CN1325438C - 一种磷石膏综合利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明利用工业废渣磷石膏晶粒的“晶核”作用，在有机酸(如经快腐技术处理的秸秆而转化成的腐殖酸)的辅助作用下，将2∶1型层状硅酸盐结构(蒙脱石)转变为1∶1型高岭土结构的多孔层状硅酸盐，层间形成刚性柱撑，多孔化大幅度提高了比表面积，可以嵌套更多的水分和营养基，从而制备出具有保水、蓄肥、缓释同时还具有改善土壤结构功能的全天然生态治沙新材料。对万亩以上面积，三处以上沙化土地进行了治理，无论是近期效果还是长期效果都相当令人满意，达到了标本兼治从根本上遏制沙化的最终目的。用本发明方法将污染严重的工业废渣磷石膏制成了生态综合治沙新材料，既维护了生态环境，又获得了性能优良的治沙新材料，其经济效益和社会效益十分显著，应用前景非常广阔。
Description
技术领域
本发明涉及废弃物的综合利用，尤其是磷石膏的综合利用方法。
背景技术
磷石膏是磷酸厂、磷肥厂及某些合成洗涤剂厂排出的工业废渣。排放数量巨大(例如磷酸厂每生产一吨磷酸要排放4.5吨磷石膏)，往往堆积如山，对生态环境造成严重污染。为了节省资源，改善生态环境，各国在磷石膏废物资源化利用方面进行了不懈的研究。其利用主要集中在水泥建材方面，也有用来生产硫酸铵的，改良盐碱地土壤的，近来也还有利用磷石膏做肥料的专利报道(申请号：88107910.3，01139524.9)。磷石膏废物资源化利用较成功的当数被称之为“三、四、六工程”的联产三万吨磷铵、四万吨硫酸、六万吨复合水泥技术，但经多年实践证明，仍然存在诸多问题，致使磷石膏的综合利用至今仍然是一个很大的难题，也是目前和今后相当长时间内研究的热点。其中，用于层状硅酸盐的研究开发，以制备治沙材料具有十分重要的意义。
对于层状硅酸盐的研究开发，国内外已有许多报道。被称之为天然纳米材料具有2∶1结构的蒙脱土，多采用有机化处理的方式使其具有纳米尺度的结构片层层间距增大，而为在进一步与基体材料(如聚合物)共混时在外力的作用下片层剥离并分散在基体材料中，最终制备成层状硅酸盐/聚合物纳米复合材料并具有优异的性能。这是最近几年对层状硅酸盐最具技术含量的研究开发。另外近年来也对利用层状硅酸盐制备柱撑型层状硅酸盐复合材料进行了研究。柱撑蒙脱土作为一种新型多孔材料，在催化剂及催化剂载体、环保材料(选择吸附剂)、离子交换剂、导电材料、生物材料、贮藏材料和纳米级复合材料等领域显示出广阔的应用潜力。用作肥料载体则具有吸肥、固肥、缓释的作用(CN1470486，CN1298853)，用作沙化土地的改良，其效果也非常显著(CN1487053)。然而这种柱撑型层状硅酸盐(柱撑蒙脱土)依然是2∶1的层状结构，柱撑离子的引入只是撑大了层间距，多孔化和比表面积的提高是有限的。
发明内容
本发明的目的在于寻找一种有效利用磷石膏的新方法。
本发明的目的还在于找到一种可以将2∶1结构的层状硅酸盐转变为1∶1的高岭土结构的方法，从而大幅度的提高材料的多孔化率及比表面积。
本发明的另一目的就是提供一种由本发明方法制备的全天然生态治沙新材料。
本发明磷石膏综合利用新方法，包括以下步骤：(1)将磷石膏(80目)制成固液比1∶2的料浆，加入无机酸，控制溶液的PH为1.2～2，在90～95℃搅拌混合1～1.5小时进行预处理；(2)待预处理过的磷石膏料浆温度降至80℃以下后，加入固液比为1∶2的层状硅酸盐(80目)料浆，层状硅酸盐干重为磷石膏干重的3～5倍，控制PH为1.2～2，搅拌反应10～20分钟，然后加入相当于层状硅酸盐干重40％～60％的厩化处理的秸秆粉(20目)，控制PH＜3，温度60～70℃，搅拌反应20～30分钟，加入铵盐，调整PH为5～6，继续搅拌反应20分钟，再次加入相当于层状硅酸盐干重15％～25％的厩化处理的秸秆粉(20目)，保持温度60～70℃，继续搅拌反应10分钟出料，最后加入低品位磷矿石粉(80目)或厩化处理的秸秆粉(20目)至可以堆积状，混匀，堆积熟化15～20天即成。
所述无机酸是硫酸、磷酸、正硅酸其中一种或一种以上混合酸、或者是磷肥生产前期氟磷酸钙矿浆经酸解后产生的混合酸；所述层状硅酸盐是钠基蒙脱土或钙基蒙脱士土；所述铵盐是碳酸铵或者碳酸氢铵；
本发明利用磷石膏晶粒的“晶核”作用，在有机酸(如经快腐技术处理的秸秆而转化成的腐殖酸)的辅助作用下，将2∶1型层状硅酸盐结构转变为1∶1型高岭土结构的多孔层状硅酸盐，层间形成刚性柱撑，多孔化大幅度提高了比表面积，可以嵌套更多的水分和营养基，从而制备出具有保水、蓄肥、缓释同时还具有发送土壤结构功能的全天然生态治沙新材料。
