CN108910839A - 一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺 - Google Patents

一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，包括如下步骤：将磷石膏、钾长石、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，将生料焙烧制得熟料，将熟料研磨后溶出，固液分离，向固液分离得到的液体中加入CO2得白色沉淀，焙烧沉淀得氧化铝，对固液分离得到的滤渣进行浮选，浮选出的硫化物用于制备硫酸，浮选剩余的残渣烘干并粉碎，再与尿素、磷酸一铵、七水硫酸锌和硼酸混合均匀制得专用肥。本发明将钾长石结合磷石膏进行综合利用，具有提高钾长石和磷石膏的附加值，制备的油菜专用肥对油菜种植地土壤酸碱性的破坏作用小，铝回收率和纯度高的特点。

Description

一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺
技术领域
本发明涉及一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，属于冶金化工领域。
背景技术
磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，其主要成分为硫酸钙(CaSO4)，其含量一般可达到70～90％左右。此外，磷石膏还含有多种杂质：未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等。
油菜，又叫油白菜，苦菜，十字花科、芸薹属植物，原产我国，其茎颜色深绿，帮如白菜，属十字花科白菜变种，花朵为黄色。农艺学上将植物中种子含油的多个物种统称油菜。其主要分布在安徽、河南、四川等地。油菜营养丰富，其中维生素C含量很高。油菜一般生长在气候相对湿润的地方，譬如中国的南方。油菜也有许多用处，比如油菜花在含苞未放的时候可以食用；花朵凋谢后，油菜籽可以榨油。
钾长石矿是含钾量较高、分布最广、储量最大的非水溶性钾资源，属单斜晶系，通常呈肉红黄白等色，其理论成分为SiO264.7％、Al2O318.4％、K2O 16.9％，其平均氧化钾含量约K2O 11.63％，其储量约达79.14亿t，主要用于玻璃、陶瓷，还可用于制取钾肥，质量较好的钾长石用于制造电视显像玻壳等。
现目前，油菜种植使用的肥料中，主要是以钾肥和钙肥作为主要基肥，混合尿素、磷酸一铵、七水硫酸锌和硼酸等成分后制备而成，而常规的钾肥和钙肥是纯钾素肥料和钙素肥料，如氯化钾、硫酸钾、磷酸二氢钾和硝酸钙、硫酸钙和磷酸二氢钙等，这类的纯元素的钾钙基肥制备成本较高，为此，由于磷石膏和钾长石中分别含有大量的钙元素和钾元素，同时，磷石膏作为磷酸制备时的废渣会对环境造成严重的破坏，而钾长石作为主要的一种钾石盐矿，在自然界中的含量较大，使用成本均较低，使得磷石膏和钾长石成为了制备钾钙基肥的新选择。
但是，现目前在磷石膏和钾长石制备肥料的工艺中，是直接将磷石膏和钾长石粉碎后与其他成分混合后进行制备，由于磷石膏中含有大量的硫元素，而钾长石中含有大量的铝离子，铝离子进入土壤中后容易形成氢氧化铝，使土壤中释放出氢离子，破坏土壤的酸碱性，影响作物的生长，同时，铝元素和硫元素没有得到进一步的回收利用，大大降低了磷石膏和钾长石的附加值。
为此，本研究者通过对钾长石和磷石膏的成分含量以及化学特性进行分析，研究了一种磷石膏和钾长石的综合处理工艺，能够大大提高磷石膏和钾长石的附加值，使其有价成分得到充分利用，并且结合油菜的生长需要，制作了油菜专用肥，其中通过本工艺处理后对铝离子进行了回收处理，大大降低了专用肥对油菜种植地土壤酸碱性的破坏作用，对废渣磷石膏和钾长石的利用提供了一种新思路。
发明目的
本发明的目的在于，提供一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺。本发明将钾长石结合磷石膏进行综合利用，具有提高钾长石和磷石膏的附加值，制备的油菜专用肥对油菜种植地土壤酸碱性的破坏作用小，铝回收率和纯度高的特点。
本发明的技术方案
一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将钾长石粉碎至150-200目后与磷石膏、添加剂和改性剂混合制成生料，控制生料中磷石膏和钾长石的重量比为1:0.6-1.7，添加剂的添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的12-25％；将生料送入窑内焙烧，制得熟料；
(2)将步骤(1)制得的熟料水磨后溶出，并进行固液分离；
(3)向步骤(2)中固液分离得到的液体中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，得氢氧化铝，将所得的氢氧化铝在850-1000℃下焙烧1-3小时，得氧化铝；
(4)将步骤(2)中固液分离得到的滤渣浮选，浮选出硫化物，将硫化物焙烧，产生的烟气送入硫酸制备系统中制备硫酸；
(5)将步骤(4)中浮选剩余的残渣烘干并粉碎，得钾钙肥颗粒，将钾钙肥颗粒加入混料机中，再向混料机中加入尿素、磷酸一铵、七水硫酸锌和硼酸，混合均匀，制得油菜专用肥。
前述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，步骤(1)中，所述的钾长石中按质量百分比计，包括有K2O 10-18％、Al2O316-20％和SiO260-70％；所述的添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述的改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
