CN112704956B - 硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法及酸不溶物的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法及酸不溶物的应用，分离方法主要包括向酸解后的酸解液中添加助滤剂，然后过滤，获得滤饼，即可；在滤饼中，硝态氮的百分含量为3‑5％、P₂O₅的百分含量为4‑7％，腐殖酸的百分含量为35‑45％；其中，助滤剂由腐殖酸、生物炭和硅藻土组成。酸不溶物的应用具体为含有酸不溶物的滤饼在复混肥中的应用。分离方法过程易控、对酸不溶物的分离效果好；将获得的滤饼应用于肥料中，实现对酸解液进行充分利用的同时，可提高土壤的保水能力、肥效，满足不同作物对营养元素的需求。

Description

硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法及酸不溶物的应用

技术领域

本发明涉及硝酸分解磷矿技术领域，具体涉及硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法及酸不溶物的应用。

背景技术

磷矿石是磷元素的主要来源，其中，77％的磷矿用来加工生产磷肥。磷矿的加工方法包括热法和湿法，其中，湿法是一种常用的方法，主要过程是利用无机酸分解磷矿粉，分离出粗磷酸，净化后获得产品；该方法生产成本低、技术成熟，但是该过程会产生大量磷石膏，而磷石膏难以被利用且磷石膏中的水溶性氟和五氧化二磷会在存放过程中释放，不仅影响环境而且造成了硫元素的浪费。

为解决上述问题，现有技术中，采用硝酸对磷矿酸解，在硝酸消解低品位磷矿的过程中，酸解得到的酸解液中，会含有有机浮游物、固体杂质等酸不溶物，这些物质的存在，在酸解液过滤过程中，会影响酸解液中的固液分离效率，且不利于从酸解液中提取钙盐等，导致对酸解液的利用率低。

可见，对硝酸分解磷矿的酸解液中的酸不溶物进行分离，具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法及酸不溶物的应用，在分离方法中，添加含有腐殖酸的助滤剂，然后过滤，获得酸不溶物；将该酸不溶物应用于肥料中，获得有机无机复混肥，该复混肥有效提高土壤的保水能力。上述分离方法过程易控、对酸不溶物的分离效果好；将获得的滤饼应用于肥料中，实现对酸解液进行充分利用的同时，可提高土壤的保水能力、肥效，满足不同作物对营养元素的需求。

本发明的技术方案如下：

硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法，主要包括向酸解后的酸解液中添加助滤剂，然后过滤，获得滤饼，即可；其中，滤饼中，硝态氮的百分含量为3-5％、P₂O₅的百分含量为4-7％，腐殖酸的百分含量为35-45％；

其中，助滤剂由腐殖酸、生物炭和硅藻土组成。

酸解液中的酸不溶物主要包括有机浮游物和磷矿中的被硝酸氧化而产生的细小颗粒固体，这些有机浮游物和细小颗粒固体的存在，使得酸解液在进行过滤处理时极易对滤网的网孔产生堵塞，导致固液分离效率降低，而若采用不管放任的状态，则在后续提取石膏的过程中，会在石膏中夹杂杂质，影响石膏的加工利用，因此，对酸解液中的有机浮游物和细小颗粒固体进行分离势在必行。

优选的，在硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法中，所述酸解液制备过程为：将磷矿磨粉，使粒度＜1mm；将硝酸加入反应釜中，开启搅拌，然后将磷矿粉加入反应釜中，在60℃条件下搅拌，完成反应。

优选的，在酸解液制备过程中，硝酸与磷矿粉的体积重量(ml/g)比为100-110:100；在磷矿粉加入后，反应时间为0.5-1.5h；在上述硝酸加入量和反应时间内，对磷矿的萃取率＞98％。

优选的，当硝酸与磷矿粉的体积重量(ml/g)比为105:100；反应时间为1.0h；在上述硝酸加入量和反应时间内，对磷矿的萃取率为99.90％。

优选的，由于硝酸具有强氧化性，因此，会氧化磷矿中的成分使硝酸被还原成二氧化氮气体，二氧化氮气体随着尾气排入大气中，会造成环境污染；为避免上述问题，在酸解液制备之前，将磷矿粉与尿素混合，尿素与磷矿粉的重量比为0.8-1.2:100。

优选的，尿素与磷矿粉的重量比为1:100。

优选的，助滤剂由以下重量份数的组分组成：腐殖酸50-60份、生物炭20-30份、硅藻土10-30份。

将上述硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法获得的酸不溶物进行应用，具体为含有酸不溶物的滤饼在复混肥中的应用。

