CN107098372A - 一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法 - Google Patents

一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法 Download PDF

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Abstract

一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法包括：将磷尾矿、盐酸按比例加入分解槽，在分解槽内充分混合反应，反应料浆进行固液分离Ⅰ，分离出第一母液和固体废渣为酸不溶物；第一母液按比例加入硫酸反应结晶，生成硫酸钙晶须。结晶料浆进行固液分离，分离出二水硫酸钙晶须，母液为含氯化镁和盐酸的混合母液。混合母液中的氯化镁达到一定浓度后，开始取出一部分进行闪蒸蒸发出母液中的HCl，得到主要成分为氯化镁的母液，余下的部分返回分解槽。氯化镁母液通入气氨，经固液分离得到较纯的氯化镁溶液和含有少量杂质的氯化铵镁固体。氯化铵镁溶液吸收前工段HCl气体，使氯化铵镁溶液的PH值趋近于中性，经浓缩、结晶得到氯化铵镁晶体。本发明的优点是，能够利用工业废弃物及价格低廉的原材料生产出较高品质氢氧化镁和硫酸钙晶须。

Description

一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，涉及一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法，具体为一种利用盐酸分解磷尾矿得到氯化钙和氯化镁，再结合硫酸和氨生产硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法。
背景技术
我国磷矿储备资源相对丰富，但多为中低品位，且多属于难选矿。作为农业大国，磷矿资源被大量运用于农业化肥生产中，磷资源由富矿开采转向中低品位的贫矿开采，以致产生了大量磷尾矿。磷尾矿的堆积不仅导致了资源浪费，而且产生了严重的环境污染。磷尾矿中钙、镁、磷有效元素所占比例依然较大，对其回收利用并变废为宝一直是行业内研究的热点。
氢氧化镁产品主要为浆状、膏状和粉状，根据其功能，可分为纳米级、纤维状、阻燃型和环保型氢氧化镁，广泛运用于水处理、烟气脱硫、无机阻燃剂等重要无机化工品。硫酸钙晶须具有横截面均匀、外形完整、纤维状内部结构的无机非金属材料，性能优良，广泛运用于造纸、塑料、橡胶、涂料、医药、建材、摩擦材料等行业，前景广阔。盐酸为复合肥副产物，具有品质低，产能过剩，严重制约复合肥的产能。盐酸用来分解磷尾矿既可以将磷尾矿利用起来，又化解了盐酸的过剩产能。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法，能够利用工业废弃物及价格低廉的原材料生产出较高品质氢氧化镁和硫酸钙晶须。
本发明所采用的技术方案是：一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法包括如下过程：
（1）将磷尾矿、盐酸按比例加入分解槽，在分解槽内充分混合反应，控制反应温度，反应时间;
（2）将步骤1）所得反应料浆进行固液分离Ⅰ，生成含氯化钙和氯化镁的第一母液，第一滤饼经洗涤Ⅰ后得到固体废渣为酸不溶物；
（3）将步骤2）所得含氯化钙和氯化镁的第一母液按比例加入硫酸反应结晶，控制反应温度，反应时间，生成硫酸钙晶须；
（4）将步骤3）所得结晶料浆进行固液分离Ⅱ，生成含氯化镁和盐酸第二母液，第二滤饼经洗涤Ⅱ后得到二水硫酸钙晶须，含氯化镁和盐酸的第二母液返回步骤1）的分解槽；
（5）当步骤4）中的第二母液中的氯化镁达到一定浓度后，取一部分第二母液进行闪蒸蒸发出第二母液中的HCl，生成主要成分为氯化镁的第三母液，余下第二母液返回步骤1）的分解槽；