前述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，步骤(1)中，所述的窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
前述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，步骤(1)中，所述的生料是在温度1100-1200℃下焙烧1-3小时。
前述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，所述溶出时的液固体积比为4-6:1。
前述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，步骤(4)中，是将浮选出的硫化物置于35-50％的富氧环境下，在800-1000℃下焙烧1-3小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后用浓硫酸吸收制得硫酸。
前述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，步骤(5)中，所述钾钙肥颗粒的含水率低于0.5％，过90-100目筛。
前述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，步骤(5)中，按重量份计，所述油菜专用肥包括120-150份钾钙肥颗粒、110-135份尿素、170-200份磷酸一铵、5-10份七水硫酸锌和30-50份硼酸。
前述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，按重量份计，所述油菜专用肥包括125-145份钾钙肥颗粒、115-130份尿素、180-190份磷酸一铵、6-9份七水硫酸锌和35-45份硼酸。
前述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，按重量份计，所述油菜专用肥包括135份钾钙肥颗粒、122份尿素、185份磷酸一铵、7份七水硫酸锌和40份硼酸。
本发明中，磷石膏和钾长石反应、重组的原理如下反应式所示：
CaSO4(磷石膏)+K2O·SiO2·Al2O3(钾长石)+添加剂+改性剂→Na2O·Al2O3+CaO·SiO2↓+【S】
从该反应式可知，用磷石膏中的CaO与钾长石中的SiO2生成原硅酸钙(2CaO·SiO2↓)后，得到可溶性极好的铝酸钠(Na2O·Al2O3)，其中的【S】为硫化物，主要为硫化铁和硫化钾等。
有益效果
1、本发明利用磷石膏和钾长石作为主要原料，添加改性剂和添加剂焙烧后水磨溶出、固液分离，向分离得到的液体通入CO2气体后，即可回收铝，分离得到的滤渣经浮选得硫化物，硫化物焙烧的烟气通入浓硫酸中即可得到硫酸，浮选残渣添加其他肥料组分混合均匀即可得到油菜专用肥，工艺简单，原料成本低，开辟了磷石膏和钾长石综合利用的新方向。同时，由于本工艺不仅对钾长石中的铝进行了有效回收，还回收了酸并制备了油菜专用钾钙肥，大大提高了磷石膏和钾长石的附加值。
2、本发明将钾长石和磷石膏与添加剂和改性剂混合焙烧后固液分离，再将固液分离得到滤渣浮选出硫化物后，浮选后的残渣中含有大量的钾和钙，可直接做钾钙基肥使用，根据油菜的需肥要求，合理配以尿素、磷酸一铵、七水硫酸锌和硼酸并混匀，造粒，即可制得油菜专用肥，该肥十分适用于油菜的种植，且钾长石中的铝得到了回收，避免了金属铝离子对土壤的破坏，提高了油菜专用肥的肥效。
3、本发明先将钾长石、磷石膏、添加剂和改性剂进行焙烧，焙烧后产物不含有机物，易于分离，再经水磨溶出和固液分离后即可得到成分分明的产物，产物主要为硅酸盐、金属硫化物和铝酸钠，在分离得到的液体中几乎只含有极易溶于水的铝酸钠，通入CO2后即可回收高纯度的铝产品，同时本方法具有很高的铝回收率。
为检测本发明的效果，发明人做了如下实验：
分别对实施例1-5中所制得的氧化铝的回收率和纯度进行检测，结果如表1所示：
表1
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
回收率，％ 95.7 95.9 96.2 95.8 96.1
纯度，％ 99.0 99.1 99.4 99.3 99.2
分别使用实施例1-5所制得的油菜专用肥对油菜地进行施肥，同时，利用钾长石直接混合尿素、磷酸一铵、七水硫酸锌和硼酸后制作成对照组进行施肥；施肥方式是在酸碱性相同的同一片油菜地分区域用各组肥料分别进行常规施肥至油菜成熟，期间分五次测量相应油菜地土壤的PH值；同时，在收获菜籽、制油后，计算菜籽产量和出油率。其结果如表2所示：
表2
项目 菜籽产量，kg/亩 菜籽出油率，％ PH值范围
实施例1 374 36.5 6.5-7.3
实施例2 372 36.4 6.7-7.4
实施例3 376 36.9 6.6-7.3
实施例4 373 36.7 6.7-7.5
实施例5 379 36.8 6.6-7.4
对照组 322 33.1 6.2-6.8
从表2可以看出，使用本发明的肥料后，从油菜得到的菜籽产量和出油率均很高，这是因为土壤的酸碱性没有遭到破坏，该区间内的pH值的土壤更加利于油菜对钾、钙等肥料元素的吸收，因此，增加了产量。而直接利用钾长石和磷石膏混合其他元素后制成的肥料在施肥后，破坏了土壤的酸碱平衡，使土壤呈弱酸性，不利于肥效的吸收，降低了油菜的产量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
