CN114477262B - 一种粗颗粒磷石膏深度净化提纯二水硫酸钙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种粗颗粒磷石膏深度净化提纯二水硫酸钙的方法，将磷石膏颗粒进行筛分，收集粗颗粒磷石膏，加入水充分搅拌；在高频振动下，投入纳米TiO2，并采用紫外光源对料浆进行照射，使其发生光催化氧化反应，保持高频振动，搅拌料浆，使磷石膏颗粒再次充分分散；重复三次；将料浆进行固液分离，得到滤液和滤渣；滤液置于低温环境下，使滤液中溶解的硫酸钙冷却结晶；所得带有结晶的液体进行过滤，得到结晶物；所得滤渣和所得结晶物置于微波场内进行辐照，所得干燥物料即为提纯得到的二水硫酸钙。本发明具有反应条件温和，对有机物、磷化合物、氟化物、汞化合物等各类杂质去除效果明显，磷石膏净化程度高，二水硫酸钙提纯效果优异的优点。

Description

一种粗颗粒磷石膏深度净化提纯二水硫酸钙的方法
技术领域
本发明涉及一种粗颗粒磷石膏深度净化提纯二水硫酸钙的方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的固体废渣，每产生1t磷酸约需消耗2t硫酸，同时产生4～5t磷石膏，我国磷化工行业每年排放磷石膏约为5000万t。其主要成分为CaSO4·2H2O，但是由于含有机杂质，包括磷、氟以及碱金属盐，所以极大地限制了它在工业上的应用。
传统的磷石膏净化方法未对磷石膏根据粒径进行区分，直接进行处理，方式粗放。多采用水洗、石灰中和、或是浮选法或是多种方法混合使用。水洗法即采用大量的自来水反复洗涤，这一方法产生大量的二次废水。石灰中和即向磷石膏料浆投入生石灰，中和其中酸性物质，但是对有机物去除效率低下。浮选则是加入大量自来水，拌合成料浆，而后静置磷石膏料浆，反复清除其表面的黑色油污，这一工艺耗时长，杂质去除效率最低，净化效果最差。这些传统处理方法各有缺点，总体而言效率低下，净化效果不理想，能耗大，还易产生二次污染。由于目前工艺未考虑杂质含量与粒径分布的关系，粗放认为杂质是均布的，传统工艺不细分石膏颗粒粗细，直接处理简单物理除杂。
目前，关于磷石膏高效、精细化净化方面尚未找到适用的方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种粗颗粒磷石膏深度净化提纯二水硫酸钙的方法，通过对磷石膏进行粒径的区分，针对高杂质含量的磷石膏颗粒进行净化，为磷石膏的工业化规模处理和综合利用提供保障。
本发明通过下列技术方案实现：一种粗颗粒磷石膏深度净化提纯二水硫酸钙的方法，经过下列各步骤：
(1)将磷石膏颗粒进行筛分，收集粒径处于80μm-900μm的粗颗粒磷石膏；
(2)按水和粗颗粒磷石膏的质量比为(1.5-3):1，在步骤(1)的粗颗粒磷石膏中加入50-60℃的水，并充分搅拌得料浆；
(3)在高频振动下，按掺加量为500-800mg/L，在步骤(2)所得料浆中投入纳米TiO2；
(4)保持高频振动，并采用紫外光源对料浆进行照射，使其发生光催化氧化反应，待磷石膏颗粒明显沉积，上层澄清液中有较少悬浮颗粒时，再需继续照射5-10min，使下层物料紧密压缩堆积；
(5)保持高频振动，搅拌料浆，使磷石膏颗粒再次充分分散；
(6)重复步骤(4)、(5)三次；
(7)将步骤(6)所得料浆进行固液分离，得到滤液和滤渣；
(8)将步骤(7)所得滤液置于低温环境下，使滤液中溶解的硫酸钙冷却结晶；
(9)将步骤(8)所得带有结晶的液体进行过滤，得到结晶物；
(10)将步骤(7)所得滤渣和步骤(9)所得结晶物置于微波场内进行辐照，以实现快速脱除游离水，所得干燥物料即为提纯得到的二水硫酸钙。
所述步骤(3)中高频振动的频率为50-200KHz。
所述步骤(4)的紫外光源的功率为80-100W，发出的紫外光波长为365nm。
所述步骤(8)的低温环境的温度为5-15℃，所需时间为20-40min。
所述步骤(10)的微波场的功率为9-12kw，频率为915MHz或2450MHz，辐照时间按滤渣和结晶物的重量计，为1-1.5min/kg。
