CN109851261A - 一种环保型石膏粉及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型石膏粉及其制备方法与应用，所述方法包括步骤：先将磷矿渣进行干燥和筛分预处理，得到磷矿渣粉A，并将其密封保存于干燥室中备用；从干燥室中称取一定量的磷矿渣粉A，加入适量添加剂，混合均匀，制成混合物B；将混合物B置于微波炉中进行微波处理，一定时间后取出，置于干燥室中冷却至室温，即制得环保型石膏粉。所述方法能耗低、操作简单、处理时间短、生产成本低、除水除杂效果好、无SO₂腐蚀性气体等产生，制备的石膏粉完全符合国家相关要求。

Description

一种环保型石膏粉及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及工业固废资源利用领域，具体涉及一种环保型石膏粉及其制备方法与应用。

背景技术

随着我国磷肥工业的快速发展，中国已成为世界最大的磷肥生产国，也成为了第一大磷矿渣副产国。磷矿渣是在磷肥生产过程中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，每生产1t磷酸约产生4.5～5t磷矿渣。磷矿渣中含有大量吸附水，还含有难处理的F-、PO₄ ^3-和有机物等杂质，使其资源化利用困难，国家环保部已将其定性为危险废弃物。目前绝大部分采取堆积填埋的方式，使得磷矿渣堆积如山，这不仅挤占土地、投资大、费用高，而且对地质条件要求高，磷矿渣长期堆积还会引起地表水及地下水的污染，对人体健康造成极大的危害。因此，磷矿渣的高效率资源化利用具有极其重要的社会经济意义。

目前对磷矿渣的资源化利用主要有以下几个方面：水洗或高温处理除去杂质离子提纯磷矿渣，或者直接用磷矿渣制硫酸联产水泥、制水泥缓凝剂等。如专利“一种用于去除磷石膏中杂质氟的柠檬酸加水洗的工艺方法”(CN106977123A)，公开了一种用柠檬酸洗涤去除磷矿渣中杂质氟的方法，该方法可以把氟离子和磷酸盐等杂质转化成易溶于水的物质，再水洗除去，但需水量大、成本高，并且未涉及干燥工艺，处理后的磷矿渣不能用于建筑石膏(因含水量高)；如专利“磷石膏破碎干燥制粉生产线”(CN107188440A)，公开了一种包括回转窑、破碎机、炒制炉和球磨机等设备在内的工艺生产线，利用800-1000℃以上的高温除去磷矿渣中的水分及杂质，但该方法能耗大、成本高，并且会产生腐蚀性气体SO₂；如专利“一种磷石膏综合利用方法”(CN104446070A)，公开了一种利用燃煤锅炉灰渣做还原剂还原磷矿渣的方法，该方法产生的SO₂可以制硫酸，得到的CaO可以作为水泥原料，但需要650℃-1200℃的高温，同样能耗大、成本高，且不能用于建筑石膏的制备；如专利“一种利用新鲜磷石膏生产水泥缓凝剂的方法”(CN107140861A)，公开了一种将磷矿渣、电石渣、碱渣混合加入回转窑以制备水泥缓凝剂的方法，该方法虽然避免了水洗的问题，但需要800℃-1200℃的高温，能耗大、成本高，并且磷矿渣使用量少，不能大量的资源化利用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，为实现磷矿渣的低成本、高效率资源化利用，提供了一种环保型石膏粉的制备方法，所述方法引入氧化锌、二氧化硅和乙炔炭黑中的一种或几种添加剂，通过微波处理工艺，在100-400℃比较低的温度条件下，快速脱除游离水，并将CaSO₄·2H₂O转变为CaSO₄·0.5H₂O，同时快速去除杂质。该方法能耗低、操作简单、处理时间短、生产成本低、除水除杂效果好、无SO₂腐蚀性气体产生，制备的石膏符合国家相关要求。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法得到的环保型石膏粉。

本发明的再一目的在于提供上述环保型石膏粉的应用，所述环保型石膏粉用于石膏制备领域。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种环保型石膏粉的制备方法，所述方法包括以下步骤：