下列实施例中的钾长石中，按质量百分比计，主要成分为包括有K2O10-18％、Al2O316-20％和SiO260-70％。
实施例1：
一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，步骤如下：
(1)将钾长石粉碎至200目后与磷石膏、碳酸钠和煤矸石混合制成生料，控制生料中磷石膏和钾长石的重量比为1:1.7，碳酸钠的添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的25％；将生料送入工业回转窑内在1200℃下焙烧时间1小时，制得熟料；
(2)将步骤(1)制得的熟料水磨后溶出，溶出后的液固体积比为6:1，并进行固液分离；
(3)向步骤(2)中固液分离得到的液体中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，得氢氧化铝，将所得的氢氧化铝在1000℃下焙烧1小时，得氧化铝；
(4)将步骤(2)中固液分离得到的滤渣浮选，浮选出硫化物，将硫化物置于50％的富氧环境下，在1000℃下焙烧1小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后用浓硫酸吸收制得硫酸；
(5)将步骤(4)中浮选剩余的残渣烘干并粉碎，得钾钙肥颗粒，钾钙肥颗粒的含水率低于0.5％，过100目筛，将150份钾钙肥颗粒加入混料机中，再向混料机中加入135份尿素、200份磷酸一铵、10份七水硫酸锌和50份硼酸，混合均匀，制得油菜专用肥。
实施例2：
一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，步骤如下：
(1)将钾长石粉碎至150目后与磷石膏、碳酸钠和煤矸石混合制成生料，控制生料中磷石膏和钾长石的重量比为1:0.6，碳酸钠的添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的12％；将生料送入工业回转窑内在1100℃下焙烧时间3小时，制得熟料；
(2)将步骤(1)制得的熟料水磨后溶出，溶出后的液固体积比为4:1，并进行固液分离；
(3)向步骤(2)中固液分离得到的液体中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，得氢氧化铝，将所得的氢氧化铝在850℃下焙烧3小时，得氧化铝；
(4)将步骤(2)中固液分离得到的滤渣浮选，浮选出硫化物，将硫化物置于35％的富氧环境下，在800℃下焙烧3小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后用浓硫酸吸收制得硫酸；
(5)将步骤(4)中浮选剩余的残渣烘干并粉碎，得钾钙肥颗粒，钾钙肥颗粒的含水率低于0.5％，过90目筛，将120份钾钙肥颗粒加入混料机中，再向混料机中加入110份尿素、170份磷酸一铵、5份七水硫酸锌和30份硼酸，混合均匀，制得油菜专用肥。
实施例3：
一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，步骤如下：
(1)将钾长石粉碎至180目后与磷石膏、碳酸钠和煤矸石混合制成生料，控制生料中磷石膏和钾长石的重量比为1:1.6，碳酸钠的添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的20％；将生料送入工业回转窑内在1180℃下焙烧时间1.2小时，制得熟料；
(2)将步骤(1)制得的熟料水磨后溶出，溶出后的液固体积比为5:1，并进行固液分离；
(3)向步骤(2)中固液分离得到的液体中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，得氢氧化铝，将所得的氢氧化铝在900℃下焙烧1.5小时，得氧化铝；
(4)将步骤(2)中固液分离得到的滤渣浮选，浮选出硫化物，将硫化物置于45％的富氧环境下，在900℃下焙烧1.8小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后用浓硫酸吸收制得硫酸；
(5)将步骤(4)中浮选剩余的残渣烘干并粉碎，得钾钙肥颗粒，钾钙肥颗粒的含水率低于0.5％，过100目筛，将145份钾钙肥颗粒加入混料机中，再向混料机中加入130份尿素、190份磷酸一铵、9份七水硫酸锌和45份硼酸，混合均匀，制得油菜专用肥。
实施例4：
一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，步骤如下：
(1)将钾长石粉碎至160目后与磷石膏、碳酸钠和煤矸石混合制成生料，控制生料中磷石膏和钾长石的重量比为1:1，碳酸钠的添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的15％；将生料送入工业回转窑内在1120℃下焙烧时间2.8小时，制得熟料；
(2)将步骤(1)制得的熟料水磨后溶出，溶出后的液固体积比为5:1，并进行固液分离；
(3)向步骤(2)中固液分离得到的液体中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，得氢氧化铝，将所得的氢氧化铝在880℃下焙烧2.8小时，得氧化铝；
(4)将步骤(2)中固液分离得到的滤渣浮选，浮选出硫化物，将硫化物置于40％的富氧环境下，在850℃下焙烧2.5小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后用浓硫酸吸收制得硫酸；