2∶1型层状硅酸盐矿物，其结构单元层是由二层硅氧四面体夹一层铝氧八面体层，二者之间靠共用氧原子连接，要转化成高岭石的1∶1型结构，涉及到晶型结构的转换和重建问题。
2∶1型层状硅酸盐片层内表面吸附有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子，在有机酸参与的酸性环境中，有机酸首先与这些层间阳离子发生络合作用，将其从层间带出，然后H2O、H+和-COOH等离子进入层间，在这些离子的作用下，顶层Si-O四面体与Al-O八面体相连的Al-O-Si键破裂，形成Al-O-H键，同时伴随着多余硅的淋滤溶出，在其结构层中形成高岭石晶畴。高岭石晶畴的形成与增长是该过程能否继续进行的关键。化学和化工合成反应过程中，常加入“晶核”米加速物质结晶过程。在蒙脱土和云母转变成高岭石过程中，石膏微晶体的存在相当于“晶核”的作用，从而使矿物的结构转为易于进行。一般情况下，在长石(同样具有2∶1型结构)溶解形成高岭石的过程中，长石完全被溶解，然后在新的溶解物质上结晶形成高岭石，这一过程可看成无“晶核”参与的结晶过程，因而比较缓慢。在工艺流程中人为的加入磷石膏晶粒可起到“晶核”的作用，加速转变进程。随着反应的持续进行，被溶出的阳离子不断流失，高岭石晶畴不断增大，最终2∶1型结构层被2∶1型的高岭石结构层所代替。因此，在2∶1型层状硅酸盐矿物向高岭石转化的过程中，同时伴随着局部晶层的溶解和新结构层的形成。有机酸的参与则加速了这种过程，磷石膏的加入是初级“晶畴”加速形成的核心。
2∶1型结构层转变为1∶1型结构层，使层间结合力减弱，而“晶畴”的形成，使层间有了刚性柱撑，从而最终使原始加入的层状硅酸盐多孔化，大大增加了比表而积，具备了很强的吸附作用，造就了“容量大大增加”，使嵌入大量水分、养分以及吸附沙尘微粒成为可能；刚性柱撑不易塌陷使其具有保水、蓄肥的同时还有缓释作用；施入沙化土地使结构相同(2∶1型结构)的沙粒重复以上的转型过程，起到沙土结构良性逆转的作用。多重功能的同时发挥，给适生植物的初期成长以足够的水、肥条件；吸附沙尘微粒有效的改善了植物生长的局部环境；沙化土地结构良性逆转为植物生长、植被的形成与稳定成长提供了可靠的保证。
用本发明方法将污染严重的工业废渣磷石膏制成了生态综合治沙新材料，既维护了生态环境，又获得了性能优良的治沙新材料，其经济效益和社会效益十分显著。制备的生态综合治沙新材料对万亩以上面积，三处以上沙化土地进行了治理，无论是近期效果还是长期效果都相当令人满意，达到了标本兼治从根本上遏制沙化的最终目的。
实施例
将磷石膏(80目)制成固液比1∶2的料浆，加入硫酸，控制溶液的PH为1.5左右，在90～95℃搅拌混合1小时20分钟进行预处理；待预处理过的磷石膏料浆温度降至80℃以下后，加入固液比为1∶2的钠基蒙脱土(80目)料浆，钠基蒙脱土干重为磷石膏干重的4倍，控制PH为1.5左右，搅拌反应20分钟，然后加入相当于钠基蒙脱土干重50％的厩化处理的秸秆粉(20目)，控制PH＜3，温度60～70℃，搅拌反应25分钟，加入碳酸铵，调整PH为5～6，继续搅拌反应20分钟，再次加入相当于层状硅酸盐干重20％的厩化处理的秸秆粉(20目)，保持温度60～70℃，继续搅拌反应10分钟出料，最后加入低品位磷矿石粉(80目)至可以堆积状，混匀，堆积熟化20天即成。
Claims (2)
1.一种磷石膏综合利用的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将80目的磷石膏制成固液比1∶2的料浆，加入无机酸，控制溶液的PH为1.2～2，在90～95℃搅拌混合1～1.5小时进行预处理；(2)待预处理过的磷石膏料浆温度降至80℃以下后，加入固液比为1∶2的80目的钠基蒙脱土或钙基蒙脱土料浆，钠基蒙脱土或钙基蒙脱土干重为磷石膏干重的3～5倍，控制PH为1.2～2，搅拌反应10～20分钟，然后加入相当于钠基蒙脱土或钙基蒙脱土干重40％～60％的厩化处理的20目的秸秆粉，控制PH＜3，温度60～70℃，搅拌反应20～30分钟，加入碳酸铵或碳酸氢铵，调整PH为5～6，继续搅拌反应20分钟，再次加入相当于钠基蒙脱土或钙基蒙脱土干重15％～25％的厩化处理的20目的秸秆粉，保持温度60～70℃，继续搅拌反应10分钟出料，最后加入低品位80目的磷矿石粉或厩化处理的20目的秸秆粉至可以堆积状，混匀，堆积熟化15～20天即成。
2.根据权利要求1所述的磷石膏综合利用新方法，其特征在于所述无机酸是硫酸、磷酸、正硅酸其中一种或一种以上混合酸、或者是磷肥生产前期氟磷酸钙矿浆经酸解后产生的混合酸。
Priority Applications (1)
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