CN111410223A - 一种磷尾矿中碳资源回收利用方法 - Google Patents

一种磷尾矿中碳资源回收利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磷尾矿中碳资源回收利用方法，该方法将磷尾矿进行酸解，并将酸解过程中产生的CO2通入至氨水‑磷石膏悬浊液中，得到CaCO3固体和硫酸铵溶液，随后，将酸解产生的酸解液加入至硫酸铵溶液中，进行析钙反应，得到硫酸钙晶须。本发明采取化学吸收法回收利用尾矿中的碳资源，并将其与磷石膏结合处理，将尾矿中的碳资源最终转化成碳酸钙产品，减少了资源的浪费，同时也降低了对环境的污染，增加了尾矿的附加价值，为尾矿的利用提供了新方向，并具有一定的经济价值。

Description

一种磷尾矿中碳资源回收利用方法
技术领域
本发明涉及废弃物资源化利用技术领域，特别涉及一种磷尾矿中碳资源回收利用方法。
背景技术
磷尾矿实质是一种工业废弃物，主要来自于选矿提取精矿以后剩下的尾矿渣，按细分属于工业固体废弃物之中的矿业固体废弃物。目前，高镁磷尾矿的处理及利用现状严峻，长期得不到有效处理的磷尾矿堆积如山，给环境造成了严重的污染，又是资源的一种浪费，所以处理磷尾矿是目前磷化工研究面临的重要课题。
随着我国化工业发展迅速，在生产效率提升的同时，生产排放的废气总量也不断增加，其中二氧化碳是导致全球变暖的主要因素之一。对于化工生产来说，二氧化碳可以进行回收重新利用，不但可以降低对环境的污染，同时也可以提高资源利用效率。
二氧化碳进行回收利用，是贯彻节能减排以及资源循环利用理念的要点。想要提高二氧化碳回收利用效率，就需要结合其所具有的特征，从技术角度出发，分析回收、利用现状与要求，选择合适的技术，进行有效分离、回收，最后选择渠道进行重新利用，提高资源利用效率。对于二氧化碳来说，可以采取有效的回收利用技术对其进行处理，将其重新应用到工业生产中，以及农业、轻工业等多个领域中，实现变废为宝，提高资源利用效率，将节能降耗理念贯彻到底。现在存在的二氧化碳回收利用技术比较多，在实际应用时，需要结合化工生产具体情况，结合不同处理技术特点，提高回收利用效率。二氧化碳回收技术主要有物理吸收技术、膜分离技术、化学吸收技术。其中物理吸收技术需要以低温高压条件为基础，选择水、聚酯类等作为吸收剂，二氧化碳在溶剂中溶解能力受压力条件影响较大，这样便可以通过改变反应压力条件，来达到二氧化碳分离脱除目的，此种方法操作简易，成本较低，但其吸收二氧化碳的效率较低。膜分离技术通过利用聚合材料制成的薄膜，来对渗透率不同气体进行分离。选择用膜分离法对二氧化碳进行回收处理时，无论是选择用哪种薄膜，均需要保证其具有较高的选择性，同时二氧化碳具有高透过率，这种方法处理效率较高，但其处理成本比较高昂，限制了它的大范围应用。化学吸收技术即利用原料气与化学溶剂进行化学反应，加入的溶剂吸收二氧化碳，使其与二氧化碳反应生成其它物质来完成二氧化碳分离吸收目的，这种方法能高效的吸收二氧化碳，还能将二氧化碳转化为其他可利用的产品，且不会产生二次污染。
此前，对尾矿中碳资源的回收利用几乎没有，因此，加大尾矿中碳资源的回收利用，不仅可减少了资源的浪费，降低其对环境的污染，同时也可增加尾矿的附加价值，为尾矿的利用提供新方向。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种磷尾矿中碳资源回收利用方法，以解决现有磷尾矿资源化利用率低，且产品附加值低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种磷尾矿中碳资源回收利用方法，包括以下步骤：
1)将磷石膏与氨水搅拌混合得到氨水-磷石膏悬浊液；