先将磷矿渣进行干燥和筛分预处理，得到磷矿渣粉A并将其密封保存于干燥室中备用；

从干燥室中称取一定量的磷矿渣粉A，加入适量添加剂，混合均匀，制成混合物B；

将混合物B置于微波炉中进行微波处理，一定时间后取出，置于干燥室中冷却至室温，即制得环保型石膏粉。

进一步地，所述磷矿渣主要成分为CaSO₄·2H₂O、吸附水以及少量的P₂O₅、F^-和有机物。

进一步地，所述先将磷矿渣进行干燥预处理，包括对磷矿渣进行在太阳光下晾晒干燥、利用工厂余热干燥或者微波干燥中的一种或多种，优先脱除游离水，有利于降低总能耗。

进一步地，所述先将磷矿渣进行筛分预处理，是指将磷矿渣通过孔大小为0.15mm的方孔筛筛分。

进一步地，所述干燥室为能够保证磷矿渣不再吸水的密闭、干燥空间。

进一步地，所述添加剂为氧化锌、纳米氧化硅和乙炔炭黑中的一种或者几种组合，这些添加剂作为吸波物质，能够使磷矿渣物料迅速升温至100-400℃，从而使磷矿渣中的杂质在加热过程中迅速挥发或转变成对性能没有影响的惰性物质。

进一步地，所述添加剂的添加质量为磷矿渣粉A质量的0.01％-10％。

进一步地，所述将混合物B置于微波炉中进行微波处理的处理时间为1min-60min。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明提供的环保型石膏粉的制备方法，可以利用太阳光或者工厂余热对磷矿渣进行游离水脱除，节约能耗，操作简单，处理量大；且在石膏粉的制备过程中具有温度低(100-400℃)、能耗低、高效快速、工艺简单、成本低廉、绿色环保、除水除杂效果好的优点，制备的建筑石膏完全符合国家相关要求。

2、本发明提供的环保型石膏粉的制备方法，通过加入添加剂(氧化锌、纳米氧化硅和乙炔炭黑)，在100-400℃条件下，迅速脱水除杂，使二水硫酸钙快速变成半水硫酸钙，这个过程仅需短短几分钟。所述方法直接将脱水、除杂过程二合一，减少了工艺的复杂性，解决了耗时、耗能问题，适合大规模处理；且磷矿渣资源化利用率高，市场前景广阔。

附图说明

图1为本发明实施例1环保型石膏粉的制备方法流程图。

图2为磷矿渣的XRD谱图。

图3为本发明实施例1制备得到的建筑石膏粉的XRD谱图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本实施例提供了一种环保型石膏粉的低温、高效率制备方法，制备工艺流程图如图1所示，包括以下步骤：

(1)将堆场中的磷矿渣均匀摊开，置于太阳光下晾晒24h，然后使其通过0.15mm的方孔筛，收集筛下料，密封保存于干燥室中备用；

(2)从干燥室中准确称取100g磷矿渣，加入3g氧化锌、2g纳米二氧化硅、1g乙炔炭黑，混合均匀；

(3)将上述混合物置于微波炉中进行微波处理，1min后取出，在干燥器内冷却至室温，即得处理好的建筑石膏粉。

磷矿渣的XRD谱图如图2所示，通过本实施例所述制备方法得到的建筑石膏粉的XRD谱图如图3所示，处理前磷矿渣的部分成分含量及PH值、处理后得到的建筑石膏粉的部分成分含量及PH值如表1所示，处理后得到的建筑石膏的物理及力学性能如表2所示：

表1处理前的磷矿渣、处理后得到的建筑石膏粉的部分成分含量及PH值

	处理前	处理后
			可溶性氟含量(％)	0.07	0.00
总P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(％)	0.95	0.47
			可溶性磷含量(％)	0.48	0.00
有机物(％)	2.6	0.00
			pH	3.44	6.32
吸附水(％)	17.61	0.00

表2处理后得到的建筑石膏的物理及力学性能

实施例2：

本实施例提供了一种环保型石膏粉的低温、高效率制备方法，包括以下步骤：

(1)将堆场中的磷矿渣均匀摊开，置于太阳光下晾晒3h，然后使其通过0.15mm的方孔筛，收集筛下料，密封保存于干燥室中备用；

(2)从干燥室中准确称取100g磷矿渣，加入0.01g氧化锌，混合均匀；

(3)将上述混合物置于微波炉中进行微波处理，60min后取出，在干燥器内冷却至室温，即得处理好的建筑石膏粉。

处理前磷矿渣的部分成分含量及PH值、处理后得到的建筑石膏粉的部分成分含量及PH值如表3所示，处理后得到的建筑石膏的物理及力学性能如表4所示：

表3处理前的磷矿渣、处理后得到的建筑石膏粉的部分成分含量及PH值

	处理前	处理后
			可溶性氟含量(％)	0.07	0.01
总P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(％)	0.95	0.49
			可溶性磷含量(％)	0.48	0.01
有机物(％)	2.6	0.00
			pH	3.44	5.84
吸附水(％)	17.61	0.00