优选的，上述应用的过程如下：

(1)将滤饼粉碎，获得饼渣，将饼渣并送至造粒机中，向造粒机通入氨气，氨气与饼渣反应；

(2)将步骤(1)中产生的尾气通入脱钙后的酸洗液中，获得洗涤液，洗涤液中，硝态氮的百分含量为10-12％、P₂O₅的百分含量为9-11％；

(3)将步骤(2)的洗涤液输送至步骤(1)的造粒机中作为粘结剂使用，对饼渣造粒；造粒后干燥、筛分、冷却、包装，获得含有酸不溶物的复混肥。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

本申请中，使用了由腐殖酸、生物炭和硅藻土组成的助滤剂；助滤剂共同对酸解液中的有机浮游物和细小颗粒固体产生作用，与有机浮游物和细小颗粒固体聚团，形成便于过滤的大颗粒固体，在使用板框过滤机过滤时，过滤效率提高15倍；过滤后产生的滤饼中，富含硝态氮、P₂O₅和腐殖酸，在应用于复混肥后，减少氮元素、磷元素的额外添加量，同时腐殖酸的存在，使土壤中形成团粒结构，提高土壤的保肥保水能力，生物炭的多孔性可增加土壤的透气性，利于土壤中好氧微生物在土壤中繁殖。上述设置，使该分离方法过程简单易控，且使用该方法，可有效提高酸解液中的固液分离，为后续处理提供便利；通过将含有酸不溶物的滤饼进行应用，减少硝酸分解磷矿中废弃物的产生，充分利用磷矿中的各种矿物资源，避免磷矿中的物质损失，进而提高分离方法的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例2加助滤剂溶液的显微镜图。

图2为对比例1未加助滤剂溶液的显微镜图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

酸解条件选择：

取用贵州路发磷矿，进行成分分析如下，表1：

表1磷矿成分分析

将上述磷矿粉碎，至粒度粒度＜1mm，取硝酸，调整硝酸的浓度为50％，硝酸分解磷矿的反应温度为60℃，确定硝酸的加入量和分解反应时间，

硝酸的加入量：设置硝酸与磷矿粉的体积重量(ml/g)比为100:100；在60℃条件下搅拌，反应时间为1.5h，完成反应，计算萃取率，见表2，

表2硝酸加入量的确定

反应时间对萃取率的影响：分别控制分解反应时间在0.5h、1.0h和1.5h，计算反应时间对萃取率的影响，见表3，

表3反应时间对萃取率的影响

结合硝酸的加入量和分解反应时间对萃取率的影响可以看出，在萃取率达到99.9％的情况下，硝酸与磷矿粉的体积重量(ml/g)比为105:100，反应时间为1.0h；综合经济效益，在此条件下，可以满足生产要求。

实施例2

助滤剂由腐殖酸55份、生物炭30份和硅藻土15份组成。

硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法，过程如下：

(1)酸解：将磷矿磨粉，使粒度＜1mm，取尿素，尿素与磷矿粉的重量比为1:100，混匀，备用；将硝酸加入反应釜中，开启搅拌，然后将磷矿粉和尿素的混合物加入反应釜中，硝酸与磷矿粉的体积重量(ml/g)比为105:100；在60℃条件下搅拌，反应时间为1.0h，完成反应，获得酸解液；

(2)沉降：向酸解液中添加助滤剂，反应釜控制300r/min的速度搅拌10min，然后沉降20-30min，使用板框过滤机对溶液过滤，获得滤饼；

过滤后的酸解液中悬浮物含量为58mg/L；

助滤剂与酸解液的重量体积比为(g/ml)5:100；

滤饼中，硝态氮的百分含量为4.8％、P₂O₅的百分含量为5.5％，腐殖酸的百分含量为41.6％。

对比例1

与实施例2的区别在于，不添加助滤剂，直接使用板框过滤机对酸解液过滤。

实施例3

助滤剂由腐殖酸60份、生物炭25份和硅藻土15份组成。

硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法，过程如下：

(1)酸解：将磷矿磨粉，使粒度＜1mm，取尿素，尿素与磷矿粉的重量比为1.2:100，混匀，备用；将硝酸加入反应釜中，开启搅拌，然后将磷矿粉和尿素的混合物加入反应釜中，硝酸与磷矿粉的体积重量(ml/g)比为110:100；在60℃条件下搅拌，反应时间为1.5h，完成反应，获得酸解液；