（6）将步骤5）中第三母液通入分二阶段通入气氨或液氨或氨水，第一阶段PH值3.0~7.0，使第三母液中的部分杂质转化为沉淀析出，经固液分离Ⅲ得到较纯的氯化镁溶液和含有少量杂质的氯化铵镁固体，第二阶段PH值6.0~10.0，经固液分离Ⅳ得到氯化铵镁溶液和氢氧化镁固体，氢氧化镁固体经洗涤Ⅳ得到较纯的氢氧化镁；
（7）用步骤6）中氯化铵镁溶液与步骤5）中闪蒸蒸发出的HCl气体混合并发生反应，使氯化铵镁溶液的PH值趋近于中性，反应后的氯化铵镁溶液经浓缩、结晶得到氯化铵镁晶体。
进一步讲，用步骤1）中所述的磷尾矿的主要有效成分（以氧化态计）为质量含量1~8%，质量含量20~40%，质量含量5~20%。
进一步讲，步骤（1）中所述的盐酸为浓盐酸和稀盐酸均可，也可以为氯化氢气体。
进一步讲，步骤（1）中分解槽内HCl总的物质的量为所投磷尾矿含CaO和MgO的物质的量的2.0~2.5倍，即nHCl=2.0~2.5（nCaO+nMgO）。
进一步讲，步骤（1）中所诉的反应温度为1-55摄氏度，反应时间≥30分钟。
进一步讲，步骤（3）中硫酸用量为母液I中Ca2+含量的1.0倍，即nH2SO4=nCa2+，所用硫酸为稀硫酸和浓硫酸均可。
进一步讲，步骤（3）中结晶反应的液固比控制在5~20:1，反应温度为1-55摄氏度，反应时间为≥30分钟。
进一步讲，步骤（4）中所述的含氯化镁和盐酸的混合母液浓度为：氯化镁含量在50~120g/L。
进一步讲，步骤（6）中所述的氯化铵镁固体主要为含有铁、镁、铝、磷等元素的水不溶物的氯化铵镁，作为生产复合肥料的原料。
进一步讲，步骤（7）中所述的氯化铵镁晶体为纯度较高的氯化铵镁，作为全水溶肥料或复合肥原料。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的目的就是提供一种以盐酸、磷尾矿为原料，将大量堆积的磷尾矿和复合肥副产的盐酸综合利用，成功解决了盐酸、磷尾矿无法处理的问题，变废为宝，减轻了环保压力及磷尾矿堆存的安全问题。
2、本发明工艺隶属于全封闭循环工艺体系，符合绿色化工理念。
3、本发明生产工艺简单，操作方便，生产成本低，经济效益好。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施案例及附图来进一步说明本发明，但实施案例不会构成对本发明的限制。
实施1：
将磷尾矿、盐酸（母液）加入分解槽，控制浸取槽内HCl的量为所投磷尾矿中CaO和MgO的2.0倍，反应温度40℃，反应时间30分钟。反应料浆进行固液分离Ⅰ，生成出含氯化钙和氯化镁的第一母液，第一滤饼洗涤Ⅰ后得到固体废渣为酸不溶物。
向含氯化钙和氯化镁的第一母液中加入硫酸反应结晶，根据母液中Ca2+总量，硫酸用量为滤液中Ca2+含量的1.0倍，硫酸钙结晶过程中液固比控制在10:1。并控制反应温度50℃，反应时间30分钟，得到硫酸钙晶须。将含有硫酸钙晶须的料浆进行固液分离Ⅱ，生成含氯化镁和盐酸的第二母液，第二滤饼经洗涤Ⅱ后得到二水硫酸钙晶须，含氯化镁和盐酸的第二母液返回步骤1）的分解槽，如此循环提高氯化镁的浓度至氯化镁含量达到90g/L。
开始取出一部分氯化镁含量达到90g/L后的第二母液，余下的第二母液返回分解槽，并维持循环体系中氯化镁的浓度在90g/L±10g/L，取出的第二母液进行闪蒸蒸发出第二母液中的HCl，得到主要成分为氯化镁的第三母液。
向第三母液通入气氨，并控PH值在5.5，使第三母液中的绝大部分杂质转化为沉淀析出，经固液分离Ⅲ得到较纯的氯化铵镁溶液和含有杂质的氯化铵镁固体，向氯化铵镁溶液继续通入气氨，并控制PH值在8.0，得到氢氧化镁沉淀和氯化铵镁溶液，经固液分离Ⅳ得到氢氧化镁固体，氢氧化镁固体经洗涤Ⅳ得到较纯的氢氧化镁。
固液分离Ⅳ后的氯化铵镁溶液与HCl气体混合并发生反应，使固液分离Ⅳ后的氯化铵镁溶液中过量的氨和HCl反应得到氯化铵，使氯化铵镁溶液的PH值趋近于中性，反应后的氯化铵镁溶液经浓缩、结晶得到氯化铵镁晶体，分离出氯化铵镁晶体后母液返回浓缩。
得到的二水硫酸钙晶须：纯度98.2%；
