CN112934906A - 一种利用灼烧生料无害化处理磷尾矿和磷石膏的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用灼烧生料无害化处理磷尾矿和磷石膏的方法，主要特征在于选择灼烧生料作为处理剂，通过配料装置，将灼烧生料、磷尾矿以及磷石膏运送至搅拌混匀装置，混合均匀后输送到渣场进行堆存。本发明采用的灼烧生料处理剂相比传统生石灰具有粒径小、成本低、活性高、原料易制备等优势。同时与现有技术相比较，本发明具有反应条件温和，操作简便，设备易得，且能大幅降低人力和设备成本，为今后磷尾矿和磷石膏的资源化利用创造条件。
Description
技术领域
本发明属于环境保护领域，涉及湿法磷化工行业固体废弃物处理处置领域。
背景技术
磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸与磷矿反应排放出的工业固体废物，其主要成分是CaSO4·2H2O，另外含有少量未浸出的含磷矿物、氟化物、磷酸、有机质、酸不溶物、铁铝化合物等杂质。随着我国磷化工企业的快速发展，磷石膏排放量增加。目前我国磷石膏年排放量已达5000万t左右，累计堆存量超过2亿t。国内磷石膏还没有较好的利用途径，大多采用直接填埋堆存处理处置，既占用土地，又浪费资源，其中含有磷、氟、有机物等有害物质容易对周边环境造成污染。总之，磷石膏已严重制约着整个磷化工企业的可持续发展。
磷尾矿是指在湿法磷酸生产中浮选工艺过程产生的副产物，其主要成分含有白云石（CaMg(CO3)2）、（Ca5(PO4)3F）、CaSO4·2H2O以及SiO2。目前，我国磷尾矿的综合利用率只有7%左右，大量浮选尾矿直接堆存在尾矿库。尾矿库中的浮选尾矿会对矿区周边环境造成污染。主要表现在：降雨条件下，一些有害化学元素发生迁移转化，对大气、水、土壤造成严重污染；此外，浮选尾矿残留的浮选剂也会对周边生态环境造成危害。
灼烧生料是水泥生料经水泥窑尾预热器中的高温预热、脱水、去有机质，且其中生料主要原料-石灰石（石灰石中CaCO3大于90%以上）在水泥窑分解炉发生高温分解，当物料在分解炉中分解到90-95%之间， 便经预热器系统中的末级预热器进行料气分离，此时形成的物料便是灼烧生料。相比传统碱性物料，灼烧生料中CaO含量达75%以上，纳米级CaO具有高反应活性，灼烧级SiO2、Al2O3、Fe2O3能进一步提升该碱性物料活性。此外，相比传统生石灰，灼烧生料具有活性高、成本低等优势。
磷石膏的pH值在2~4之间，其中含有可溶性金属离子，如Ca2+、Mg2+、PO4 3-、F-、Zn2+、Fe2+、Pb2+、Al3+、Cu2+、Cr6+、As2+。磷尾矿的pH值范围在6~7，磷石膏中的白云石（CaMg(CO3)2）与磷尾矿中的H+反应生成Mg2+和Ca2+可稳定固化磷石膏中PO4 3 -和F-；此外，灼烧生料种释放出大量的Ca2+和OH-能够促进磷石膏和磷尾矿PO4 3 -和F-的稳定固化。上述过程涉及的主要反应方程式如下：
CaO+H2O→Ca(OH)2 （1）
(Ca, Mg, Zn)(CO3)2+H+→CO2+H2O+Ca2++Mg2++Zn2+ （2）
CaMg(CO3)2+H++2F-→(Ca, Mg, Zn)F2+CO2+H2O （3）
CaSO4·2H2O+2F-→CaF2+SO4 2-+2H2O （4）
(Ca2+, Mg2+, Zn2+)+2OH-→(Ca, Mg, Zn)(OH)2 （5）
(Ca2+, Mg2+, Zn2+)+2F-→ (Ca, Mg, Zn)F2 （6）
(Ca, Mg, Zn)(OH)2+PO4 3-→ (Ca, Mg, Zn)PO3(OH)·2H2O （7）
(Ca2+, Mg2+, Zn2+)+PO4 3-→ (Ca, Mg, Zn)3(PO4)2 （8）
本发明采用灼烧生料稳定固化磷尾矿和磷石膏，可以同时实现磷尾矿和磷石膏固体废物的高效、低成本的无害化处置，是保护环境的一项重要发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种灼烧生料无害化处理磷尾矿和磷石膏的方法，解决湿法磷酸工业中磷尾矿和磷石膏二种固体废物处置的难题，治理磷石膏和磷尾矿单独堆存对大气、水系以及土壤的污染。本发明的技术方案是一种利用灼烧生料无害化处理磷尾矿和磷石膏的方法，该方法的具体步骤如下：
（1）将浮选车间刚排放出的磷尾矿和压滤车间刚排放出的磷石膏至于运输装置，然后按重量配比为：磷尾矿：磷石膏=50~100：100，用计量投料装置将磷尾矿加入到磷石膏中，得到混合物料1#；
（2）将灼烧生料加入到计量投料装置中，然后按重量配比为：灼烧生料：混合物料1#=0.5~2.5：100，用计量投料装置将灼烧生料加入到混合物料1#中；
（3）利用强力搅拌混合装置，将步骤（2）的物料进行充分混合均匀，输送渣库进行堆存或用于其它利用。
