CN116177585A

CN116177585A - 从含氟污泥中提纯氟化钙的方法

Info

Publication number: CN116177585A
Application number: CN202310094502.4A
Authority: CN
Inventors: 许云峰; 陆聪慧; 房杨帆; 刘强; 曲阳威; 钱光人
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2023-02-03
Filing date: 2023-02-03
Publication date: 2023-05-30

Abstract

本发明公开了S1、硫酸盐转化：在含氟污泥中加入碳酸盐溶液，污泥中以硫酸钙形式存在的钙转化为碳酸钙，得到固液混合物，然后对浸取得到的混合物进行过滤，得到滤液A和固体B，分别收集滤液和固体，并将固体B洗涤到中性，然后烘干，制成滤饼；Na2CO3+CaSO4＝CaCO3+Na2SO4；S2、碱浸：将S1中的固体B与碱液混合，进行碱浸取反应，以去除含氟污泥中的二氧化硅；本发明通过硫酸盐转化‑碱浸‑煅烧‑酸浸的工艺，实现了含氟污泥中氟化钙的回收；通过发明提供的技术方案，能够从含氟污泥中提取氟化钙和钙盐，所得氟化钙的产品纯度和杂质情况均达到可有效应用的企业标准，有效满足经济性需求及工艺实用性的需求。

Description

从含氟污泥中提纯氟化钙的方法

技术领域

本发明涉及工业固体废物综合处理利用技术领域，特别涉及从含氟污泥中提纯氟化钙的方法。

背景技术

萤石是天然的氟化钙，属于不可再生资源。它是氟化工行业的重要原料，同时广泛应用于农药、化肥、染料、电子化学品等诸多行业。随着化工行业的发展，含氟矿物的开采加工、氟化物的合成、金属冶炼、铝电解、焦炭、玻璃、电镀、化工及电子工业的大量建设投产，含氟废水排放量每年以成万吨急剧增加，产生的含氟污泥越来越多。由于萤石矿资源的消耗，做好氟资源的回收利用至关重要。

目前含氟污泥的资源化方式是提纯和综合回收。该类传统技术方法中的氟化钙污泥提纯主要有两种思路：

一、源于萤石矿分选技术：采用浮选富集法对氟化钙进行捕集，即是将氟化钙污泥进行预处理，处理之后制浆，与捕获剂、发泡剂和调节剂混合搅拌，进行浮选，利用物料表面性质的差异，达到气浮分离的目的；

例如中国发明专利CN111994937A所介绍的一种从含氟污泥中回收氟化钙的方法，是通过以下步骤实现的：在含氟污泥中加入分散剂进行调浆，将调浆后的含氟污泥浆料进行分散，分散后进行分级，最后将分级后的细粒级产品干燥、粉碎后即得到氟化钙产品，其回收率在70％以上，产品的纯度也是在70％以上；

同时中国发明专利CN109399687A公开了一种利用强酸性含氟废水处理污泥制备氟化钙精矿的方法，首先将氟化钙污泥进行浮选处理；之后通过酸洗、与含氟溶液反应和碱洗处理后得到氟化钙精矿，其精制氟化钙含量在98％以上；此发明利用浮选法与化学法除杂结合的技术使含氟化钙污泥的精制化程度更高，可以满足多行业的资源化利用；

上述浮选富集法工艺虽然简单、经济可行，但其回收的产物的纯度不够高，回收率也有待提高。

二、以化学法为基础的提纯技术：主要是通过酸浸、碱浸，将杂质溶解去除；例如中国发明专利CN105601066A所公开了一种含氟污泥精制氟化钙的方法，由过筛操作去除有机杂物、沙石得到筛下物；将筛下物至于pH≤5的水中酸化操作，过滤、洗涤后得到酸化固体沉淀，进行干燥粉碎操作，得到氟化钙。此方法可以将低品味高杂质的含氟污泥进行成分的转化和分离，生产不同等级的氟化钙；同时CN112897562A公开了一种提纯氟化钙污泥的方法，属于无机、化工和环境技术领域；此发明采用高温高压酸浸-(碱浸)-煅烧工艺或有机溶剂或超临界溶解有机物提纯氟化钙污泥，可以根据不同的氟化钙污泥来源，所含成分不同而进行工艺的调整。

上述的提纯方法都有各自的优缺点，它们只针对含氟污泥中的氟化钙进行了回收，而并未对含氟污泥中的钙进行回收。

因此，如果通过对含氟污泥中的杂质逐步去除，对含氟污泥中的钙盐进行纯化，则能够使得资源进行最大化利用，以实现含氟污泥的高效资源化利用。

为此，提出从含氟污泥中提纯氟化钙的方法。

发明内容

有鉴于此，为了解决含氟污泥提纯技术的不足，达到上述发明创造的目的，本发明提供了一种从氟化钙污泥资源中回收氟化钙、钙盐的方法，可以实现氟化钙污泥资源化。

本发明采用硫酸盐转化-碱浸-煅烧-酸浸提纯氟化钙，最终获得纯度不低于90％的氟化钙产品，可用于代替萤石用作工业原材料。其中具体包括如下步骤：

S1、硫酸盐转化：在含氟污泥中加入碳酸盐溶液，污泥中以硫酸钙形式存在的钙转化为碳酸钙，得到固液混合物，然后对浸取得到的混合物进行过滤，得到滤液A和固体B，分别收集滤液和固体，并将固体B洗涤到中性，然后烘干，制成滤饼；