氢氧化镁：纯度98.5%；
氯化铵镁固体：MgO 15.5%，P2O5 9.7%，N 1.7%；
氯化铵镁晶体：MgO 10.3%，N22.2%， P2O5 0.9%。
实施2：
将磷尾矿、盐酸（母液）加入分解槽，控制浸取槽内HCl的量为所投磷尾矿中CaO和MgO的2.5倍，反应温度30℃，反应时间60分钟。反应料浆进行固液分离Ⅰ，生成含氯化钙和氯化镁的第一母液，第一滤饼洗涤后得到固体废渣为酸不溶物。
向含氯化钙和氯化镁的第一母液中加入硫酸反应结晶，根据母液中Ca2+总量，硫酸用量为滤液中Ca2+含量的1.0倍，硫酸钙结晶过程中液固比控制在20:1。并控制反应温度40℃，反应时间60分钟，得到硫酸钙晶须。将含有硫酸钙晶须的料浆进行固液分离Ⅱ，生成含氯化镁和盐酸的第二母液，第二滤饼经洗涤Ⅱ后得到二水硫酸钙晶须，含氯化镁和盐酸的第二母液返回步骤1）的分解槽，如此循环提高氯化镁的浓度至氯化镁含量达到70g/L；
开始取出一部分氯化镁含量达到70g/L后的第二母液，余下的第二母液返回分解槽，并维持循环体系中氯化镁的浓度在70g/L±10g/L，取出的第二母液进行闪蒸蒸发出第二母液中的HCl，得到主要成分为氯化镁的第三母液。
向第三母液通入气氨，并控PH值在5.0，使第三母液中的绝大部分杂质转化为沉淀析出，经固液分离得到较纯的氯化铵镁溶液和含有杂质的氯化铵镁固体，向氯化铵镁溶液继续通入气氨，并控制PH值在8.5，得到氢氧化镁沉淀和氯化铵镁溶液，经固液分离Ⅳ得到氢氧化镁固体，氢氧化镁固体经洗涤Ⅳ得到较纯的氢氧化镁。
固液分离Ⅳ后的氯化铵镁溶液与HCl气体混合并发生反应，使固液分离Ⅳ后的氯化铵镁溶液中过量的氨和HCl反应得到氯化铵，使氯化铵镁溶液的PH值趋近于中性，反应后的氯化铵镁溶液经浓缩、结晶得到氯化铵镁晶体，分离出氯化铵镁晶体后母液返回浓缩。
得到的二水硫酸钙晶须：纯度99.0%；
氢氧化镁：纯度97.6%；
氯化铵镁固体：MgO 14.4%，P2O5 8.4%，N 1.5%；
氯化铵镁晶体：MgO 11.2%，N23.0%， P2O5 1.1%。
实施3：
将磷尾矿、盐酸（母液）加入分解槽，控制浸取槽内HCl的量为所投磷尾矿中CaO和MgO的2.2倍，反应温度40℃，反应时间60分钟。反应料浆进行固液分离Ⅰ，生成出含氯化钙和氯化镁的第一母液，第一滤饼洗涤Ⅰ后得到固体废渣为酸不溶物。
向含氯化钙和氯化镁的第一母液中加入硫酸反应结晶，根据母液中Ca2+总量，硫酸用量为滤液中Ca2+含量的1.0倍，硫酸钙结晶过程中液固比控制在8:1。并控制反应温度50℃，反应时间60分钟，得到硫酸钙晶须。将含有硫酸钙晶须的料浆进行固液分离Ⅱ，生成含氯化镁和盐酸的第二母液，第二滤饼经洗涤Ⅱ后得到二水硫酸钙晶须，含氯化镁和盐酸的第二母液返回步骤1）的分解槽，如此循环提高氯化镁的浓度至氯化镁含量达到110g/L。
开始取出一部分氯化镁含量达到110g/L后的第二母液，余下的第二母液返回分解槽，并维持循环体系中氯化镁的浓度在110g/L±10g/L，取出的第二母液进行闪蒸蒸发出第二母液中的HCl，得到主要成分为氯化镁的第三母液。
向第三母液通入气氨，并控PH值在6.0，使第三母液中的绝大部分杂质转化为沉淀析出，经固液分离Ⅲ得到较纯的氯化铵镁溶液和含有杂质的氯化铵镁固体，向氯化铵镁溶液继续通入气氨，并控制PH值在8.5，得到氢氧化镁沉淀和氯化铵镁溶液，经固液分离Ⅳ得到氢氧化镁固体，氢氧化镁固体经洗涤Ⅳ得到较纯的氢氧化镁。
固液分离Ⅳ后的氯化铵镁溶液与HCl气体混合并发生反应，使固液分离Ⅳ后的氯化铵镁溶液中过量的氨和HCl反应得到氯化铵，使氯化铵镁溶液的PH值趋近于中性，反应后的氯化铵镁溶液经浓缩、结晶得到氯化铵镁晶体，分离出氯化铵镁晶体后母液返回浓缩。
得到的二水硫酸钙晶须：纯度97.1%；
氢氧化镁：纯度98.0%；
氯化铵镁固体：MgO 18.2%，P2O5 11.4%，N 2.3%；
氯化铵镁晶体：MgO 10.1%，N22.0%， P2O5 0.7%。