本发明的有益效果在于：从本质上解决了磷尾矿、磷石膏单独堆存对环境造成的污染，实现了两者协同无害化混合堆存处理，降低了分开堆存处置陈本。其次，本发明采用纳米级灼烧生料与磷尾矿和磷石膏混合，能够稳定固化磷石膏和磷尾矿中的可溶性磷、氟、砷等元素；另外，灼烧生料中主要成分是高活性氧化钙和硅酸盐，未增加磷石膏和磷尾矿中杂质成分，为今后磷石膏的资源化利用创造条件。最后，该灼烧生料相比工业级氧化钙，具有活性高，成本低等独特优势。综合分析，本发明具有较大的成本优势，对磷石膏和磷尾矿产生量大的湿法磷化工企业更有推广价值。
具体实施方式
实施例1：
（1）将浮选车间刚排放出的磷尾矿和压滤车间刚排放出的磷石膏至于运输装置，然后按重量配比为：磷尾矿：磷石膏=50：100，用计量投料装置将磷尾矿加入到磷石膏中，得到混合物料1#；
（2）将灼烧生料加入到计量投料装置中，然后按重量配比为：灼烧生料：混合物料1#=1：100，用计量投料装置将灼烧生料加入到混合物料1#中；
（3）利用强力搅拌混合装置，将步骤（2）的物料进行充分混合均匀，输送堆存地堆存或用于其它利用。
实施例2：
（1）将浮选车间刚排放出的磷尾矿和压滤车间刚排放出的磷石膏至于运输装置，然后按重量配比为：磷尾矿：磷石膏=80：100，用计量投料装置将磷尾矿加入到磷石膏中，得到混合物料1#；
（2）将灼烧生料加入到计量投料装置中，然后按重量配比为：灼烧生料：混合物料1#=1.5：100，用计量投料装置将灼烧生料加入到混合物料1#中；
（3）利用强力搅拌混合装置，将步骤（2）的物料进行充分混合均匀，输送堆存地堆存或用于其它利用。
实施例3：
（1）将浮选车间刚排放出的磷尾矿和压滤车间刚排放出的磷石膏至于运输装置，然后按重量配比为：磷尾矿：磷石膏=100：100，用计量投料装置将磷尾矿加入到磷石膏中，得到混合物料1#；
（2）将灼烧生料加入到计量投料装置中，然后按重量配比为：灼烧生料：混合物料1#=2.5：100，用计量投料装置将灼烧生料加入到混合物料1#中；
（3）利用强力搅拌混合装置，将步骤（2）的物料进行充分混合均匀，输送堆存地堆存或用于其它利用。
验证如表1所示。
从上述各实例1，实例2和实例3中可以可知，经过灼烧生料稳定固化后的磷尾矿与磷石膏混合料浸出液中水溶性磷的浓度不高于14.00 mg/L，氟离子浓度不高于13.00mg/L，可溶性磷的固化率最低也达到96.02%，可溶性氟离子固化率最低达到91.54%，浸出液pH维持在6~9。这就是说，通过灼烧生料与磷石膏和磷尾矿混合堆存后，浸出液中氟离子和磷酸盐浓度、金属离子以及浸出液pH等指标均低于国家标准种的规定要求。此外，该方法相比专利CN201610656169.1中生石灰处理工艺，最大优势在于灼烧生料价格低于生石灰，此外，该工艺能够同时稳定固化磷化工行业产生的磷石膏和磷尾矿二种主要固体废物。由此可见，该方法不仅可以同时处理磷石膏和磷尾矿，且处理方法简单，成本低，效率较高。
Claims (5)
1.一种利用灼烧生料无害化处理磷尾矿和磷石膏的方法，该方法的步骤如下：
（1）将浮选车间刚排放出的磷尾矿和压滤车间刚排放出的磷石膏至于运输装置，然后按重量配比为：磷尾矿：磷石膏=50~100：100，用计量投料装置将磷尾矿加入到磷石膏中，得到混合物料1#；
（2）将灼烧生料加入到计量投料装置中，然后按重量配比为：灼烧生料：混合物料1#=0.5~2.5：100，用计量投料装置将灼烧生料加入到混合物料1#中；
（3）利用强力搅拌混合装置，将步骤（2）的物料进行充分混合均匀，输送渣库进行堆存或用于其它利用。
2.根据权利要求1所述一种利用灼烧生料无害化处理磷尾矿和磷石膏的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，磷尾矿和磷石膏的输送装置为皮带，皮带转速为0.5m/s-1. 5m/s。
3.根据权利要求1所述一种利用灼烧生料无害化处理磷尾矿和磷石膏的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，灼烧生料为水泥生产过程中产生的高碱性物料，其主要成分及含量如下：CaO（67~75%），SiO2（6~11%），SO3（3~5%），Al2O3（3~6%）以及Fe2O3（2~6%）。
4.根据权利要求1所述一种利用灼烧生料无害化处理磷尾矿和磷石膏的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，灼烧生料的投料装置为带计量器的罐体，设于输送装置的上方；通过匀速投料的方式将灼烧生料加入待输送入渣场的磷石膏和磷尾矿中；其次，运输装置由输送装置和投料装置构成。
5.根据权利要求1所述一种磷石膏的本质无害化处置方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所述强力搅拌输送设备实行变频控制，调控范围为15-50Hz；此外，搅拌混匀装置设于输送装置下端，将灼烧生料与磷石膏和磷尾矿按比例充分混合均匀后，再进行运输堆存。
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