因此貌似合理的是，这种形式的中间磷酸盐产物将来可为交易物质，例如通过一个行动者制造并且由另一者回收来实现。
根据本发明的理念，将主要由磷酸铁和磷酸铝以及可能一些磷酸钙组成的中间沉淀物进一步加工成适用的磷产品，如磷酸或其它磷酸盐如磷酸铵、磷酸钙等。这些化合物是对于制造高质量肥料或馈料磷酸盐有价值的成分。这通过根据图1的方法的回收器部分3来实现。
根据其组成和所需最终产品，对中间沉淀物的处理存在几个详细替代方案。将在下文给出两个主要实施方案，然而，其它替代方案也是可能的。第一个主要实施方案基于将中间沉淀物溶解于酸中，并且另一个主要实施方案基于将中间沉淀物溶解于碱中。
图13图解来基于将中间沉淀物溶解于酸中回收磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的步骤流程图。该方法始于步骤250。在步骤260中，提供包含磷酸铁的馈料液。在优选实施方案中，通过将先前提及的沉淀磷酸盐化合物溶解于盐酸中来制造馈料液。在步骤270中从含第一有机溶剂的馈料液萃取铁。第一有机溶剂包含磷酸三丁酯、改性剂和稀释剂。第一有机溶剂具有含量在5体积％与60体积％之间，优选地在10体积％与40体积％之间的第一磷酸三丁酯。优选地，改性剂是十二烷醇，更优选地，浓度在10体积％与40体积％之间。优选地，稀释剂是脂肪族煤油。萃取产生已去除铁的馈料液。第一有机溶剂具有第一磷酸三丁酯含量。在步骤275中，使用水或稀酸从第一有机溶剂中洗提所萃取的铁。在洗提之后在步骤279中回收第一有机溶剂，以用于随后的铁萃取270。在步骤280中，从已去除铁的馈料液回收磷酸盐化合物。方法结束于步骤299。可将步骤260至280的整个方框视为回收磷酸盐化合物的活动的集合251。
在图14中，示出了用于回收磷酸盐化合物的系统3的一个实施方案的部分的方框图。用于回收磷酸盐化合物的系统3包括用于提供包含磷酸铁的馈料液111的配置110、铁萃取器区段120和磷酸盐回收区段140。用于提供馈料液的配置110优选地包括用于由盐酸溶解前述沉淀的中间磷酸盐化合物的构件。下文在其它实施方案中较详细地描述了这些配置。
铁萃取器区段120与用于提供馈料液111的配置110的出口112连接。一般将铁萃取器区段120经配置以从含第一有机溶剂121的馈料液111萃取铁。这在铁萃取器125中进行。第一有机溶剂121包含磷酸三丁酯、改性剂和稀释剂。第一有机溶剂121具有第一磷酸三丁酯含量。将馈料液111通过第一入口126提供到铁萃取器125中。将第一有机溶剂121通过第二入口122提供到铁萃取器125中。在铁萃取器125中，将铁离子从馈料液111萃取到第一有机溶剂121中，从而产生提供在第一出口128处的已去除铁的馈料液127，以及提供在第二出口124处的负载铁的第一有机溶剂123。
铁萃取器区段120经进一步配置以从铁洗提器130中的负载铁的第一有机溶剂123中洗提所萃取的铁。在第一入口132处提供负载铁的第一有机溶剂123。将铁洗提器130构造成将水或稀酸用于洗提作用。为了此目的，在第二入口136处提供水或稀酸135。在铁洗提器130中，将铁离子从负载铁的第一有机溶剂123洗提到包含水或稀酸的洗提液135中，从而产生提供在第一出口134处的已去除铁的第一有机溶剂133，以及提供在第二出口138处的包含溶解在水或稀酸中的铁的铁溶液137。铁萃取器区段120经进一步配置以在洗提之后回收已去除铁的第一有机溶剂133以用作萃取铁的第一有机溶剂121。
在来自铁萃取器区段125的已去除铁的馈料液127的出口128之后连接磷酸盐回收区段140。始于已去除铁的馈料液127，磷酸盐回收区段140经配置以回收磷酸盐化合物141，提供在出口142处。下文更详细地讨论磷酸盐回收区段140的优选实施方案。在某些实施方案中，在回收磷酸盐化合物之后剩余馈料液的至少部分被再循环以用于提供馈料液，如由虚线管道144所示。
通过描述许多优选实施方案来更好地理解用于回收磷酸盐化合物的系统的可能性。方法的大部分基于用液-液萃取处理中间沉淀物。
虽然溶解经沉淀的磷酸盐化合物来获得用于进一步处理的浓缩馈料液(如将下文进一步描述)是有利的，但是存在获得回收方法的合适馈料液的其它可能的方式。
例如，可将污泥灰溶解于硫酸中并且可用石灰使磷沉淀。沉淀则含有磷酸铁/磷酸铝以及例如石膏。此后将沉淀溶解于盐酸中，并且通过过滤去除不溶于酸的石膏，因此形成具有适用于根据通用回收方法进行进一步处理的高磷浓度的馈料液。
在另一实例中，以直接使浸出液中的磷含量高的方式将污泥灰溶解于盐酸中。浸出液从而直接适用于进一步处理而不形成中间磷沉淀。
在另一实例中，例如从铁金属的磷酸处理获得的含有溶解磷酸铁的工业废水可构成适用于根据回收方法进行进一步处理的馈料液。
在图15中在方框图中示出了一个优选实施方案的部分。使含磷沉淀10通过原料入口113进入第二浸出反应器115。使无机酸116，优选地使盐酸117通过酸入口114进入第二浸出反应器115。将含磷沉淀10溶解于无机酸116中，从而形成通过出口112提供的馈料液111以在铁萃取器区段120中进一步处理。优选地通过过滤去除不溶物质来预处理浸出液，因此形成具有低固体含量的馈料液。因为沉淀10中的磷含量高，所以在溶解期间的盐酸浓度优选地也是高的，约为3-6M。
可能的其它添加剂也可以通过管道144添加。发现后续的液-液萃取方法在馈料液111中具有高钙含量是有利的。氯化钙充当铁萃取与磷萃取的盐析剂。根据一个优选实施方案，通过穿过管道144添加氯化钙来源来提高馈料液111中的钙含量。这在下文有进一步讨论。
第二浸出反应器115中的液固比优选地在1l/kg与6l/kg之间、更优选地在2l/kg与4l/kg之间。典型地在室温下进行溶解。溶解时间通常在15分钟与120分钟之间。所得馈料液111中的磷含量在0.2M-3M之间，优选地高于1M。
也可以就部分方法工艺来描述实施方案。在图16中，示出了步骤260的实施方案。在本实施方案中，步骤260包括步骤262，其中沉淀的磷酸盐化合物通过无机酸溶解成第二浸出液中，形成包含磷酸铁的馈料液。优选地，无机酸是盐酸。流程然后继续进行步骤270。
在一个实施方案中，通过液-液萃取分离铁。在图17中在方框图中示出了本实施方案的部分。首先在铁萃取器125中使用液-液萃取对含有溶解的铁和磷以及可能铝和/或钙的馈料液111进行铁的选择性萃取。液-液萃取包括在两种不混溶的相，即水相与有机相之间选择性转移溶质。首先充分混合两种不混溶的相以有助于溶质转移，然后分离。
适用于从氯化物浸出液中萃取三价铁的溶剂主要是胺和磷酸三丁酯。根据本实施方案，三价铁的萃取优选地基于使用如将于下文进一步描述的由磷酸三丁酯组成的溶剂121。
本实施方案的溶剂121中的磷酸三丁酯121的浓度优选为约30体积％。溶剂进一步包含约30体积％的改性剂如十二烷醇以及约40体积％的稀释剂如脂肪族煤油。然而，可在替代性实施方案中利用其它合适的改性剂和稀释剂。将改性剂和稀释剂添加到溶剂中以改善相分离。已令人惊讶地发现，浓度为约30％的磷酸三丁酯适于从氯化物溶液中的磷酸根、铝和钙中分离三价铁(参见表13)。表13示出铁的萃取具有选择性而无明显的铝、钙和磷的共同萃取。