表4处理后得到的建筑石膏的物理及力学性能

实施例3：

本实施例提供了一种环保型石膏粉的低温、高效率制备方法，包括以下步骤：

(1)将堆场中的磷矿渣均匀摊开，置于太阳光下晾晒12h，然后使其通过0.15mm的方孔筛，收集筛下料，密封保存于干燥室中备用；

(2)从干燥室中准确称取100g磷矿渣，加入10g纳米二氧化硅，混合均匀；

(3)将上述混合物置于微波炉中进行微波处理，30min后取出，在干燥器内冷却至室温，即得处理好的建筑石膏粉。

处理前磷矿渣的部分成分含量及PH值、处理后得到的建筑石膏粉的部分成分含量及PH值如表5所示，处理后得到的建筑石膏的物理及力学性能如表6所示：

表5处理前的磷矿渣、处理后得到的建筑石膏粉的部分成分含量及PH值

	处理前	处理后
			可溶性氟含量(％)	0.07	0.00
总P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(％)	0.95	0.49
			可溶性磷含量(％)	0.48	0.01
有机物(％)	2.6	0.00
			pH	3.44	5.84
吸附水(％)	17.61	0.00

表6处理后得到的建筑石膏的物理及力学性能

实施例4：

本实施例提供了一种环保型石膏粉的低温、高效率制备方法，包括以下步骤：

(1)将堆场中的磷矿渣均匀摊开，置于太阳光下晾晒48h，然后使其通过0.15mm的方孔筛，收集筛下料，密封保存于干燥室中备用；

(2)从干燥室中准确称取100g磷矿渣，加入6g乙炔炭黑，混合均匀；

(3)将上述混合物置于微波炉中进行微波处理，20min后取出，在干燥器内冷却至室温，即得处理好的建筑石膏粉。

处理前磷矿渣的部分成分含量及PH值、处理后得到的建筑石膏粉的部分成分含量及PH值如表7所示，处理后得到的建筑石膏的物理及力学性能如表8所示：

表7处理前的磷矿渣、处理后得到的建筑石膏粉的部分成分含量及PH值

	处理前	处理后
			可溶性氟含量(％)	0.07	0.02
总P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(％)	0.95	0.49
			可溶性磷含量(％)	0.48	0.01
有机物(％)	2.6	0.00
			pH	3.44	5.73
吸附水(％)	17.61	0.00

表8处理后得到的建筑石膏的物理及力学性能

利用本发明所述方法制备的环保型石膏粉纯度高、强度高、凝结时间短，性能优良，且制备过程能耗低、操作简单、处理时间短、生产成本低、除水除杂效果好、无SO₂腐蚀性气体产生，制备的建筑石膏完全符合国家相关要求。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种环保型石膏粉的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

先将磷矿渣进行干燥和筛分预处理，得到磷矿渣粉A并将其密封保存于干燥室中备用；

从干燥室中称取一定量的磷矿渣粉A，加入适量添加剂，混合均匀，制成混合物B；

将混合物B置于微波炉中进行微波处理，一定时间后取出，置于干燥室中冷却至室温，即制得环保型石膏粉。

2.根据权利要求1所述的一种环保型石膏粉的制备方法，其特征在于：所述磷矿渣主要成分为CaSO₄·2H₂O、吸附水以及少量的P₂O₅、F^-和有机物。

3.根据权利要求1所述的一种环保型石膏粉的制备方法，其特征在于：所述先将磷矿渣进行干燥预处理，包括对磷矿渣进行在太阳光下晾晒干燥、利用工厂余热干燥或者微波干燥中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种环保型石膏粉的制备方法，其特征在于：所述先将磷矿渣进行筛分预处理，是指将磷矿渣通过孔大小为0.15mm的方孔筛筛分。

5.根据权利要求1所述的一种环保型石膏粉的制备方法，其特征在于：所述干燥室为能够保证磷矿渣不再吸水的密闭、干燥空间。

6.根据权利要求1所述的一种环保型石膏粉的制备方法，其特征在于：所述添加剂为氧化锌、纳米氧化硅和乙炔炭黑中的一种或者几种组合。

7.根据权利要求1所述的一种环保型石膏粉的制备方法，其特征在于：所述添加剂的添加质量为磷矿渣粉A质量的0.01％-10％。

8.根据权利要求1所述的一种环保型石膏粉的制备方法，其特征在于：所述将混合物B置于微波炉中进行微波处理的处理时间为1min-60min。

9.一种由权利要求1～8任一项所述制备方法得到的环保型石膏粉。

10.根据权利要求9所述环保型石膏粉的应用，其特征在于：所述环保型石膏粉用于石膏制备领域。