(5)将步骤(4)中浮选剩余的残渣烘干并粉碎，得钾钙肥颗粒，钾钙肥颗粒的含水率低于0.5％，过90目筛，将125份钾钙肥颗粒加入混料机中，再向混料机中加入115份尿素、180份磷酸一铵、6份七水硫酸锌和35份硼酸，混合均匀，制得油菜专用肥。
实施例5：
一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，步骤如下：
(1)将钾长石粉碎至175目后与磷石膏、碳酸钠和煤矸石混合制成生料，控制生料中磷石膏和钾长石的重量比为1:1.1，碳酸钠的添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的18％；将生料送入工业回转窑内在1150℃下焙烧时间2小时，制得熟料；
(2)将步骤(1)制得的熟料水磨后溶出，溶出后的液固体积比为5:1，并进行固液分离；
(3)向步骤(2)中固液分离得到的液体中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，得氢氧化铝，将所得的氢氧化铝在925℃下焙烧2小时，得氧化铝；
(4)将步骤(2)中固液分离得到的滤渣浮选，浮选出硫化物，将硫化物置于42％的富氧环境下，在900℃下焙烧1-3小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后用浓硫酸吸收制得硫酸；
(5)将步骤(4)中浮选剩余的残渣烘干并粉碎，得钾钙肥颗粒，钾钙肥颗粒的含水率低于0.5％，过95目筛，将135份钾钙肥颗粒加入混料机中，再向混料机中加入135份钾钙肥颗粒、122份尿素、185份磷酸一铵、7份七水硫酸锌和40份硼酸，混合均匀，制得油菜专用肥。

Claims (10)

1.一种磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将钾长石粉碎至150-200目后与磷石膏、添加剂和改性剂混合制成生料，控制生料中磷石膏和钾长石的重量比为1:0.6-1.7，添加剂的添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的12-25%；将生料送入窑内焙烧，制得熟料；
（2）将步骤（1）制得的熟料水磨后溶出，并进行固液分离；
（3）向步骤（2）中固液分离得到的液体中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，得氢氧化铝，将所得的氢氧化铝在850-1000℃下焙烧1-3小时，得氧化铝；
（4）将步骤（2）中固液分离得到的滤渣浮选，浮选出硫化物，将硫化物焙烧，产生的烟气送入硫酸制备系统中制备硫酸；
（5）将步骤（4）中浮选剩余的残渣烘干并粉碎，得钾钙肥颗粒，将钾钙肥颗粒加入混料机中，再向混料机中加入尿素、磷酸一铵、七水硫酸锌和硼酸，混合均匀，制得油菜专用肥。
2.根据权利要求1所述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的钾长石中按质量百分比计，包括有K2O 10-18%、Al2O3 16-20%和SiO2 60-70%；所述的添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述的改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
3.根据权利要求1所述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
4.根据权利要求1所述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的生料是在温度1100-1200℃下焙烧1-3小时。
5.根据权利要求1所述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，其特征在于：所述溶出时的液固体积比为4-6:1。
6.根据权利要求1所述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，其特征在于：步骤（4）中，是将浮选出的硫化物置于35-50%的富氧环境下，在800-1000℃下焙烧1-3小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后用浓硫酸吸收制得硫酸。
7.根据权利要求1所述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，其特征在于：步骤（5）中，所述钾钙肥颗粒的含水率低于0.5%，过90-100目筛。
8.根据权利要求1所述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，其特征在于：步骤（5）中，按重量份计，所述油菜专用肥包括120-150份钾钙肥颗粒、110-135份尿素、170-200份磷酸一铵、5-10份七水硫酸锌和30-50份硼酸。
9.根据权利要求8所述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，其特征在于：按重量份计，所述油菜专用肥包括125-145份钾钙肥颗粒、115-130份尿素、180-190份磷酸一铵、6-9份七水硫酸锌和35-45份硼酸。
10.根据权利要求9所述的磷石膏与钾长石制酸回收铝联产油菜专用肥的工艺，其特征在于：按重量份计，所述油菜专用肥包括135份钾钙肥颗粒、122份尿素、185份磷酸一铵、7份七水硫酸锌和40份硼酸。
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