2)将高镁磷尾矿与水混合后，加入盐酸，进行酸解反应，待所述酸解反应结束后，保温抽滤，得到酸解液A和硅渣，且在所述酸解反应过程，将产生的CO2通入至所述氨水-磷石膏悬浊液中，碳化反应一段时间后，抽滤，得到CaCO3固体和硫酸铵溶液，并将所述酸解反应过程中未被所述氨水-磷石膏悬浊液吸收的CO2通入CO2吸收液中，得到碳酸铵溶液；
3)将所述硫酸铵溶液与所述酸解液A混合反应，得到硫酸钙晶须。
可选地，所述步骤1)中所述氨水的质量分数为20％-30％，且所述磷石膏的加入量为氨水质量的1-2倍。
可选地，所述步骤2)中所述盐酸的浓度为8.80-12.07mol/L，且所述盐酸与所述高镁磷尾矿的质量比为1.5-2.25∶1。
可选地，所述步骤2)中所述酸解反应的反应温度为20-60℃，反应时间为20-60min。
可选地，所述步骤2)中所述保温抽滤的抽滤温度为20-60℃。
可选地，所述步骤2)中所述碳化反应的反应时间为2-4h。
可选地，所述步骤2)中所述CO2吸收液为氨水溶液。
可选地，所述步骤2)中将产生的CO2通入所述氨水-磷石膏悬浊液中，包括：将产生的CO2依次通入缓冲液和所述氨水-磷石膏悬浊液中。
可选地，所述缓冲液为CaCl2溶液。
相对于现有技术，本发明所述的磷尾矿中碳资源回收利用方法具有以下优势：
1、本发明采取化学吸收法回收利用尾矿中的碳资源，并将其与磷石膏结合处理，将尾矿中的碳资源最终转化成碳酸钙产品，而且，本发明采用氨水吸收储存未反应的二氧化碳并将其转换为碳酸铵溶液，进一步提高了碳资源的利用率，减少了资源的浪费，同时也降低了对环境的污染，增加了尾矿的附加价值，为尾矿的利用提供了新方向，并具有一定的经济价值。
2、本发明所用尾矿、磷石膏及工业盐酸均属工业废弃物，大大降低了尾矿处理成本，且本发明的回收利用方法具有流程简短、操作方便的优点，为企业减负增收提供了理论依据。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的磷尾矿中碳资源回收利用的工艺流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合附图和实施例来详细说明本发明。
实施例1
结合图1所示，本实施例的磷尾矿中碳资源回收利用方法，具体包括以下步骤：
1)取120g磷石膏置于500ml三口烧瓶内，缓慢滴加110g质量分数为25％的氨水，充分搅拌混合，得到氨水-磷石膏悬浊液。
2)称取100g高镁磷尾矿与200ml水混合后置于3000ml三口烧瓶内，开启搅拌，且三口烧瓶接通导气管的一端，导气管的另一端依次接通装有CaCl2的缓冲罐、装有氨水-磷石膏悬浊液烧瓶，缓慢滴加220ml质量分数为31％(10.35mol/L)的工业盐酸，60℃下回流30min，进行酸解反应产生CO2，待酸解反应结束后，60℃保温过滤，得到酸解滤液和硅渣，其中，硅渣用60ml水洗三次，并将第一次水洗液与酸解滤液混合，得到酸解液A，测定酸解液A中钙离子浓度；
3)在酸解反应过程中，酸解反应产生的CO2通过导气管依次通过装有CaCl2溶液的缓冲罐、装有氨水-磷石膏悬浊液烧瓶，从氨水-磷石膏悬浊液中有气泡产生(开始有CO2进入)时开始计时，碳化反应2h，抽滤，得到轻质CaCO3固体和硫酸铵溶液，且在该过程中为了进一步提高磷尾矿中碳资源利用率，将未被氨水-磷石膏悬浊液吸收的CO2气体通入到装有氨水溶液的吸收罐中，得到碳酸铵溶液(用于后续析镁反应)；
4)取100ml硫酸铵溶液置于1000ml三口烧瓶内，缓慢滴加步骤2)所得酸解液A混合反应，得到硫酸钙晶须。
实施例2
结合图1所示，本实施例的磷尾矿中碳资源回收利用方法，具体包括以下步骤：
11)取125g磷石膏置于500ml三口烧瓶内，缓慢滴加120g质量分数为25％的氨水，充分搅拌混合，得到氨水-磷石膏悬浊液。