表13.馈料液以及在用水相与有机相比为1的30％磷酸三丁酯、30％十二烷醇和40％煤油的溶剂混合物萃取之后的萃余液的元素组成的实例。
如在图18中所示的铁萃取等温线中可见，用由30％磷酸三丁酯组成的溶剂121从馈料液111中萃取三价铁是高度有效的。以下是获得等温线的程序。通过将以下化合物溶解于去离子水中来制备人造馈料液：CaCl3240(g/l)、AlCl370(g/l)、H3PO485％100(ml/l)和HCl 37％(20ml/l)。添加不同量为FeCl3盐以获得以下浓度的FeCl3(所有都以g/l表示)：5、15、20、30、70和100。在水相/有机相比＝1:1下搅拌溶剂(30体积％TBP、30体积％十二烷醇、40体积％脂肪族煤油)与人造水溶液。分析在萃取之前的水溶液和萃余液的样本。
通常可在很少接触的阶段进行铁萃取。所需的接触台的数目取决于馈料液的特定组成并且可由图18计算。一般来说，2至6个接触台通常足以完全除铁。
在铁萃取器125中萃取铁之后，将负载铁的溶剂124在本实施方案中带到洗涤器129中。在洗涤器中，用包含水或优选地含有氯化物的溶液如氯化钙的洗涤器液117洗涤负载铁的溶剂124以去除任何共同萃取的磷。洗涤液131包含共同萃取的磷并且将其作为馈料液111的馈料再次收回。
也可以就部分方法工艺来描述实施方案。在图19中，步骤270之后为步骤272，其中用洗涤器液洗涤负载铁的溶剂以去除共同萃取的磷。在萃取铁的步骤之后进行洗涤。在步骤273中使包含共同萃取的磷的洗涤液返回步骤270的萃取中，即返回包含磷酸铁的溶液。接着步骤272的是步骤275。
返回图17，经过洗涤的负载铁的溶剂118在洗涤之后用包含水或稀盐酸溶液的洗提液135进行洗提。萃取的铁的洗提等温线可见于图20中。
洗提得到铁溶液137，在本实施方案中是氯化铁。在洗提期间所得氯化铁的浓度取决于溶剂123的初始铁负载、在洗提期间有机相与水相的比率以及接触台的数目。洗提液135中的铁浓度一般高于40g Fe/I并且可越过80g Fe/I。所得的铁溶液，在本文中是氯化铁溶液适于作为废水处理厂的磷沉淀化学物质来回收。
在选择性萃取铁之后，已去除铁的馈料液127主要由磷以及可能铝和/或钙(都呈氯化物)组成。
在一个实施方案中，使已去除铁的馈料液127经受基于液-液萃取的磷萃取步骤。在图21中以方框图示出了与磷回收区段140关联的本实施方案的部分。在本实施方案中，磷回收区段140包括磷酸萃取器150、洗涤器155和磷酸洗提器160。将已去除铁的馈料液127提供到磷酸萃取器150的入口。将溶剂151用于选择性萃取磷。本实施方案中所用的溶剂151也基于磷酸三丁酯，但是浓度高于Fe萃取。在稀释剂如脂肪族煤油或其它合适的稀释剂中，磷酸三丁酯的浓度典型地为约80体积％。作为改性剂，可任选地添加1-2体积％十二烷醇或者其它合适的改性剂。
在本实施方案中，发现磷酸三丁酯是适用于从铝和钙分离磷酸的溶剂。表14示出了可从铁萃取后的萃余液即已去除铁的馈料液127选择性萃取磷酸，铝和钙的共同萃取量极低。
表14.馈料液以及在水相/有机相比1下使用由含80％TBP的煤油组成的溶剂从氯化铝溶液萃取磷酸后的萃余液的元素组成。
如从图22中的萃取等温线中可见，磷酸萃取极有效。磷酸的萃取通常需要3至6个之间的接触台。得到负载有磷酸的溶剂152以及已去除磷的馈料液156。
在本实施方案中，将负载有磷酸的溶剂152馈至洗涤器155中。将洗涤液153提供至洗涤器的入口以去除负载有磷酸的溶剂152中共同萃取的钙。将经过洗涤的溶剂158提供至磷酸洗提器160，并且萃取负载有钙的洗涤液154。
在一个替代性实施方案中，洗涤器155可省去，特别是当馈料液中的钙浓度低时。
在图21的实施方案中，此后可用水溶液161例如水从经过洗涤的溶剂158再萃取磷酸，以产生纯化的磷酸162。通过待用于磷酸萃取器150中以进行进一步萃取的回收配置164回收已去除磷的溶剂163。
上述液-液萃取方法有几个重要优势。
使用同一溶剂(磷酸三丁酯)来萃取铁与磷酸的可能性是有利的。在后续萃取中使用两种不同溶剂进行液-液萃取期间的常见问题在于下游萃取溶剂随时间流逝变得被上游溶剂污染，这可导致严重的操作问题。因为在根据上文呈现的实施方案的方法中，用于两种以下萃取步骤的溶剂具有相同成分但是仅浓度不同，所以因此减小了一种溶剂被另一溶剂污染的问题。
与使用其它溶剂如胺相比，将磷酸三丁酯用于铁萃取的另一优势在于磷酸三丁酯可用水洗提，其为极成本有效的。相反地，溶剂如胺需要使用碱与酸来洗提。
在本实施方案中，在磷酸盐沉淀器165中通过添加合适的阳离子166将纯化的磷酸162转化成磷酸盐化合物141，例如任何合适的盐形式。可通过用石灰沉淀来产生馈料质量的磷酸二钙。或者，可通过向磷酸盐沉淀器165提供含铵溶液将溶剂中的磷酸作为磷酸铵来直接萃取。这可例如根据已公布的国际专利申请WO 2010/138045和WO 2008/115121中所公开的方法和配置来进行。
在一个替代性实施方案中，纯化的磷酸162可用作如提供在出口142B处的磷酸盐化合物141B，如在图21中用虚线表示。
在图23中，示出了根据上文呈现的线从已去除铁的溶液回收磷酸盐化合物的步骤280的流程图。过程预期作为步骤270的接续。从已去除铁的溶液回收磷酸盐化合物的步骤280又包括步骤281，其中用第二有机溶剂从已去除铁的馈料液萃取磷酸，从而产生已去除磷的馈料液。第二有机溶剂包含磷酸三丁酯以及优选地改性剂和稀释剂。第二有机溶剂含有浓度高于第一有机溶剂的磷酸三丁酯。第二有机溶剂含有的磷酸三丁酯的浓度优选地在70体积％与100体积％之间。第二有机溶剂中的改性剂优选为十二烷醇。第二有机溶剂中的稀释剂优选为煤油。在步骤282中，洗涤负载有磷酸的第二有机溶剂，以去除任何共同萃取的钙量。在步骤283中，通过水溶液从第二有机溶剂洗提经萃取的磷酸。在洗提经萃取的磷酸之后在步骤284中回收第二有机溶剂，以用于萃取磷酸的步骤281。方法意图继续进行步骤290(如下文进一步所述)或者步骤299。
在一个替代性实施方案中，可省去步骤282。
在一个实施方案中，当使用含铝初始馈料液时，在萃取磷酸之后，馈料液典型地主要由氯化铝和氯化钙组成。根据本实施方案，由图24的部分方框图图解，通过在铝去除区段170中进行化学沉淀从萃余液156回收铝。一般来说，可将任何碱性化学物质171添加到已去除磷的馈料液156中，使馈料液进入铝去除区段170以使铝主要作为氢氧化铝来沉淀。最合适的化学物质为石灰(Ca(OH)2)、氢氧化钠(NaOH)和氨(NH3)。通过过滤器172分离经沉淀的氢氧化铝173，得到已去除铝的溶液174。
当使铝从氯化铝溶液沉淀时，发现pH必须中性至碱性以获得可滤过的铝沉淀。在酸性pH下，形成凝胶，其使得方法具有非操作性。下述实施例1至3显示使用石灰、氢氧化钠或氨使氢氧化铝从氯化铝沉淀。
在实施例1中，用Ca(OH)2将含有50g/l AlCl3的溶液中和至pH 9.2。可滤过的沉淀具有9重量％Al和11重量％Ca的组成。在沉淀之后的溶液具有0.00012g/l Al的铝含量。
在实施例2中，将含有30g/l AlCl3形式Al的溶液用NaOH中和至pH 10.2。可滤过的沉淀具有10.23重量％Al和0.016重量％Ca的组成。在沉淀之后的溶液具有0.012g/l Al的铝含量。