(2)沉降：向酸解液中添加助滤剂，反应釜控制300r/min的速度搅拌10min，然后沉降20-30min，使用板框过滤机对溶液过滤，获得滤饼；

过滤后的酸解液中悬浮物含量为62mg/L；

助滤剂与酸解液的重量体积比为(g/ml)10:100；

滤饼中，硝态氮的百分含量为3.8％、P₂O₅的百分含量为6.6％，腐殖酸的百分含量为36.9％。

对实施例2、实施例3和对比例1的过滤速率和过滤时间进行统计，结果见表4，如下：

表4添加助滤剂对酸不溶物分离的影响

从表4可以看出，在添加助滤剂后，对酸解液的过滤速率提高了15倍左右，过滤时间也大幅度缩短，这表明助滤剂的添加在本申请中具有重要的意义。

实施例4

助滤剂由腐殖酸50份、生物炭20份和硅藻土30份组成。

硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法，过程如下：

(1)酸解：将磷矿磨粉，使粒度＜1mm，取尿素，尿素与磷矿粉的重量比为1.2:100，混匀，备用；将硝酸加入反应釜中，开启搅拌，然后将磷矿粉和尿素的混合物加入反应釜中，硝酸与磷矿粉的体积重量(ml/g)比为100:100；在60℃条件下搅拌，反应时间为0.5h，完成反应，获得酸解液；

(2)沉降：向酸解液中添加助滤剂，反应釜控制300r/min的速度搅拌10min，然后沉降20-30min，使用板框过滤机对溶液过滤，获得滤饼；

过滤后的酸解液中悬浮物含量为66mg/L；

助滤剂与酸解液的重量体积比为(g/ml)7.5:100；

滤饼中，硝态氮的百分含量为4.9％、P₂O₅的百分含量为4.7％，腐殖酸的百分含量为44.6％。

统计过滤时间为32分钟，过滤速度为67.2m³/m².h。

对比例2

与实施例2的区别在于，助滤剂由以下重量份数的组分组成：腐殖酸65份、生物炭25份、硅藻土10份。

过滤后的酸解液中悬浮物含量为380mg/L；

统计过滤时间为100分钟，过滤速度为30.6m³/m².h。

对比例3

与实施例2的区别在于，助滤剂由以下重量份数的组分组成：腐殖酸45份、生物炭35份、硅藻土20份。

过滤后的酸解液中悬浮物含量为368mg/L；

统计过滤时间为135分钟，过滤速度为25.4m³/m².h。

对比例4

与实施例2的区别在于，助滤剂由以下重量份数的组分组成：腐殖酸45份、生物炭15份、硅藻土40份。

过滤后的酸解液中悬浮物含量为460mg/L；

统计过滤时间为360分钟，过滤速度为17.4m³/m².h。

结合实施例2和对比例2-4可以看出，在对助滤剂改变时，对过滤时间和过滤速度产生较大影响，可见，本发明中的助滤剂对酸解液的过滤具有重要意义。

实施例5

将实施例2获得的含有酸不溶物的滤饼应用在复混肥中，过程如下：

(1)将滤饼粉碎，获得饼渣，将饼渣并送至造粒机中，向造粒机通入氨气，氨气与饼渣反应；

(2)将步骤(1)中产生的尾气通入脱钙后的酸洗液(实施例2过滤后的酸解液经脱钙处理后获得酸洗液)中，获得洗涤液，洗涤液中，硝态氮的百分含量为10.8％、P₂O₅的百分含量为9.6％；

(3)将步骤(2)的洗涤液输送至步骤(1)的造粒机中作为粘结剂使用，对饼渣造粒；造粒后干燥、筛分、冷却、包装，获得含有酸不溶物的复混肥。

实施例6

将实施例3获得的含有酸不溶物的滤饼应用在复混肥中，过程如下：

(1)将滤饼粉碎，获得饼渣，将饼渣并送至造粒机中，向造粒机通入氨气，氨气与饼渣反应；

(2)将步骤(1)中产生的尾气通入脱钙后的酸洗液(实施例3过滤后的酸解液经脱钙处理后获得酸洗液)中，获得洗涤液，洗涤液中，硝态氮的百分含量为11.7％、P₂O₅的百分含量为9.3％；

