CN107244688B - 一种含磷固体废弃物资源化利用的方法 - Google Patents

一种含磷固体废弃物资源化利用的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种含磷固体废弃物资源化利用的方法。本发明主要通过强酸溶解含磷废水经中和沉淀产生的固体废弃物，并利用酸阻滞树脂及萃取工艺在不同条件下分离磷元及金属元素，从而达到回收磷酸和金属盐的目的。与传统焚烧法和填埋法处理此类固废相比，本发明具有操作简易，环境污染小，成本低廉且产物具有经济价值的优点。

Description

一种含磷固体废弃物资源化利用的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种含磷固体废物资源化的方法。
背景技术
近些年来国家对环境标准的要求愈发严格，固体废物作为环境的一大污染源，不仅仅会直接污染环境，而且常通过媒介，如水、气、土壤等进行污染。常规处理方法如填埋、焚烧等会占据大量的土地和产生二次污染，因此每年有大量的固体废物堆积无法处理，造成恶性循环。而固体废物常被称为放错地方的资源，如能有效回收利用其中的物质和能源，即实现固体废物资源化，将有效的缓解这一现状并创造一定的财富价值。
每年中国有大量地含磷的工业废水和生活污水产生，中和沉淀法因其廉价、快速、操作简单的优点常用于含磷酸盐废水处理，而此种方法往往会带来大量的沉淀物，这些沉淀物常被定性为危险固体废物，因此后续处理难度大、成本高。
本发明响应固体废物资源化理念，可对上述固体废物中的物质进行回收利用，其原理是，磷酸盐废水往往呈酸性，常用碱和盐混投沉淀磷酸根形成不溶性磷酸盐或磷酸氢盐沉淀，利用强酸制弱酸特性，可视情况将该沉淀溶于酸中，形成磷酸与酸式盐，以酸阻滞树脂进行分离磷酸与酸式盐溶液，通过蒸发等方式进行磷酸浓缩与酸式盐结晶回收。本发明具有操作简易，环境污染小，成本低廉且产物具有经济价值的优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含磷固体废弃物资源化利用的方法，本发明将固体废物的达标处理与污染物的资源化利用作为一个整体系统进行考虑。本发明是基于强酸制弱酸原理、酸阻滞树脂理化特性及萃取原理，通过控制酸投加量、进出树脂柱的液体量及流速等条件，将固体废物处理，并回收为磷酸及酸式盐，从而减少固体废物产量并资源化利用的方法。
本发明提出的一种含磷固体废弃物资源化利用的方法，包含以下步骤：
（1）将固体废弃物投加到含有适量盐酸的第一反应池中，控制第一反应池中溶液的pH值；所棕固体废物磷质量含量为1.5%~8%，含磷物质种类为正磷酸盐；
（2）当第一反应池中固液反应结束后，其出水进入到工业离心机中离心，排出少量不溶残渣，同时离心后的出水进入第二反应池中；
（3）向第二反应池中投加适量相应氢氧化物调节溶液的pH值，并产生不溶性磷酸盐沉淀，离心分离沉淀与液体，沉淀排入第三反应池，液体经浓缩蒸发可制得金属盐；
（4）向第三反应池中加入适量盐酸，形成氯化盐和磷酸溶液；
（5）用提升泵使步骤（4）中液体逆流通过树脂柱，液体经浓缩蒸发可制得氯化盐；液体逆流进入树脂柱流速控制在2~4BV/H，流量为1~3BV,即每小时流量为树脂装填体积量的2~4倍，单次操作流量为树脂装填体积量的1~3倍；
（6）待步骤(5)中液体排尽，以纯水顺流通过树脂柱，排出液体即为含有少量氯化盐的稀磷酸溶液；纯水顺流进入树脂柱流控制在2~4BV/H，流量为1~2BV，即每小时流量为树脂装填体积量的2~4倍，单次操作流量为树脂装填体积量的1~2倍；
（7）利用有机溶剂对步骤（6）中稀磷酸溶液进行多级逆流萃取，可分离磷酸与氯化盐；
（8）利用蒸馏水对步骤（7）中有机溶剂进行反萃取可得纯净稀磷酸，经蒸发浓缩可得所需浓度磷酸，其中有机溶剂可通过减压蒸馏进行回用。
本发明中，步骤（１）中当固体废弃物中主要成分为氢氧化铝，控制第一反应池中溶液的pH值为-0.4~-1.0；当固体废弃物中主要成分为碳酸钙，控制第一反应池中溶液的pH值为-0.1~-0.5。
本发明中，步骤（3）中所述pH值为4~9。
本发明中，步骤（8）中减压蒸馏温度应保证有机溶剂和磷酸不发生反应。
本发明的有益效果是：
（1）本发明提出了一种含磷酸盐固体废物资源化利用的方法，通过酸溶解操作实现了固体废物的减量化，大幅减少固体废物产生量；
（2）本发明通过酸阻滞树脂及萃取工艺，实现废水中磷酸和金属盐的分类回收，创造一定经济价值；
（3）本发明操作简单，成本较低，自动化程度高。
具体实施方式
下面结合实例作进一步详细说明，应当理解下面所举的实例只是为了解释说明本发明，并不包括本发明的所有内容。
实施例1
某化工厂含磷酸盐固体废物，其主要成分为大量氢氧化铝、部分不溶性磷酸铝盐沉淀及少量不溶性杂质，含磷量为7.1%。
（1）将固体废物投加到质量分数24%盐酸第一反应池中，以溶液澄清透明为标准，使盐酸反应完全，控制最终pH=-0.2；
（2）酸反应池中固液反应结束后的出水进入到工业离心机中离心，排出少量不溶残渣，其质量分数为3.07%，同时离心后的出水进入第二反应池中，经仪器分析第二反应池中液体磷酸含量为4.13%，氯化铝含量为11.67%，氯化镁含量为1.17%；
（3）向第二反应池中投加适量氢氧化铝调节pH至6.0，产生不溶性磷酸铝盐沉淀，离心分离沉淀与液体，沉淀排入第三反应池，液体经浓缩蒸发可制得六水合氯化铝晶体；
（4）向第三反应池中加入适量24%盐酸，形成20.09%氯化铝和13.27%磷酸溶液；
（5）用提升泵使第三反应池中液体以2BV/H流速，1BV流量逆流通过树脂柱，液体中磷酸含量为1.46%，氯化铝含量为17.53%，经浓缩蒸发可制得六水合氯化铝晶体；
（6）待步骤(5)中液体排尽，蒸馏水以2BV/H流速，1BV流量顺流通过树脂柱，排出液体经仪器分析磷酸含量为11.29%，氯化铝含量为2.53%；
（7）利用正丁醇以相比（O/A）2:1对步骤（6）中稀磷酸进行六级逆流萃取，可萃取出磷酸溶液，其中磷酸含量为5.61%，氯化铝含量为0.01%；
（8）利用蒸馏水对步骤（7）中有机溶剂以相比（O/A）3:1进行六级逆流反萃取可得纯净稀磷酸溶液，其中磷酸含量为15.02%，氯化铝含量为0.0007%，溶液经蒸发浓缩可得浓度85%磷酸，其中有机溶剂可通过减压蒸馏进行回用。
实施例2
化工厂含磷酸盐酸性废水采用投加碳酸钠和氯化钙除磷得到固体废物，其主要成分为大量碳酸钙、部分不溶性磷酸钙盐沉淀及少量不溶性杂质，含磷量为6.4%。
（1）将固体废物投加到质量分数24%盐酸第一反应池中，以溶液澄清透明为标准，使盐酸反应完全，控制最终pH=-0.5；
（2）酸反应池中固液反应结束后的出水进入到工业离心机中离心，排出少量不溶残渣，其质量分数为6.35%，同时离心后的出水进入第二反应池中，经仪器分析第二反应池中液体磷酸含量为3.13%，氯化钙含量为13.19%，氯化镁含量为1.27%；
（3）向第二反应池中投加适量氢氧化钙调节pH至8.0，产生不溶性磷酸钙盐沉淀，离心分离沉淀与液体，沉淀排入第三反应池，液体经浓缩蒸发可制得氯化钙晶体；
（4）向第三反应池中加入适量24%盐酸，形成21.96%氯化钙和12.04%磷酸溶液；
（5）用提升泵使第三反应池中液体以4BV/H流速，3BV流量逆流通过树脂柱，液体磷酸含量为1.65%，氯化钙含量为19.92%，经浓缩蒸发可制得氯化钙晶体；
（6）待步骤(5)中液体排尽，蒸馏水以4BV/H流速，2BV流量顺流通过树脂柱，排出液体经仪器分析磷酸含量为15.37%，氯化钙含量为3.36%；
（7）利用正丁醇以相比相比（O/A）2.5:1对步骤（6）中稀磷酸进行八级逆流萃取，可萃取出磷酸溶液，其中磷酸含量为5.82%，氯化钙含量为0.01%；
（8）利用蒸馏水对步骤（7）中有机溶剂以相比（O/A）4:1进行六级逆流反萃取可得纯净稀磷酸溶液，其中磷酸含量为21.14%，氯化钙含量为0.0004%，溶液经蒸发浓缩可得浓度85%磷酸，其中有机溶剂可通过减压蒸馏进行回用。