本发明针对的是粒径处于80μm-900μm的细颗粒磷石膏，这是由于大部分企业仅关注产能，粗放式处理磷石膏，因此未对磷石膏进行系统的深入研究，未发现杂质含量与粒径分布的关系，粗放认为杂质是均布的。彭家惠在《建筑材料学报》中发表的《磷石膏中的有机物、共晶磷及其对性能的影响》也持此观点。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明净化效率高除杂效果好，有效去除有机物、游离磷等。通过分析检测可知处理前后磷石膏中有机物、P2O5等含量分别从原先的4.4％和1.1％下降到0.2％和0.1％，去除效率分别达到了95％和90％。
(2)本发明不外排废水废渣，不产生废气，因此不产生二次污染。大部分有机物在步骤4去除，分解为水和二氧化碳。滤液经过简单的水处理后即可最大程度的于本发明中反复利用。当滤液反复利用10余次后，需对该滤液进行蒸馏，蒸馏水继续加以利用。蒸馏后的固体产物为铁盐、铝盐、钠盐、二氧化硅等，可以收集另行处理。滤液中可溶杂质大部分经过蒸馏形成固体结晶，仅需加以收集即可。另外，滤液也会经过活性炭过滤处理。
(3)本发明将磷石膏进行筛分，着重处理杂质含量占总杂质80％以上的磷石膏粗颗粒，并且所选用的方法经济、环保、处理效果好。对磷石膏进行净化得到高纯度的CaSO4·2H2O有十分巨大的帮助。若不计算二氧化硅含量，能使二水硫酸钙(干基)含量达到95％以上。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)将磷石膏颗粒进行筛分，收集粒径处于80μm-900μm的粗颗粒磷石膏；
(2)按水和粗颗粒磷石膏的质量比为2:1，在步骤(1)的粗颗粒磷石膏中加入50℃的水，并充分搅拌得料浆；
(3)在频率为100KHz的高频振动下，按掺加量为500mg/L，在步骤(2)所得料浆中投入纳米TiO2；
(4)保持高频振动，并采用功率为80W、波长为365nm的紫外光源对料浆进行照射，使其发生光催化氧化反应，待磷石膏颗粒明显沉积，上层澄清液中有较少悬浮颗粒时，再需继续照射5min，使下层物料紧密压缩堆积；
(5)保持高频振动，搅拌料浆，使磷石膏颗粒再次充分分散；
(6)重复步骤(4)、(5)三次；
(7)将步骤(6)所得料浆进行固液分离，得到滤液和滤渣；
(8)将步骤(7)所得滤液置于温度为5℃的低温环境下30min，使滤液中溶解的硫酸钙冷却结晶；
(9)将步骤(8)所得带有结晶的液体进行过滤，得到结晶物；
(10)将步骤(7)所得滤渣和步骤(9)所得结晶物置于功率为9kw、频率为2450MHz的微波场内进行辐照，辐照时间按滤渣和结晶物的重量计，为1min/kg，以实现快速脱除游离水，所得干燥物料即为提纯得到的二水硫酸钙。
实施例2
(1)将磷石膏颗粒进行筛分，收集粒径处于80μm-900μm的粗颗粒磷石膏；
(2)按水和粗颗粒磷石膏的质量比为1.5:1，在步骤(1)的粗颗粒磷石膏中加入55℃的水，并充分搅拌得料浆；
(3)在频率为50KHz的高频振动下，按掺加量为600mg/L，在步骤(2)所得料浆中投入纳米TiO2；
(4)保持高频振动，并采用功率为100W、波长为365nm的紫外光源对料浆进行照射，使其发生光催化氧化反应，待磷石膏颗粒明显沉积，上层澄清液中有较少悬浮颗粒时，再需继续照射8min，使下层物料紧密压缩堆积；
(5)保持高频振动，搅拌料浆，使磷石膏颗粒再次充分分散；
(6)重复步骤(4)、(5)三次；
(7)将步骤(6)所得料浆进行固液分离，得到滤液和滤渣；
(8)将步骤(7)所得滤液置于温度为8℃的低温环境下20min，使滤液中溶解的硫酸钙冷却结晶；
(9)将步骤(8)所得带有结晶的液体进行过滤，得到结晶物；
(10)将步骤(7)所得滤渣和步骤(9)所得结晶物置于功率为10kw、频率为2450MHz的微波场内进行辐照，辐照时间按滤渣和结晶物的重量计，为1.2min/kg，以实现快速脱除游离水，所得干燥物料即为提纯得到的二水硫酸钙。
实施例3
(1)将磷石膏颗粒进行筛分，收集粒径处于80μm-900μm的粗颗粒磷石膏；