(3)将步骤(2)的洗涤液输送至步骤(1)的造粒机中作为粘结剂使用，对饼渣造粒；造粒后干燥、筛分、冷却、包装，获得含有酸不溶物的复混肥。

实施例7

将实施例4获得的含有酸不溶物的滤饼应用在复混肥中，过程如下：

(1)将滤饼粉碎，获得饼渣，将饼渣并送至造粒机中，向造粒机通入氨气，氨气与饼渣反应；

(2)将步骤(1)中产生的尾气通入脱钙后的酸洗液(实施例3过滤后的酸解液经脱钙处理后获得酸洗液)中，获得洗涤液，洗涤液中，硝态氮的百分含量为11％、P₂O₅的百分含量为10.6％；

(3)将步骤(2)的洗涤液输送至步骤(1)的造粒机中作为粘结剂使用，对饼渣造粒；造粒后干燥、筛分、冷却、包装，获得含有酸不溶物的复混肥。

通过实施例5-实施例7可以看出，在将酸不溶物应用与复混肥制备时，获得的复混肥质量一致，这说明，在使用本发明的分离方法对酸不溶物分离过程稳定，在使用助滤剂并过滤后，获得的酸解液中的各物质含量稳定，说明助滤剂的性能稳定。

在使用本发明提供的分离方法获得滤饼进行复混肥生产时，能够直接获得硝态氮和P₂O₅含量一致的产品。

对比例5

该对比例与实施例3的区别在于，在酸解过程中不添加尿素，对产生的尾气观察发现，在酸解过程中尾气呈现棕红色，而实施例3排出的尾气则为正常大气颜色，在酸解过程中，会呈现棕红色的气体为二氧化氮气体，可见，在该对比例的酸解过程中，有二氧化氮产生；对实施例3和该对比例的酸解过程产生的尾气中的氮氧化物浓度检测，见表5。

表5尾气中的氮氧化物浓度

结合本发明的所有实施例和对比例可以看出，本发明中，对酸不溶物强化分离方法具有易于操作、易于实现的优点，对酸不溶物的去除效果好，利于后续对酸解液进行分离；将获得的滤饼应用于复混肥中，减少在硝酸分解磷矿中产生废弃污染，提高磷矿的利用率，提高磷矿的高附加值利用，具有节能环保的优点。

尽管通过参考优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法，其特征在于，主要包括向酸解后的酸解液中添加助滤剂，然后过滤，获得滤饼，即可；在滤饼中，硝态氮的百分含量为3-5％、P₂O₅的百分含量为4-7％，腐殖酸的百分含量为35-45％；

其中，助滤剂由以下重量份数的组分组成：腐殖酸50-60份、生物炭20-30份、硅藻土10-30份；

在酸解液制备之前，将磷矿粉与尿素混合，尿素与磷矿粉的重量比为0.8-1.2:100。

2.如权利要求1所述的硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法，其特征在于，所述酸解液，制备过程为：将磷矿磨粉，使粒度＜1mm；将硝酸加入反应釜中，开启搅拌，然后将磷矿粉加入反应釜中，在60℃条件下搅拌，完成反应。

3.如权利要求2所述的硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法，其特征在于，在酸解液的制备过程中，硝酸与磷矿粉的体积重量(ml/g)比为100-110:100；在磷矿粉加入后，反应时间为0.5-1.5h。

4.如权利要求3所述的硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法，其特征在于，当硝酸与磷矿粉的体积重量(ml/g)比为105:100；反应时间为1.0h。

5.如权利要求1所述的硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法，其特征在于，尿素与磷矿粉的重量比为1:100。

6.将权利要求1-5任一项所述的硝酸分解磷矿酸不溶物强化分离方法获得的酸不溶物在复混肥中的应用，其特征在于，具体为含有酸不溶物的滤饼在复混肥中的应用。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，过程如下：

(1)将滤饼粉碎，获得饼渣，将饼渣并送至造粒机中，向造粒机通入氨气，氨气与饼渣反应；

(2)将步骤(1)中产生的尾气通入脱钙后的酸洗液中，获得洗涤液，洗涤液中，硝态氮的百分含量为10-12％、P₂O₅的百分含量为9-11％；

(3)将步骤(2)的洗涤液输送至步骤(1)的造粒机中作为粘结剂使用，对饼渣造粒；造粒后干燥、筛分、冷却、包装，获得含有酸不溶物的复混肥。

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