Claims (10)

1.一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法，其特征在于：所述方法包括如下过程：
（1）将磷尾矿、盐酸按比例加入分解槽，在分解槽内充分混合反应，控制反应温度，反应时间;
（2）将步骤1）所得反应料浆进行固液分离Ⅰ，生成含氯化钙和氯化镁的第一母液，第一滤饼经洗涤Ⅰ后得到固体废渣为酸不溶物；
（3）将步骤2）所得含氯化钙和氯化镁的第一母液按比例加入硫酸反应结晶，控制反应温度，反应时间，生成硫酸钙晶须；
（4）将步骤3）所得结晶料浆进行固液分离Ⅱ，生成含氯化镁和盐酸第二母液，第二滤饼经洗涤Ⅱ后得到二水硫酸钙晶须，含氯化镁和盐酸的第二母液返回步骤1）的分解槽；
（5）当步骤4）中的第二母液中的氯化镁达到一定浓度后，取一部分第二母液进行闪蒸蒸发出第二母液中的HCl，生成主要成分为氯化镁的第三母液，余下第二母液返回步骤1）的分解槽；
（6）将步骤5）中第三母液通入分二阶段通入气氨或液氨或氨水，第一阶段PH值3.0~7.0，使第三母液中的部分杂质转化为沉淀析出，经固液分离Ⅲ得到较纯的氯化镁溶液和含有少量杂质的氯化铵镁固体，第二阶段PH值6.0~10.0，经固液分离Ⅳ得到氯化铵镁溶液和氢氧化镁固体，氢氧化镁固体经洗涤Ⅳ得到较纯的氢氧化镁；
（7）用步骤6）中氯化铵镁溶液与步骤5）中闪蒸蒸发出的HCl气体混合并发生反应，使氯化铵镁溶液的PH值趋近于中性，反应后的氯化铵镁溶液经浓缩、结晶得到氯化铵镁晶体。
2.根据权利要求1所述的一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法，其特征在于：用步骤1）中所述的磷尾矿的主要有效成分（以氧化态计）为 质量含量1~8%，质量含量20~40%， 质量含量5~20%。
3.根据权利要求1所述的一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的盐酸为浓盐酸和稀盐酸均可，也可以为氯化氢气体。
4.根据权利要求1所述的一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法，其特征在于：步骤（1）中分解槽内HCl总的物质的量为所投磷尾矿含CaO和MgO的物质的量的2.0~2.5倍，即nHCl=2.0~2.5（nCaO+nMgO）。
5.根据权利要求1所述的一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法，其特征在于：步骤（1）中所诉的反应温度为1-55摄氏度，反应时间≥30分钟。
6.根据权利要求1所述的一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法，其特征在于：步骤（3）中硫酸用量为母液I中Ca2+含量的1.0倍，即nH2SO4=nCa2+，所用硫酸为稀硫酸和浓硫酸均可。
7.根据权利要求1所述的一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法，其特征在于：步骤（3）中结晶反应的液固比控制在5~20:1，反应温度为1-55摄氏度，反应时间为≥30分钟。
8.根据权利要求1所述的一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法，其特征在于：步骤（4）中所述的含氯化镁和盐酸的混合母液浓度为：氯化镁含量在50~120g/L。
9.根据权利要求1所述的一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法，其特征在于：步骤（6）中所述的氯化铵镁固体主要为含有铁、镁、铝、磷等元素的水不溶物的氯化铵镁，作为生产复合肥料的原料。
10.根据权利要求1所述的一种盐酸分解磷尾矿制取硫酸钙晶须和氢氧化镁的方法，其特征在于：步骤（7）中所述的氯化铵镁晶体为纯度较高的氯化铵镁，作为全水溶肥料或复合肥原料。
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