在实施例3中，用过量浓氨水中和含有50g/l AlCl3的溶液。可滤过的沉淀具有12重量％Al和0.16重量％重量％Ca的组成。
可通过分别添加硫酸或盐酸使沉淀的氢氧化铝173转化成合适的盐形式如硫酸铝或氯化铝。硫酸铝或氯化铝适于再用作废水处理厂的磷沉淀化学物质。
在一个具体实施方案中，如果将石灰用作铝沉淀用的碱性化学物质171，那么在沉淀之后的溶液174主要由氯化钙组成。氯化钙溶液然后可在方法中作为钙源来回收，钙源用于在铁和磷酸萃取期间获得盐析作用，如上文进一步描述。
因为铝沉淀需要高pH，所以在具体实施方案中可能有利的是，在将磷酸萃取回至溶解反应器例如第二浸出反应器115中之后回收酸溶液，即已去除磷的馈料液156的一部分(图15)。然后可通过主要由氯化钙组成的流出物175(图24)来控制钙在循环溶液中的积累。可通过添加硫酸使流出物175中的钙作为石膏来沉淀。如果浓缩器2(图1)和回收器3(图1)共同定位，那么这可通过使流出物175回收以使浓缩器2中的石膏沉淀(图1)来进行。或者，可通过将硫酸直接添加到氯化钙溶液174中来控制钙含量。
在图25中，示出了根据上文呈现的线从已去除磷的馈料液回收铝化合物的步骤的流程图。过程预期作为步骤280的接续。在步骤290中，将碱添加到已去除磷的馈料液的至少一部分中以获得中性或碱性的pH，从而使得铝化合物(在本实施方案中为氢氧化铝)沉淀。优选地，添加到已去除磷的馈料液中的碱包括石灰、氢氧化钠和氨中的至少一个。在步骤291中，使沉淀的铝化合物(在本实施方案中是氢氧化铝)与已去除磷的溶液分离产生已去除铝的馈料液。在一个优选实施方案中，还存在步骤292，其中将未用于分离经沉淀的氢氧化铝的步骤的已去除磷的馈料液的部分用于提供包含磷酸铁的馈料液。在一个优选实施方案中，还存在步骤293，其中在萃取铁之前将已去除铝的馈料液的至少一部分回收到包含磷酸铁的馈料液中。在一个优选实施方案中，还存在步骤294至296。在步骤294中，从已去除铝的馈料液至少萃取流出物溶液。在步骤295中，将硫酸添加到流出物溶液中，从而使得石膏沉淀。在步骤296中，使沉淀的石膏与流出物溶液分离。该过程意图继续进行步骤299。
在一个替代性实施方案中，可借助于作为磷酸铝进行沉淀来去除铝。图24的配置几乎还可用于本实施方案，然而将添加碱性化学物质171换为添加磷酸钙和/或碱。进行这些添加以实现高于1.5的酸性pH。在这些条件下，铝作为磷酸铝沉淀。此后可使沉淀的磷酸铝与已去除磷的溶液分离，从而产生已去除铝的馈料液。与之前描述类似地，在一个优选实施方案中，回收未用于分离沉淀磷酸铝的已去除磷的馈料液以用于提供初始馈料液。
根据关于铝作为磷酸盐沉淀的理念的方法可基本上根据图25的步骤来进行，其中修改步骤290使其包括添加磷酸钙和任选的碱。
虽然根据本发明，优选地在配置/方法的浓缩器部分中通过硫化物沉淀来去除重金属，但是还存在稍后在配置/方法的回收器部分中去除重金属的可能。
例如，磷可在浓缩器中分两部分沉淀；在pH<3.5下，呈磷酸铁和磷酸铝形式而无明显的重金属共同沉淀的第一部分，以及在pH>3.5下，呈磷酸钙或磷酸亚铁形式而有明显的重金属共同沉淀的第二部分。可将第一部分溶解于盐酸中并且进行处理以萃取三价铁，并且优选地接着以上文所述的配置和方法进行磷酸萃取。
在一个实施方案中将第二部分单独溶解在盐酸中。来自的第二部分的溶解的馈料液由溶解的磷酸钙或磷酸亚铁与明显的或至少不可忽略的含量的重金属组成。因此优选地处理馈料液以在回收过程中去除重金属。
存在几个替代方案以去除重金属。在第一替代方案中，在萃取磷之前通过使硫化物在pH<4下从馈料液沉淀来去除重金属。在第二替代方案中，在磷萃取之前通过使用合适的溶剂如磷酸三丁酯或胺进行液-液萃取从馈料液以氯化物复合物形式选择性萃取重金属。在第三替代方案中，使用磷酸三丁酯作为溶剂将重金属与磷酸以氯化物复合物形式共同萃取。在再萃取磷酸之后，可通过添加碱如石灰、氨等使重金属以磷酸盐形式沉淀而从洗提溶液去除。重金属也可以通过添加硫化物来源作为硫化物从洗提溶液沉淀。
如之前讨论的处理中间沉淀物的另一替代方案基于将中间沉淀物溶解于碱中。
根据已公布的国际专利申请案WO 03/000620已知，用碱例如氢氧化钠处理来自污泥的超临界水氧化的残留物，以溶解磷，接着用石灰使磷从所得浸出液沉淀。然而，这种方法不能高效地应用于污泥灰。原因在于污泥灰通常相对于磷具有高钙含量。磷酸钙不溶于碱，这意指将污泥灰溶解于碱中的磷回收率通常极低。
例如，表15示出了以液固比6将灰E溶解于1摩尔氢氧化钠中所获得的浸出液和残留物的元素组成。从表15可见，浸出液中的磷浓度(0.59g/l)对应于仅8.9％的磷溶解效率(灰E中的P含量为3.96％，参见表1)。此外，残留物中的铁含量为仅8.6％，并且磷在残留物中增浓，达到5重量％。因为重金属在很大程度上不溶解于碱中，所以其在残留物中浓缩。因此，除极低磷回收率以外，形成大量难以找到用途的受污染的残留物。此外，不能加工残留物以作为沉淀化学物质来回收铁。如果将残留物溶解于酸中，那么磷和铁都溶解，这意指所得溶解铁溶液将具有高的磷含量(通常高于铁的磷摩尔浓度)。因此，溶解的铁不能在废水处理厂用于磷沉淀。
根据一个实施方案，以所有上述缺陷都省去的方式处理污泥灰。该处理方法实现了以极高效率回收铁、磷和铝。方法基于包含磷酸根离子和铝离子的馈料液。这可例如通过将中间沉淀物溶解于碱中来实现。为了使该处理方法有效，中间沉淀物则应具有相对低的钙含量。这可通过根据说明书中先前所述的部分实施方案处理污泥灰来实现。
在图26中，是用于回收磷和铝以及可能的铁的配置180的一个实施方案的示意性方框图。将磷沉淀181输入溶解反应器182中。如下文将进一步讨论，磷沉淀181可为之前提及的含磷沉淀10(图1)，或者回收器内的内部沉淀。
表15.以液固比6:1用1M NaOH浸出灰E所得的浸出液和残留物的元素组成。
将磷沉淀181溶解于溶解反应器182中的碱性溶液中。通过向溶解反应器182中添加碱183如氢氧化钠或者氢氧化钾来获得碱性溶液。添加碱183以在溶解反应器182中获得pH>9，优选地>12。
一般来说，溶解效率受pH与温度的影响，其中较高pH和较高温度得到较高溶解速率。例如，在室温下，在pH 11.5下实现约80％的溶解效率，而在pH 12.5下实现约100％的溶解效率.在另一实例中，在室温下获得约80％的较低溶解效率(pH＝12.5)，而对于同一材料，在50℃下获得100％的溶解效率(pH＝12.5)。
在一个具体实施方案中，溶解反应器182中的液体(l)与固体(kg)的比率优选地在2与50之间，更优选地在3与20之间。可在室温下发生溶解。溶解时间通常在15分钟与120分钟之间。
在图26的实施方案中，通过合适的固/液分离器184例如过滤器使所得残留物185与流出浸出液186分离。
表16示出了通过将来源于灰E的中间磷沉淀181溶解于碱(在本文中是氢氧化钠)中所得的残留物185的元素组成。残留物185中的铁含量对应于55.8重量％以及磷含量仅1.8％。磷溶解效率为97.2％。相对于磷高的铁含量使得残留物成为合适的凝结剂生产原料。另外，在形成中间磷沉淀181之前去除重金属，从而实现铁的回收而无明显的重金属含量。如果要进一步降低重金属的含量，那么这可根据稍后在文本中所述的实施方案进行。