(2)按水和粗颗粒磷石膏的质量比为3:1，在步骤(1)的粗颗粒磷石膏中加入60℃的水，并充分搅拌得料浆；
(3)在频率为200KHz的高频振动下，按掺加量为800mg/L，在步骤(2)所得料浆中投入纳米TiO2；
(4)保持高频振动，并采用功率为90W、波长为365nm的紫外光源对料浆进行照射，使其发生光催化氧化反应，待磷石膏颗粒明显沉积，上层澄清液中有较少悬浮颗粒时，再需继续照射10min，使下层物料紧密压缩堆积；
(5)保持高频振动，搅拌料浆，使磷石膏颗粒再次充分分散；
(6)重复步骤(4)、(5)三次；
(7)将步骤(6)所得料浆进行固液分离，得到滤液和滤渣；
(8)将步骤(7)所得滤液置于温度为15℃的低温环境下40min，使滤液中溶解的硫酸钙冷却结晶；
(9)将步骤(8)所得带有结晶的液体进行过滤，得到结晶物；
(10)将步骤(7)所得滤渣和步骤(9)所得结晶物置于功率为12kw、频率为915MHz的微波场内进行辐照，辐照时间按滤渣和结晶物的重量计，为1.5min/kg，以实现快速脱除游离水，所得干燥物料即为提纯得到的二水硫酸钙。
上述对本发明的具体实施方法做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方法，在本领域普通技术人员所具备知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
对比例1：同实施例1，仅省略步骤(1)的筛分，直接使用所有粒径的磷石膏。
对比例2：同实施例1，仅将步骤(1)的“收集粒径处于80μm-900μm的粗颗粒磷石膏”替换为收集粒径小于80μm的磷石膏。
对比例3：同实施例1，仅省略步骤(3)。
对比例4：同实施例1，仅省略步骤(4)。
对比例5：同实施例1，仅省略步骤(5)(6)。
对比例6：同实施例1，仅省略步骤(7)(8)微波辐照的操作。
对比例7：同实施例1，仅省略步骤(9)微波辐照的操作。
Figure SMS_1
注：成本评分是得到95％纯净硫酸钙(干基)的成本评分，数字越大成本越高。

Claims (5)

1.一种粗颗粒磷石膏深度净化提纯二水硫酸钙的方法，其特征在于经过下列各步骤：
(1)将磷石膏颗粒进行筛分，收集粒径处于80μm-900μm的粗颗粒磷石膏；
(2)按水和粗颗粒磷石膏的质量比为(1.5-3):1，在步骤(1)的粗颗粒磷石膏中加入50-60℃的水，并充分搅拌得料浆；
(3)在高频振动下，按掺加量为500-800mg/L，在步骤(2)所得料浆中投入纳米TiO2；
(4)保持高频振动，并采用紫外光源对料浆进行照射，使其发生光催化氧化反应，待磷石膏颗粒明显沉积，上层澄清液中有较少悬浮颗粒时，再需继续照射5-10min；
(5)保持高频振动，搅拌料浆，使磷石膏颗粒再次充分分散；
(6)重复步骤(4)、(5)三次；
(7)将步骤(6)所得料浆进行固液分离，得到滤液和滤渣；
(8)将步骤(7)所得滤液置于低温环境下，使滤液中溶解的硫酸钙冷却结晶；
(9)将步骤(8)所得带有结晶的液体进行过滤，得到结晶物；
(10)将步骤(7)所得滤渣和步骤(9)所得结晶物置于微波场内进行辐照，所得干燥物料即为提纯得到的二水硫酸钙。
2.根据权利要求1所述的粗颗粒磷石膏深度净化提纯二水硫酸钙的方法，其特征在于：所述步骤(3)中高频振动的频率为50-200KHz。
3.根据权利要求1所述的粗颗粒磷石膏深度净化提纯二水硫酸钙的方法，其特征在于：所述步骤(4)的紫外光源的功率为80-100W，发出的紫外光波长为365nm。
4.根据权利要求1所述的粗颗粒磷石膏深度净化提纯二水硫酸钙的方法，其特征在于：所述步骤(8)的低温环境的温度为5-15℃，所需时间为20-40min。
5.根据权利要求1所述的粗颗粒磷石膏深度净化提纯二水硫酸钙的方法，其特征在于：所述步骤(10)的微波场的功率为9-12kw，频率为915MHz或2450MHz，辐照时间按滤渣和结晶物的重量计，为1-1.5min/kg。
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