Na2CO3+CaSO4＝CaCO3+Na2SO4

S2、碱浸：将S1中的固体B与碱液混合，进行碱浸取反应，以去除含氟污泥中的二氧化硅；然后对浸取后得到的混合物进行过滤，将滤液与固体残渣分离，收集固体残渣，得到固体C，并将固体残渣洗涤到中性，然后烘干，制成滤饼，磨碎。

2NaOH+SiO2＝Na2SiO3+H2O

S3、煅烧：将S2中的所述的固体C进行焙烧，使含氟污泥中的碳酸钙分解为氧化钙，有机物高温分解，得到焙烧产物D，磨碎。

CaCO3＝CaO+CO2↑

Ca(OH)2＝CaO+H2O

S4、酸浸：将S3中的得到的焙烧产物D与酸液混合，进行酸浸取反应，然后对浸取得到的混合物进行过滤，将滤液与固体残渣分离，收集滤液和固体残渣，得到滤液E和固体F，并将固体残渣F洗涤到中性，烘干，研磨，过筛得到高纯度氟化钙产品；将滤液E与滤液A混合，得到混合物，过滤干燥得到以碳酸钙和硫酸钙为主的钙盐；

CaO+2HCl＝CaCl2+H2O

CaO+2HNO3＝Ca(NO3)2+H2O

CaCl2+Na2SO4＝CaSO4+NaCl

CaCl2+NaCO3＝CaCO3+NaCl

Ca(NO3)2+Na2SO4＝CaSO4+NaNO3

Ca(NO3)2+NaCO3＝CaCO3+2NaNO3

作为本技术方案的进一步优选的：S1中所述的碳酸盐采用碳酸钠、碳酸钾中的至少一种，浸取液与含氟污泥的液固比为1：10～1：50，搅拌速度为1000～2000r/min，碳酸盐浓度为10～50g/L，反应时间为0.5～1.5h。

作为本技术方案的进一步优选的：S2中所述的碱采用氢氧化钾、氢氧化钠中的至少一种，碱液与含氟污泥的液固比为1：5～1：20，碱浓度为10～50g/L，反应温度为20～50℃，搅拌速度为1000～2000r/min，反应时间为0.5～1.5h。

作为本技术方案的进一步优选的：S3中所述的焙烧温度为700～1000℃，焙烧时间为0.5～2h。

作为本技术方案的进一步优选的：S4中所述的酸采用盐酸、硝酸、氢氟酸、乙酸中的至少一种，酸摩尔浓度为0.1～1，酸与焙烧产物的液固比为1：5～1：20，反应时间为0.5～2h，反应温度为20～50℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过硫酸盐转化-碱浸-煅烧-酸浸的工艺，实现了含氟污泥中氟化钙的回收；通过发明提供的技术方案，能够从含氟污泥中提取氟化钙和钙盐，所得氟化钙的产品纯度和杂质情况均达到可有效应用的企业标准，有效满足经济性需求及工艺实用性的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明的含氟污泥提纯氟化钙的方法流程示意图；

图2为原污泥与提纯产物的XRD图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例，因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

为通过对含氟污泥中的杂质逐步去除，对含氟污泥中的钙盐进行纯化，使得资源进行最大化利用，以实现含氟污泥的高效资源化利用；因此请参阅图1，本发明提供一种技术方案：含氟污泥提纯氟化钙的方法，其具体的包括如下步骤：

S1、硫酸盐转化工序：将干燥后的含氟污泥置于碳酸钠溶液中搅拌混合，将含氟污泥中的硫酸钙转化为碳酸钙，形成除硫酸钙的固体残渣；

S2、碱浸工序：将S1所得的处理后固体残渣用氢氧化钠溶液进行碱浸，去除固体残渣中的二氧化硅，得到除硅后固体残渣；

S3、煅烧工序：将S2、所得的除硅后固体残渣置于马弗炉中煅烧，将固体残渣中的有机物分解，同时碳酸钙分解为氧化钙，得到除碳酸钙固体残渣；

S4、酸浸工序：将S3、中的固体残渣用盐酸溶液进行酸浸，去除固体残渣中的氧化钙，经水洗，干燥、粉磨即得到氟化钙。

作为本具体实施方式中进一步优选的：在S1中，碳酸钠溶液浓度为10～50g/L，浸取液与含氟污泥的液固比为1：10～1：50，搅拌速度为1000～2000r/min，反应时间为0.5～1.5h。

作为本具体实施方式中进一步优选的：在S2中，碱液与含氟污泥的液固比为1：5～1：20，碱浓度为10～50g/L，反应温度为20～50℃，搅拌速度为1000～2000r/min，反应时间为0.5～1.5h。