表16.以液固比6:1将来源于灰E的中间沉淀物溶解于1M NaOH中所得的氢氧化铁的元素组成。
可用硫酸或者盐酸处理残留物185，从而形成适用作废水处理厂的沉淀化学物质的硫酸铁或氯化铁。
在过滤残留物185之后的浸出液186在实施方案中主要由溶解的磷和铝以及所添加的碱的阳离子组成。在混合体积187中将石灰188添加到浸出液186中。以足以使溶解磷的至少一部分以磷酸钙190形式沉淀的量添加石灰188。用合适的固/液分离器189，典型地用过滤器使沉淀的磷酸钙190与流出溶液191分离。发现磷酸钙沉淀主要呈氟含量极低的羟磷灰石的形式。还发现，在一些情况下，较小量的未溶解氢氧化钙可存在于羟磷灰石沉淀中。如有的话，去除残留的未溶解氢氧化钙存在几个替代方案。在第一替代方案中，可使残留氢氧化钙与磷酸反应形成磷酸钙如磷灰石、磷酸二钙或者磷酸一钙。在第二替代方案中，可用盐酸洗涤残留氢氧化钙从而形成氯化钙。在第三替代方案中，可用氯化铵稀溶液洗涤残留氢氧化钙。此后将二氧化碳添加到洗涤溶液中，从而在氯化铵稀溶液中形成碳酸钙沉淀。在分离经沉淀的碳酸钙之后，氯化铵溶液可再用于进一步洗涤。
表17示出了通过将石灰添加到来自源于灰E的中间沉淀物181的碱性浸出溶液所得的磷酸钙190的元素组成。磷酸钙190中的磷浓度为约17重量％并且重金属含量极低(参见表17)。任选地用碱性溶液洗涤沉淀的磷酸钙以去除附着的铝酸钠。磷酸钙190可用作馈料磷酸盐，加工成磷酸二钙、磷酸一钙或者用于肥料生产。
表17.通过将石灰添加到源于来自含灰E的1M NaOH的中间沉淀物的碱性浸出液中所得的磷酸钙的元素组成。
在用石灰188使磷酸钙190沉淀之后，溶液191具有高的pH水平并且至少一部分流任选地被回收192到溶解反应器182中。
在本实施方案中，通过去除流出物193中的铝使循环溶液中的铝浓度保持在恒定水平。如果流出物溶液含有残留的溶解磷，那么任选地通过向磷中添加过量石灰对其进行预处理以使残留磷沉淀。呈磷酸钙形式的残留磷沉淀以及过量石灰可用作用于使磷在混合体积187中沉淀的石灰188的来源或者用于使磷在混合体积40中沉淀的石灰6的来源的一部分。此后在铝去除体积194中用酸195处理流出物193。以将溶液pH值降到pH 12以下、优选地pH 11以下的量添加酸195，从而使氢氧化铝197沉淀。用合适的固/液分离器196典型地用过滤器使沉淀的氢氧化铝197与经过去除的流出物溶液198分离。
如果酸195为无机酸如硫酸，那么中和的流出物溶液198主要由呈硫酸盐形式的所添加的碱的阳离子组成。中和的流出物溶液198可排出或者用于进一步的处理。如果酸195为气体二氧化碳，那么中和的流出物溶液198主要由呈碳酸盐形式的所添加的碱的阳离子组成。在这种情况下，此后可将石灰199添加到混合体积176中经过中和的流出物溶液198中，得到碳酸钙沉淀178并且使所添加的碱的溶解的阳离子从碳酸盐形式再生为氢氧化物形式。用合适的固液分离器177使沉淀的碳酸钙178与溶液分离。将在分离碳酸钙178之后的溶液179回收到溶解反应器182中作为碱源。以那种方式，仅需要添加碱183以补偿损失，因为系统是基于碱性溶液的紧密再循环。
在一个优选实施方案中，通过将二氧化碳气体洗涤到中和的流出物溶液198的至少一部分中来将二氧化碳添加到混合体积194中。因为中和的流出物溶液198主要由呈碳酸盐形式的所添加的碱的阳离子组成，所以溶液可通过将碱金属碳酸盐转化成碱金属碳酸氢盐来洗涤二氧化碳气体。然后将碱金属碳酸氢盐溶液馈入混合体积194中作为酸195。
表18示出了通过将碱金属(钠)碳酸氢盐溶液195添加到在羟磷灰石190沉淀之后的流出物溶液191中所得的氢氧化铝197的元素组成。流出物溶液191来源于对源自灰E的中间沉淀物181的处理。
发现沉淀的氢氧化铝的晶体尺寸受沉淀期间的条件的影响。一般来说，缓慢添加碳酸氢钠溶液以及较高温度会降低溶液的过饱和度并且促进晶体生长而非晶体成核。这会促进容易过滤的较大氢氧化铝晶体的形成。约1小时的碳酸氢钠溶液添加时间通常足以获得容易过滤的氢氧化铝沉淀。
表18.氢氧化铝的元素组成。
与先前描述类似地，可通过分别添加硫酸或盐酸使沉淀的氢氧化铝197转化成合适的盐形式如硫酸铝或氯化铝。
图27示出了回收磷和铝以及可能的铁的方法的一个实施方案的部分的步骤流程图。方法始于步骤300。在步骤302中，由碱性溶液将沉淀的磷酸盐溶解成第二浸出液。碱性溶液优选为氢氧化钠或者氢氧化钾。沉淀的磷酸盐优选为如在步骤225(图2)中所得的沉淀的磷酸盐化合物，或者来自用于回收磷酸盐化合物的活动集合251(图13)的沉淀的磷酸铝。在步骤306中，将石灰添加到第二浸出液中，这使得磷酸钙沉淀。在步骤308中，从第二浸出液中分离经沉淀的磷酸钙。在分离经沉淀的磷酸钙的步骤308之后，在步骤310中回收第二浸出液以用于溶解步骤302。
在一个具体实施方案中，当沉淀的磷酸盐包含铁时，该方法在添加石灰的步骤306之前进一步包括步骤304，其中从第二浸出液过滤氢氧化铁。
在一个优选实施方案中，方法进一步包括步骤312，其中将酸添加到第二浸出液的至少偏离部分中。本步骤在分离经沉淀的磷酸钙的步骤308之后进行。添加酸使得氢氧化铝沉淀。优选地以将溶液pH降至pH 12以下、优选地pH 11以下的量添加酸195。在步骤314中，将沉淀的氢氧化铝与第二浸出液的偏离部分分离。
在此情况下，添加酸包括添加碳酸或者气体二氧化碳，方法优选地包括其它步骤。在步骤316中，在的分离经沉淀的氢氧化铝的步骤314之后将石灰添加到第二浸出液的偏离部分。添加石灰使得碳酸钙沉淀。在步骤318使沉淀的碳酸钙与第二浸出液的偏离部分分离。第二浸出液的偏离部分在步骤318中被分离经沉淀的碳酸钙之后被回收以用于溶解步骤302，如步骤320所图解。方法结束于步骤329。
在上述实施方案中，设想来源磷沉淀181来自于浓缩器2(图1)。然而，其它实施方案也是可行的，如已经指出。通过化学沉淀回收呈有价值的形式的铝可用于任何沉淀，包括磷、铝和可能的铁。
上述在碱中处理中间沉淀物开启了与生产中间沉淀物的协同组合，如将在以下文本中所述。
根据在图33中图解的一个优选实施方案，通过使用氢氧化铁饼使磷从灰浸出液沉淀。通过用如前所述的碱处理中间沉淀物来获得氢氧化铁饼。
在实施方案中，如前所述将污泥灰4溶解于盐酸23中从而形成第一浸出液26。在灰溶解20之后，分离25不溶性物质8。以硫化物72形式从第一浸出液26分离74重金属。此后，将氢氧化铁饼185添加到浸出液中作为三价铁离子76与碱6的来源。在搅拌之后，所添加的氢氧化铁饼185转化成磷酸铁10，将其从溶液分离45。有利的是，在磷沉淀期间以某一水平的过量溶解磷来操作，意指磷的沉淀并不完全。这会改善沉淀的磷酸铁10的过滤特征，以及确保P/[FeIII+Al]摩尔比在沉淀期间高于1。在分离45磷酸铁10之后，如前所述添加硫酸7以使溶解钙以石膏9形式沉淀并且使盐酸23再生以再用于灰溶解20中。在石膏9沉淀之后，溶解磷呈磷酸形式，意指灰溶解20实际上用盐酸与磷酸的混合物进行。