2)称取100g高镁磷尾矿与200ml水混合后置于3000ml三口烧瓶内，开启搅拌，且三口烧瓶接通导气管的一端，导气管的另一端依次接通装有CaCl2的缓冲罐、装有氨水-磷石膏悬浊液烧瓶，缓慢滴加223ml质量分数为30.8％(10.32mol/L)的工业盐酸，55℃下回流35min，进行酸解反应产生CO2，待酸解反应结束后，60℃保温过滤，得到酸解滤液和硅渣，其中，硅渣用80ml水洗三次，并将第一次水洗液与酸解滤液混合，得到酸解液A，测定酸解液A中钙离子浓度；
3)在酸解反应过程中，酸解反应产生的CO2通过导气管依次通过装有CaCl2溶液的缓冲罐、装有氨水-磷石膏悬浊液烧瓶，从氨水-磷石膏悬浊液中有气泡产生(开始有CO2进入)时开始计时，碳化反应3h，抽滤，得到轻质CaCO3固体和硫酸铵溶液，且在该过程中为了进一步提高磷尾矿中碳资源利用率，将未被氨水-磷石膏悬浊液吸收的CO2气体通入到装有氨水溶液的吸收罐中，得到碳酸铵溶液(用于后续析镁反应)；
4)取115ml硫酸铵溶液置于1000ml三口烧瓶内，缓慢滴加步骤2)所得酸解液A混合反应，得到硫酸钙晶须。
实施例3
结合图1所示，本实施例的磷尾矿中碳资源回收利用方法，具体包括以下步骤：
1)取130g磷石膏置于500ml三口烧瓶内，缓慢滴加128g质量分数为24％的氨水，充分搅拌混合，得到氨水-磷石膏悬浊液。
2)称取100g高镁磷尾矿与200ml水混合后置于3000ml三口烧瓶内，开启搅拌，且三口烧瓶接通导气管的一端，导气管的另一端依次接通装有CaCl2的缓冲罐、装有氨水-磷石膏悬浊液烧瓶，缓慢滴加240ml质量分数为30.0％(10.19mol/L)的工业盐酸，50℃下回流20min，进行酸解反应产生CO2，待酸解反应结束后，60℃保温过滤，得到酸解滤液和硅渣，其中，硅渣用70ml水洗三次，并将第一次水洗液与酸解滤液混合，得到酸解液A，测定酸解液A中钙离子浓度；
3)在酸解反应过程中，酸解反应产生的CO2通过导气管依次通过装有CaCl2溶液的缓冲罐、装有氨水-磷石膏悬浊液烧瓶，从氨水-磷石膏悬浊液中有气泡产生(开始有CO2进入)时开始计时，碳化反应4h，抽滤，得到轻质CaCO3固体和硫酸铵溶液，且在该过程中为了进一步提高磷尾矿中碳资源利用率，将未被氨水-磷石膏悬浊液吸收的CO2气体通入到装有氨水溶液的吸收罐中，得到碳酸铵溶液(用于后续析镁反应)；
4)取110ml硫酸铵溶液置于1000ml三口烧瓶内，缓慢滴加步骤2)所得酸解液A混合反应，得到硫酸钙晶须。
实施例4
结合图1所示，本实施例的磷尾矿中碳资源回收利用方法，具体包括以下步骤：
1)取100g磷石膏置于500ml三口烧瓶内，缓慢滴加100g质量分数为24％的氨水，充分搅拌混合，得到氨水-磷石膏悬浊液。
2)称取100g高镁磷尾矿与200ml水混合后置于3000ml三口烧瓶内，开启搅拌，且三口烧瓶接通导气管的一端，导气管的另一端依次接通装有CaCl2的缓冲罐、装有氨水-磷石膏悬浊液烧瓶，缓慢滴加210ml质量分数为32.0％(10.45mol/L)的工业盐酸，40℃下回流25min，进行酸解反应产生CO2，待酸解反应结束后，60℃保温过滤，得到酸解滤液和硅渣，其中，硅渣用60ml水洗三次，并将第一次水洗液与酸解滤液混合，得到酸解液A，测定酸解液A中钙离子浓度；
3)在酸解反应过程中，酸解反应产生的CO2通过导气管依次通过装有CaCl2溶液的缓冲罐、装有氨水-磷石膏悬浊液烧瓶，从氨水-磷石膏悬浊液中有气泡产生(开始有CO2进入)时开始计时，碳化反应2.5h，抽滤，得到轻质CaCO3固体和硫酸铵溶液，且在该过程中为了进一步提高磷尾矿中碳资源利用率，将未被氨水-磷石膏悬浊液吸收的CO2气体通入到装有氨水溶液的吸收罐中，得到碳酸铵溶液(用于后续析镁反应)；