作为本具体实施方式中进一步优选的：在S3中，煅烧温度为700～1000℃，焙烧时间为0.5～2h。

作为本具体实施方式中进一步优选的：在S4中，酸浸的酸摩尔浓度为0.1～1，酸与焙烧产物的液固比为1：5～1：20，反应时间为0.5～2h，反应温度为20～50℃。

为便于对本发明做进一步的理解，现举例说明。

含氟污泥中的主要物质为CaF2、CaCO3、CaSO4和SiO2；按照国标GB/T5195.1-2017的方法测定含氟污泥中氟化钙的浓度，得到氟化钙的含量为67.75％。

实施例一

请具体地参阅图1～2：将含氟污泥烘干研磨，取15g烘干研磨后的含氟污泥，置于30g/L的Na2CO3溶液中(液固比30)，常温反应30min，反应残渣经水洗后烘干；

将残渣放入25％的NaOH溶液中(液固比10),常温反应1h，反应残渣经水洗烘干后放入陶瓷坩埚，于马弗炉中850℃煅烧1h；

将煅烧产物放入0.2mol/L的HCl溶液中(即稀盐酸)中(液固比10)，常温反应1h，酸浸反应残渣经水洗后烘干，得到最终的提纯产品；

经测定，提出产品中氟化钙的回收率(即提纯产品中氟化钙的质量与含氟污泥样品中氟化钙的质量之比)为91.7％，氟化钙含量为94.8％。

实施例二

请具体地参阅图1～2：将Na2CO3溶液浓度提高至40g/L，NaOH溶液提高至40％，煅烧温度提高至900℃，其他操作与实施例一相同；

经测定，得到的提出产品中氟化钙的回收率为92.4％，氟化钙含量为92％，说明在在除去硫酸钙和二氧化硅的过程中，提高处理条件并不会对产率有很大的影响。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.从含氟污泥中提纯氟化钙的方法，包括含氟污泥，其特征在于，包括如下步骤：

S1、硫酸盐转化工序：将碳酸盐溶液与含氟污泥置于加热装置中进行加热作业，将含氟污泥中的硫酸钙转变成碳酸钙并得到混合物；

S2、第一过滤作业工序：对S1中浸取得到的混合物进行过滤，得到滤液A和固体B；分别收集滤液和固体，并将固体B洗涤至中性，烘干制成滤饼；

S3、碱浸工序：将S2中的固体B与处理液混合，去除含氟污泥中的二氧化硅；对浸取后得到的混合物进行过滤，将滤液与固体残渣分离；收集固体残渣得到固体C，并将固体残渣洗涤到中性，烘干制成滤饼后磨碎；

S4、煅烧工序：将S3中的固体C进行焙烧，将碳酸钙分解为氧化钙，得到焙烧产物D，磨碎；

S5、酸浸工序：将S4中的得到的焙烧产物D与酸液混合进行酸浸取反应；

S6、第二过滤作业工序：对S5中浸取得到的混合物进行过滤，将滤液与固体残渣分离，收集滤液和固体残渣，得到滤液E和氟化钙；将氟化钙洗涤到中性，烘干后研磨，过筛得到高纯度氟化钙产品；同时将滤液E与滤液A混合，得到混合物，过滤干燥得到钙盐。

2.根据权利要求1所述的从含氟污泥中提纯氟化钙的方法，其特征在于：在所述S1中，加热温度为25～70℃，且在加热作业中需同步搅拌混合碳酸盐溶液与含氟污泥。

3.根据权利要求1所述的从含氟污泥中提纯氟化钙的方法，其特征在于：在所述S3中，处理液为碱液，将S2中的固体B与碱液混合，进行碱浸取反应，以去除含氟污泥中的二氧化硅。

4.根据权利要求3所述的从含氟污泥中提纯氟化钙的方法，其特征在于：在所述S1中，碳酸盐采用碳酸钠、碳酸钾中的至少一种，浸取液与含氟污泥的液固比为1：10～1：50，搅拌速度为1000～2000r/min，碳酸盐浓度为10～50g/L，反应时间为0.5～1.5h。

5.根据权利要求1～3任意一项所述的从含氟污泥中提纯氟化钙的方法，其特征在于：在所述S3中，碱采用氢氧化钾、氢氧化钠中的至少一种，碱液与含氟污泥的液固比为1：5～1：20，碱浓度为10～50g/L，反应温度为20～50℃，搅拌速度为1000～2000r/min，反应时间为0.5～1.5h。。

6.根据权利要求5所述的从含氟污泥中提纯氟化钙的方法，其特征在于：碱采用氢氧化钠。

7.根据权利要求5所述的从含氟污泥中提纯氟化钙的方法，其特征在于：在所述S4中，焙烧温度为700～1000℃，焙烧时间为0.5～2h。

8.根据权利要求7所述的从含氟污泥中提纯氟化钙的方法，其特征在于：在所述S5中，酸采用盐酸、硝酸、氢氟酸、乙酸中的至少一种，酸摩尔浓度为0.1～1mol/L，酸与焙烧产物的液固比为1：5～1：20，反应时间为0.5～2h，反应温度为20～50℃。

9.根据权利要求8所述的从含氟污泥中提纯氟化钙的方法，其特征在于：酸采用盐酸。