根据本实施方案，将氢氧化铁185同时用作三价铁76与碱6的来源。已令人惊讶地发现，氢氧化铁饼185可有效地用于使磷10从第一灰浸出液26中沉淀。一般来说，新鲜沉淀的溶解度大于长期老化后的沉淀。在下文所述的实施例4和5显示用氢氧化铁饼使磷从灰浸出液沉淀。
在实施例4中，将三价铁用作沉淀化学物质的污泥灰溶解于由盐酸与磷酸的混合物组成的回收方法酸中。控制在污泥灰溶解期间的固液比以获得浸出液的pH 1.79。将由64％Fe、5.6％Ca和3.5％P(干重)组成的氢氧化铁饼添加到灰浸出液中。在搅拌1小时之后，溶液的pH提高到2.33，并且氢氧化铁转化成由20.5％P、34.5％Fe和6.2％Ca组成的磷酸铁沉淀。实验显示，虽然溶液pH(pH＝1.78)相对较高，但是氢氧化铁与磷反应形成具有高的磷浓度的沉淀产物。
在实施例5中，重复相同的实验，不同之处在于灰浸出液的pH值控制为pH＝1。将氢氧化铁饼添加到灰浸出液中从而使pH从pH＝1增大到pH＝1.73。通过添加石灰来进一步增大pH水平，增大到pH＝2.33。所添加的氢氧化铁转化成由23％P、22％Fe和7.8％Ca组成的磷酸铁。
在将氢氧化铁饼185添加到第一浸出液26中之后，pH增大并且获得磷含量高(通常最多20重量％P)的磷酸铁10。所得磷酸铁10通常具有红色，表明氢氧化铁185的溶解并不完全。然而，中间沉淀物10中高的磷含量表明，氢氧化铁185是依赖于溶解-沉淀和/或吸附机制的有效的磷清除剂。
参考图26，此后如前所述将所得磷酸铁溶解作为碱性溶液183中的中间沉淀物181，从而形成第二浸出液186。在碱溶解182期间，磷酸铁181转化成固体氢氧化铁185，将其从第二浸出液186分离184。此后，将石灰188添加到第二浸出液186中从而使得磷酸钙190沉淀。将沉淀的磷酸钙190从第二浸出液191中分离189。第二浸出液191在分离189沉淀的磷酸钙190的步骤之后被回收到磷酸铁溶解182的步骤。
如前所述通过将酸195优选地二氧化碳添加到第二浸出液193的偏离部分中从而使氢氧化铝197沉淀并对其分离196来控制循环的第二浸出液186中的铝含量。此后，在分离氢氧化铝197之后将石灰199添加到第二浸出液198的偏离部分以使碳酸钙178沉淀并使碱性溶液179再生以再用于磷酸铁溶解182步骤中。
将所得的氢氧化铁饼185再用于使磷从第一灰浸出液26(图33)沉淀40(图33)。
组合中间沉淀物的碱处理和形成氢氧化铁饼与使用所形成的氢氧化铁饼进行中间沉淀物沉淀的优势是方法的总体化学效率高。化学效率高主要是由于所添加的石灰在浓缩器与回收器系统中都具有几种化学功能，其得到总体高的系统化学效率。
石灰188提供用于使磷酸钙190沉淀的钙离子(图26)。同时，石灰188提供氢氧化根离子，该氢氧化根离子用于再生用于溶解182中间沉淀物181的碱性溶液192。同时，石灰188提供氢氧化根离子，该氢氧化根离子通过氢氧化铁饼185中和第一浸出液26(图33)并从而来减少那个目的所需的碱6的量。另外，氢氧化铁饼185含有残留的碱性母液，其会中和第一浸出液26并从而来减少那个目的所需的碱6的量。
所得磷酸钙190和氢氧化铝197具有低的重金属含量，因为重金属在很大程度上不溶解于第二碱性浸出溶液186中。这意指并不绝对有必要从循环的第一浸出液26中完全去除重金属。第一浸出液26中的重金属水平仅需控制到稳态。这会提高重金属硫化物沉淀70的化学效率。
污泥灰含有三价铁，将其溶解于第一浸出液26中。这随时间得到递增量的氢氧化铁饼185。为了将氢氧化铁饼185的量保持在稳定水平，去除过量的氢氧化铁饼185。
根据一个优选实施方案，将过量氢氧化铁饼185溶解于盐酸中从而形成第三浸出液。用合适的改性剂和稀释剂将第三浸出液中的铁萃取到合适的有机溶剂如磷酸三丁酯中。发现三价铁可用磷酸三丁酯优先于重金属、钙和磷得到萃取(参见表19)。表呈现了通过将氢氧化铁饼溶解于盐酸中所得的水溶液在水相与有机相比＝1:1下用由30％磷酸三丁酯、30％十二烷醇和40％煤油组成的溶剂萃取前后的元素组成。获得96.5％的三价铁去除系数，而重金属、钙和磷保留于水溶液中。优选地将来自铁萃取的含有残留铁、重金属、钙、盐酸和磷的萃余液回收到溶解步骤20中。
Fe Co Ni Cd Al Mn Cr Cu
g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L
初始溶液 21,42 0,23 0,01 0,01 3,36 0,36 0,03 0,10
萃余液 0,74 0,22 0,01 0,01 3,49 0,37 0,02 0,09
Zn Na Mg P S K Ca
g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L
初始溶液 0,43 0,59 1,17 26,69 0,08 4,59 68,30
萃余液 0,43 0,63 1,21 27,53 0,07 4,85 69,60
表19.通过将氢氧化铁饼溶解于盐酸中所得的水溶液的元素组成。
用水或者稀酸洗提负载铁的溶剂，从而形成在废水处理厂适用作凝结剂的纯化的氯化铁溶液。发现在用水或者稀酸洗提期间，所得氯化铁的浓度可达100g Fe/I，参见例如图32。在图32中，示出了6个混合沉降器阶段的氯化铁的洗提曲线。溶剂由30％TBP、30％十二烷醇和40％煤油组成。水性与有机相的比率为1:5。洗提溶液由1％HCl组成。
使用氢氧化铁饼作为使磷从灰浸出液中沉淀的碱源的另一一般优势在于其可用于使磷从灰浸出液沉淀，其中灰直接溶解于硫酸中而不用石膏稀释沉淀的磷，如之前所讨论在使用石灰的情况下那样。将污泥灰直接溶解于硫酸中的缺点然而是硫酸的化学效率降低并且如之前所讨论产生大量含有残留物的石膏。
图34示出了用于浓缩磷酸盐化合物的方法的一个实施方案，该方法优选地可与图27的用于回收磷酸盐化合物的方法(当包括步骤304时)一起使用。该方法始于步骤400。在步骤405中，将污泥灰溶解于包含无机酸的液体中成为一级浸出液。在步骤410中，使不溶性残留物与一级浸出液分离。在步骤420中，将包含氢氧化铁的碱添加到一级浸出液以使磷酸盐化合物例如磷酸铁沉淀。氢氧化铁优选为在步骤304(图27)中产生的氢氧化铁的至少一部分。在步骤425中，从一级浸出液去除经沉淀的磷酸盐化合物。优选地，将去除的沉淀磷酸盐化合物用作步骤302的沉淀磷酸盐(图27)。方法结束于步骤499。
图35示出了用于浓缩磷酸盐化合物的系统的一个实施方案的方框图，该系统优选地可与图26的用于回收磷酸盐化合物的系统一起使用。使包含污泥灰29(其又包含磷和铁)的原料4进入灰浸出反应器20的入口21。灰浸出反应器20具有用于溶解酸(在这种情况下是包含无机酸523的液体)的入口24。灰浸出反应器20经配置以将原料4溶解于无机酸523中。残留物分离器25与浸出反应器20的出口22连接。残留物分离器25经配置以从灰浸出反应器20分离不溶性残留物8。从而形成一级浸出液526。