Claims (4)

1.一种含磷固体废弃物资源化利用的方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）将固体废弃物投加到含有适量盐酸的第一反应池中，控制第一反应池中溶液的pH值；所述固体废弃物磷质量含量为1.5%~8%，含磷物质种类为正磷酸盐；
（2）当第一反应池中固液反应结束后，其出水进入到工业离心机中离心，排出少量不溶残渣，同时离心后的出水进入第二反应池中；
（3）向第二反应池中投加适量相应氢氧化物调节溶液的pH值，并产生不溶性磷酸盐沉淀，离心分离沉淀与液体，沉淀排入第三反应池，液体经浓缩蒸发可制得金属盐；
（4）向第三反应池中加入适量盐酸，形成氯化盐和磷酸溶液；
（5）用提升泵使步骤（4）中液体逆流通过树脂柱，液体经浓缩蒸发可制得氯化盐；液体逆流进入树脂柱流速控制在2~4BV/H，流量为1~3BV,即每小时流量为树脂装填体积量的2~4倍，单次操作流量为树脂装填体积量的1~3倍；
（6）待步骤(5)中液体排尽，以纯水顺流通过树脂柱，排出液体即为含有少量氯化盐的稀磷酸溶液；纯水顺流进入树脂柱流控制在2~4BV/H，流量为1~2BV，即每小时流量为树脂装填体积量的2~4倍，单次操作流量为树脂装填体积量的1~2倍；
（7）利用有机溶剂对步骤（6）中稀磷酸溶液进行多级逆流萃取，可分离磷酸与氯化盐；
（8）利用蒸馏水对步骤（7）中有机溶剂进行反萃取可得纯净稀磷酸，经蒸发浓缩可得所需浓度磷酸，其中有机溶剂可通过减压蒸馏进行回用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中当固体废弃物中主要成分为氢氧化铝，控制第一反应池中溶液的pH值为-0.4~-1.0；当固体废弃物中主要成分为碳酸钙，控制第一反应池中溶液的pH值为-0.1~-0.5。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述pH值为4~9。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（8）中减压蒸馏温度应保证有机溶剂和磷酸不发生反应。
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