4)取110ml硫酸铵溶液置于1000ml三口烧瓶内，缓慢滴加步骤2)所得酸解液A混合反应，得到硫酸钙晶须。
实施例5
结合图1所示，本实施例的磷尾矿中碳资源回收利用方法，具体包括以下步骤：
1)取105g磷石膏置于500ml三口烧瓶内，缓慢滴加102g质量分数为25.5％的氨水，充分搅拌混合，得到氨水-磷石膏悬浊液。
2)称取100g高镁磷尾矿与200ml水混合后置于3000ml三口烧瓶内，开启搅拌，且三口烧瓶接通导气管的一端，导气管的另一端依次接通装有CaCl2的缓冲罐、装有氨水-磷石膏悬浊液烧瓶，缓慢滴加228ml质量分数为30.9％(10.28mol/L)的工业盐酸，60℃下回流25min，进行酸解反应产生CO2，待酸解反应结束后，60℃保温过滤，得到酸解滤液和硅渣，其中，硅渣用60ml水洗三次，并将第一次水洗液与酸解滤液混合，得到酸解液A，测定酸解液A中钙离子浓度；
3)在酸解反应过程中，酸解反应产生的CO2通过导气管依次通过装有CaCl2溶液的缓冲罐、装有氨水-磷石膏悬浊液烧瓶，从氨水-磷石膏悬浊液中有气泡产生(开始有CO2进入)时开始计时，碳化反应3.5h，抽滤，得到轻质CaCO3固体和硫酸铵溶液，且在该过程中为了进一步提高磷尾矿中碳资源利用率，将未被氨水-磷石膏悬浊液吸收的CO2气体通入到装有氨水溶液的吸收罐中，得到碳酸铵溶液(用于后续析镁反应)；
4)取112ml硫酸铵溶液置于1000ml三口烧瓶内，缓慢滴加步骤2)所得酸解液A混合反应，得到硫酸钙晶须。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种磷尾矿中碳资源回收利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将磷石膏与氨水搅拌混合得到氨水-磷石膏悬浊液；
2)将高镁磷尾矿与水混合后，加入盐酸，进行酸解反应，待所述酸解反应结束后，保温抽滤，得到酸解液A和硅渣，且在所述酸解反应过程，将产生的CO2通入至所述氨水-磷石膏悬浊液中，碳化反应一段时间后，抽滤，得到CaCO3固体和硫酸铵溶液，并将所述酸解反应过程中未被所述氨水-磷石膏悬浊液吸收的CO2通入CO2吸收液中，得到碳酸铵溶液；
3)将所述硫酸铵溶液与所述酸解液A混合反应，得到硫酸钙晶须。
2.根据权利要求1所述的磷尾矿中碳资源回收利用方法，其特征在于，所述步骤1)中所述氨水的质量分数为20％-30％，且所述磷石膏的加入量为氨水质量的1-2倍。
3.根据权利要求1所述的磷尾矿中碳资源回收利用方法，其特征在于，所述步骤2)中所述盐酸的浓度为8.80-12.07mol/L，且所述盐酸与所述高镁磷尾矿的质量比为1.5-2.25∶1。
4.根据权利要求1所述的磷尾矿中碳资源回收利用方法，其特征在于，所述步骤2)中所述酸解反应的反应温度为20-60℃，反应时间为20-60min。
5.根据权利要求1所述的磷尾矿中碳资源回收利用方法，其特征在于，所述步骤2)中所述保温抽滤的抽滤温度为20-60℃。
6.根据权利要求1所述的磷尾矿中碳资源回收利用方法，其特征在于，所述步骤2)中所述碳化反应的反应时间为2-4h。
7.根据权利要求1所述的磷尾矿中碳资源回收利用方法，其特征在于，所述步骤2)中所述CO2吸收液为氨水溶液。
8.根据权利要求1所述的磷尾矿中碳资源回收利用方法，其特征在于，所述步骤2)中将产生的CO2通入所述氨水-磷石膏悬浊液中，包括：将产生的CO2依次通入缓冲液和所述氨水-磷石膏悬浊液中。
9.根据权利要求8所述的磷尾矿中碳资源回收利用方法，其特征在于，所述缓冲液为CaCl2溶液。
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