在残留物分离器25的出口之后连接碱混合配置40。碱混合配置40经配置以将包含至少氢氧化铁506的碱通过入口41添加到一级浸出液526中。氢氧化铁优选地至少部分为图26的氢氧化铁185。添加氢氧化铁506使得包含铁的磷酸盐化合物从碱混合配置40内的一级浸出液中沉淀。磷酸盐分离器45与碱混合配置40的出口42连接。磷酸盐分离器45经配置以通过沉淀的磷酸盐化合物出口44从一级浸出液去除经沉淀的磷酸盐化合物10。沉淀的磷酸盐化合物优选地至少部分用作图26的磷酸盐化合物181。剩余一级浸出液546通过出口47离开。
当然明显的是，使用来自回收器的副产物作为用于浓缩器的原料的其它组合也是可能的。例如，根据之前所述的原理，回收器中产生的氢氧化铝197可用作浓缩器中铝离子与碱的来源。另一实例为使用来自回收器的副产物碳酸钙178作为在浓缩器中中和酸的原料，并同时产生如前所述可用作在回收器中使铝沉淀的原料的二氧化碳气体195。
另外，根据所述的原理用酸和碱操作回收器的不同组合也是可能的。根据一个实施方案，首先可如下处理中间沉淀物：液-液萃取铁，然后使磷沉淀181沉淀，随后溶解在碱中。在此实施方案中，用于回收铁、磷和铝的配置180可用作磷回收区段140(图14)。
图28示意性示出了基于这些理念的回收器3的一个实施方案的方框图。以与前述类似的方式操作馈料液的提供和铁萃取器区段120，并且将不再描述。从而从铁萃取器区段120提供至少已部分去除铁的馈料液127。馈料液127或者萃余液主要由氯化物形式的磷、铝和钙组成。
将馈料液127提供到磷回收区段140的混合体积145A中。将石灰146添加到萃余液或者馈料液127中以将pH优选地调节到在1.5与4之间，更优选地在pH 2与pH 3之间的水平。铝和铁(如有任何剩余量存在)主要以磷酸铝181形式沉淀，用合适的固/液分离器147A例如过滤器将其从剩余溶液148中去除。
在去除磷酸铝181之后，再将更添加到混合体积145B中的溶液中，以将pH进一步调节到在pH 4与pH 7之间、优选地在pH 4与pH 5之间的水平。这种pH值增大使磷酸钙149沉淀，用合适的固/液分离器147B例如过滤器将其从溶液中去除。
可提供混合体积145A和145B以及固/液分离器147A和147B作为独立实体单元。在替代性实施方案中，混合体积145A和145B和/或固/液分离器147A和147B可组合成同一个单元，其中混合和分离操作在时间上分开进行。
可将磷酸钙149用作馈料磷酸盐或者用于肥料生产。
在磷酸钙沉淀之后的溶液主要由氯化钙组成并且可作为氯化钙来源144回收到例如配置110的溶解反应器中以提供馈料液。
然后根据与图25关联呈现的理念，通过主要由氯化钙组成的流出物来控制钙在循环溶液中的积累。然后通过添加硫酸使流出物中的钙作为石膏来沉淀。或者，可通过将硫酸直接添加到氯化钙溶液中来控制钙含量。
将磷酸铝沉淀181馈至配置180中以回收磷和铝以及可能的铁。配置180内的工艺遵循与上文所讨论相同的原理。
可将对应于上文讨论的理念的方法的一个实施方案视为根据图27的方法，作为图13的步骤280，其具有几个另外的步骤。在图29示出了这些步骤。设想馈料液包含铝。部分方法然后意图继续进行步骤270。在步骤330中，添加已去除铁的馈料液以获得pH>1.5，优选地在2与3之间。这种添加使得磷酸铝沉淀。在步骤332中，使沉淀的磷酸铝与已去除铁的溶液分离，从而产生铝和已去除铁的馈料液。部分方法然后意图继续进行步骤302(图27)。优选地，方法还包括步骤334，其中将石灰添加到铝和已去除铁的馈料液中以获得在4与5之间的pH值。这使得磷酸钙沉淀。在步骤336中，使沉淀的磷酸钙与铝和已去除铁的馈料液分离。部分方法然后意图继续进行步骤260和/或294(图13、25)。
在一个替代性实施方案中，可将上文所述的用石灰使磷沉淀换为根据先前实施方案用磷酸三丁酯进行萃取。
本文所公开的一般方法的有利方面中的一个在于该方法可分成两个部分(如由图1示出)。方法的两个部分需要时可彼此无关地并且甚至在不同位置操作，例如，仅基于化学沉淀和过滤的方法的第一部分可位于污泥灰来源附近，而浓缩的磷沉淀可运输到不同位置以进行进一步的处理。以此方式，处理磷酸铁/磷酸铝的单一工厂可从几个较小的污泥灰处理工厂接收原料(中间沉淀物)。以此方式，由于运输与灰相比磷含量更高的中间沉淀物，因此可降低运输成本。
然而，两个“部分”也可以一起提供。在图30中，示出了产生磷酸盐化合物的系统1的一个实施方案。灰浸出反应器20经配置以将包含污泥灰29的原料4溶解于盐酸23中。污泥灰29包含磷以及铁和铝中至少一个。残留物分离器25与浸出反应器20的出口22连接。残留物分离器25经配置以从灰浸出反应器20分离不溶性残留物8，从而形成第一浸出液26。第一浸出液26具有磷对三价铁与铝的总和的摩尔比。系统包括用于控制摩尔比大于1的构件30。在残留物分离器25的出口之后连接碱混合配置40。碱混合配置40经配置以将碱6添加到第一浸出液中。这使得包含铁和/或铝的磷酸盐化合物10从第一浸出液26沉淀。磷酸盐分离器45与碱混合配置40的出口42连接。磷酸盐分离器45经配置以从第一浸出液46去除经沉淀的磷酸盐化合物10。在来自磷酸盐分离器45的第一浸出液46的出口47之后连接硫混合配置50。硫混合配置50经配置以将硫酸7添加到第一浸出液46中，从而使硫酸盐化合物9沉淀。硫酸盐分离器55与硫混合配置50的出口52连接。硫酸盐分离器55经配置以从第一浸出液56分离经沉淀的硫酸盐化合物9。在硫酸盐分离器55的出口57与灰浸出反应器20的入口24之间连接回收配置60。回收配置60经配置以回收浸出液56的至少一部分。
系统进一步包括用于提供包含磷酸铁的馈料液的配置110。用于提供馈料液的配置具有与磷酸盐分离器45的沉淀磷酸盐化合物10的出口44连接的磷酸盐化合物浸出反应器115。磷酸盐化合物浸出反应器115经配置以将沉淀的磷酸盐化合物10溶解到第二浸出液中，从而形成包含磷酸铁的馈料液111。第二浸出液任选地通过过滤去除不溶物质来处理。铁萃取器区段120与用于提供馈料液的配置110的出口连接。铁萃取器区段120经配置以从具有包含磷酸三丁酯、改性剂和稀释剂的第一有机溶剂121的馈料液111萃取铁，从而产生已去除铁的馈料液。第一有机溶剂121具有第一磷酸三丁酯含量。铁萃取器区段120经进一步配置以使用水或稀酸洗提从第一有机溶剂所萃取的铁。铁萃取器区段120经进一步配置以在洗提之后回收第一有机溶剂133以用于萃取铁。在来自铁萃取器区段120的已去除铁的馈料液127的出口之后连接磷酸盐回收区段140。磷酸盐回收区段140经配置以从已去除铁的馈料液127中回收磷酸盐化合物。
图31示出了产生磷酸盐化合物的方法的一个实施方案的步骤流程图。该方法始于步骤200。在步骤205中，将包含污泥灰的原料溶解于盐酸中。污泥灰包含磷以及铁和铝中至少一个。在步骤210中，从溶解步骤分离不溶性残留物，从而形成第一浸出液。第一浸出液具有磷对三价铁与铝的总和的摩尔比。在步骤215中控制摩尔比大于1。在步骤220中，将碱添加到第一浸出液中，从而使磷酸盐化合物从第一浸出液中沉淀。在步骤225中，从第一浸出液去除经沉淀的磷酸盐化合物。在步骤225之后，在步骤240中将硫酸添加到第一浸出液中，从而使硫酸盐化合物沉淀。在步骤245中，从第一浸出液中分离经沉淀的硫酸盐化合物。在步骤248中，在分离经沉淀的硫酸盐化合物的步骤245之后，回收浸出液的至少一部分作为在溶解污泥灰的步骤205中盐酸。
在步骤260中，形成馈料液。这通过步骤261进行，其中将沉淀的磷酸盐化合物溶解成第二浸出液。在步骤270中从具有包含磷酸三丁酯、改性剂和稀释剂的第一有机溶剂的馈料液萃取铁，从而产生已去除铁的馈料液。第一有机溶剂具有第一磷酸三丁酯含量。在步骤275中，使用水或稀酸从第一有机溶剂中洗提所萃取的铁。在洗提之后在步骤279中回收第一有机溶剂，以用于萃取铁的步骤270。在步骤280中，从已去除铁的馈料液中回收磷酸盐化合物。
上述详细实施方案仅为可如何配置用于处理焚化下水道污泥的灰的方法和配置的少数实施例。综上所述，应将上述实施方案理解成本发明的说明性实施例。本领域技术人员应了解，可以在不脱离本发明的范围的情况下对实施方案进行各种修改、组合和变化。本发明的范围然而是由随附权利要求书所界定。

Claims (28)

1.一种用于浓缩磷酸盐化合物的方法，其包括以下步骤：
-将包含污泥灰的原料溶解(205)于包含至少盐酸的液体中，所述污泥灰包含磷以及铁和铝中至少一个；
-从所述溶解步骤分离(210)不溶性残留物，从而形成第一浸出液；
所述第一浸出液具有磷对三价铁与铝的总和的摩尔比；
-控制(215)所述摩尔比大于1；
-在分离(210)不溶性残留物的所述步骤之后将碱添加(220)到所述第一浸出液中，从而使包含铁和铝中至少一个的磷酸盐化合物从所述第一浸出液中沉淀；
-从所述第一浸出液去除(225)所述经沉淀的磷酸盐化合物；
-在去除(225)所述经沉淀的磷酸盐化合物的所述步骤之后将硫酸添加(240)到所述第一浸出液中，从而使硫酸盐化合物沉淀；
-从所述第一浸出液分离(245)所述经沉淀的硫酸盐化合物；以及
-在分离(245)所述经沉淀的硫酸盐化合物的所述步骤之后回收(248)所述第一浸出液的至少一部分，作为在溶解(205)污泥灰的所述步骤中的包含至少盐酸的所述液体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于控制(215)所述摩尔比的所述步骤包括以下至少一个：
-在溶解原料的所述步骤期间将磷添加到所述第一浸出液中；
-在溶解原料的所述步骤之后将磷添加到所述第一浸出液中；以及
-将磷添加到所述原料中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述溶解(205)步骤在低于2的pH值下进行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述碱包括石灰。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述碱包括氢氧化铁。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下其它步骤：
-将硫化物添加(212、232)到所述第一浸出液中，从而使重金属硫化物沉淀；以及
-从所述第一浸出液分离(213、233)所述经沉淀的重金属硫化物。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于添加(212)硫化物和分离(213)所述经沉淀的硫化物的所述步骤在将碱添加(220)到所述第一浸出液中的所述步骤之前进行。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于添加硫化物(232)和分离(233)所述经沉淀的硫化物的所述步骤在从所述第一浸出液去除(225)所述经沉淀的磷酸盐化合物的所述步骤之后进行。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下其它步骤：
-调适(214)所述第一浸出液中的离子比例，从而当所述第一浸出液中的磷酸盐摩尔含量高于在将碱添加到所述第一浸出液中的所述步骤中的预期沉淀的摩尔量时，在可作为磷酸盐化合物沉淀的阳离子与磷酸根离子之间的比率提高，从而保持所述摩尔比大于1；
调适(214)所述第一浸出液中的离子比例的所述步骤包括在将碱添加(220)到所述第一浸出液中的所述步骤中磷酸盐化合物的所述沉淀之前将三价铁和铝中至少一个添加到所述第一浸出液中。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于调适(214)所述第一浸出液中的离子比例的所述步骤包括在将碱添加(220)到所述第一浸出液中的所述步骤中磷酸盐化合物的所述沉淀之前将氧化剂(216)添加到所述第一浸出液中，从而使得二价铁氧化成三价铁。
11.一种用于产生磷酸盐化合物的方法，其包括：
根据权利要求1至10中任一项所述的用于浓缩磷酸盐化合物的方法；以及用于回收磷酸盐化合物的方法。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于用于回收磷酸盐化合物的所述方法包括以下步骤：
-将所述经沉淀的磷酸盐化合物溶解(261)成第二浸出液，从而提供(260)包含磷酸铁的馈料液；
-用包含磷酸三丁酯、改性剂和稀释剂的第一有机溶剂从所述馈料液萃取(270)铁，从而产生已去除铁的馈料液；
所述第一有机溶剂具有第一磷酸三丁酯含量；
-使用水和稀酸中的一个从所述第一有机溶剂洗提(275)所述经萃取的铁；
-在所述洗提之后回收(279)所述第一有机溶剂以用于萃取铁的所述步骤；以及
-从所述已去除铁的馈料液中回收(280)所述磷酸盐化合物。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于
所述第一有机溶剂的第一磷酸三丁酯含量在5体积％与60体积％之间。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述溶解(261)步骤包括将所述经沉淀的磷酸盐化合物溶解(262)于包含至少盐酸的液体中。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于从所述已去除铁的溶液回收(280)所述磷酸盐化合物的所述步骤依次包括以下步骤：
-用包含磷酸三丁酯第二有机溶剂从所述已去除铁的溶液萃取(281)磷酸，从而产生已去除磷的馈料液；
所述第二有机溶剂，其含有浓度高于所述第一有机溶剂的磷酸三丁酯；
-通过水溶液从所述第二有机溶剂洗提(283)所述经萃取的磷酸；以及
-在所述萃取磷酸的所述洗提之后回收(284)所述第二有机溶剂以用于萃取磷酸的所述步骤；
所述第二有机溶剂，其含有的磷酸三丁酯的浓度在70体积％与100体积％之间。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述馈料液进一步包含铝，其中所述方法包括以下其它步骤：
-将碱添加(290)到所述已去除磷的馈料液的至少一部分中以获得中性或碱性的pH值，从而使得氢氧化铝沉淀；
-从所述已去除磷的溶液分离(291)经沉淀的氢氧化铝，从而产生一个已去除铝的馈料液。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于添加到所述已去除磷的馈料液中的所述碱包括石灰、氢氧化钠和氨中的至少一个。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述馈料液进一步包含铝，其中所述方法包括以下其它步骤：
-将磷酸钙和碱中的至少一个添加(330)到所述已去除磷的馈料液的至少一部分中以获得酸性pH值>1.5，从而使得磷酸铝沉淀；
-从所述已去除磷的溶液分离(332)经沉淀的磷酸铝，从而产生一个已去除铝的馈料液。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于以下其它步骤：再利用(292)所述已去除磷的馈料液的未用于以下步骤中的所述部分：分离经沉淀的氢氧化铝的所述步骤，或者分离经沉淀的磷酸铝以用于提供包含磷酸铁的馈料液的所述步骤中的所述步骤。
20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于用于回收磷酸盐化合物的所述方法包括以下步骤：
-由碱性溶液将所述经沉淀的磷酸盐化合物和所述经沉淀的磷酸铝中的至少一个的至少一部分溶解(302)成第二浸出液；
-将石灰添加(306)到所述第二浸出液中，从而使磷酸钙沉淀；
-从所述第二浸出液分离(308)经沉淀的磷酸钙；以及
-在分离经沉淀的磷酸钙以用于以下步骤中的所述步骤之后回收(310)所述第二浸出液：由碱性溶液溶解所述经沉淀的磷酸盐化合物和所述经沉淀的磷酸铝中的至少一个的至少一部分。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于所述经沉淀的磷酸盐化合物和所述经沉淀的磷酸铝中的至少一个的所述部分包含铁，其中所述方法包括在添加石灰的所述步骤之前从所述第二浸出液过滤(304)氢氧化铁的其它步骤。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于将来自从所述第二浸出液过滤(304)氢氧化铁的所述步骤的氢氧化铁用作以下步骤中的所述碱的至少一部分：将碱添加(220)到所述第一浸出液中的所述步骤、调适(214)所述第一浸出液中的所述离子比例的所述步骤和/或控制(215)所述摩尔比大于1的所述步骤。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于以下其它步骤：
-在分离(308)经沉淀的磷酸钙的所述步骤之后将酸添加(312)到所述第二浸出液的至少一个偏离部分中，从而使氢氧化铝沉淀；以及
-从所述第二浸出液的所述偏离部分分离(314)所述经沉淀的氢氧化铝。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于将酸添加到所述第二浸出液的所述偏离部分中的所述步骤中所用的所述酸包括碳酸或者气体二氧化碳，其中所述方法包括以下其它步骤：
-在分离所述经沉淀的氢氧化铝的所述步骤之后将石灰添加(316)到所述第二浸出液的所述偏离部分中，从而使碳酸钙沉淀；
-从所述第二浸出液的所述偏离部分分离(318)所述经沉淀的碳酸钙；以及
-在所述分离(318)所述经沉淀的碳酸钙之后回收(320)所述第二浸出液的所述偏离部分，以用于由碱性溶液溶解(302)所述经沉淀的磷酸盐化合物和所述经沉淀的磷酸铝中的至少一个的至少一部分的所述步骤中。
25.一种用于浓缩磷酸盐化合物的系统，其包括：
灰浸出反应器(20)，其经配置以将包含污泥灰(29)的原料(4)溶解于包含至少盐酸的液体中，所述污泥灰包含磷以及铁和铝中至少一个；
残留物分离器(25)，其与所述浸出反应器(20)连接；
所述残留物分离器(25)经配置以从所述灰浸出反应器(20)分离不溶性残留物(8)，从而形成第一浸出液(26)；
所述第一浸出液(26)，其具有磷对三价铁与铝的总和的摩尔比；
用于控制所述摩尔比大于1的构件(30)；
碱混合配置(40)，其连接在所述残留物分离器(25)之后；
所述碱混合配置(40)经配置以将碱(6)添加到所述第一浸出液中，从而使包含铁和铝中至少一个的磷酸盐化合物(10)从所述第一浸出液沉淀；
磷酸盐分离器(45)，其与所述碱混合配置(40)连接；
所述磷酸盐分离器(45)经配置以从所述第一浸出液(46)去除所述经沉淀的磷酸盐化合物(10)；
硫混合配置(50)，其连接在分离器(45)之后；
所述硫混合配置(50)经配置以将硫酸(7)添加到所述第一浸出液中，从而使硫酸盐化合物(9)沉淀；
硫酸盐分离器(55)，其与硫混合配置(50)连接；
所述硫酸盐分离器(55)经配置以从所述第一浸出液(56)分离所述经沉淀的硫酸盐化合物(9)；以及
回收配置(60)，其连接在所述硫酸盐分离器(55)的出口(57)与所述灰浸出反应器(20)的入口(24)之间；
所述回收配置(60)经配置以回收所述浸出液(56)的至少一部分。
26.一种用于产生磷酸盐化合物的系统，其包括：
根据权利要求25所述的用于浓缩磷酸盐化合物的系统；以及
用于回收磷酸盐化合物的系统的系统。
27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于用于回收磷酸盐化合物的系统的所述系统包括：
配置(110)，其用于提供包含磷酸铁的馈料液(111)；
用于提供馈料液的所述配置(110)具有与所述磷酸盐分离器(45)的沉淀磷酸盐化合物的出口连接的磷酸盐化合物浸出反应器(115)；
所述磷酸盐化合物浸出反应器(115)经配置以将所述经沉淀的磷酸盐化合物(10)溶解于第二浸出液(116)中，从而形成包含磷酸铁的所述馈料液(111)；
铁萃取器区段(120)，其与用于提供馈料液的所述配置(110)连接；
所述铁萃取器区段(120)经配置以从具有包含磷酸三丁酯、改性剂和稀释剂的第一有机溶剂(121)的所述馈料液(111)萃取铁，从而产生已去除铁的馈料液；
所述第一有机溶剂(121)具有第一磷酸三丁酯含量；
所述铁萃取器区段(120)经进一步配置以使用水和稀酸中的一个从所述第一有机溶剂(121)洗提所述经萃取的铁；
所述铁萃取器区段(120)经进一步配置以在所述洗提之后回收所述第一有机溶剂(121)以用于所述铁萃取；以及
磷酸盐回收区段(140)，其连接在来自所述铁萃取器区段(120)的已去除铁的馈料液(127)的出口之后；
所述磷酸盐回收区段(140)经配置以从所述已去除铁的馈料液(127)回收所述磷酸盐化合物(141)。
28.根据权利要求26所述的系统，其特征在于用于回收磷酸盐化合物的系统的所述系统包括：
溶解反应器(182)，其经配置以将来自所述磷酸盐分离器(45)的作为中间磷沉淀(181)的所述经沉淀的磷酸盐化合物(10)的至少一部分溶解于碱性溶液中成为第二浸出液；
混合体积(187)，其与所述溶解反应器(182)连接并且经配置以将石灰添加到所述第二浸出液中从而使磷酸钙沉淀；
固/液分离器(189)，其与所述混合体积(187)连接并且经配置以从所述第二浸出液分离在所述混合体积(187)中沉淀的所述磷酸钙；以及
回收配置，其连接在所述混合体积(187)与所述溶解反应器(182)之间，并且经配置以回收在所述固/液分离器(189)之后的所述第二浸出液以用于所述溶解反应器(182)中作为所述碱性溶液的至少一部分。
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