CN212596353U - 一种基于有填料的浮选柱与重选柱对磷石膏提纯的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于有填料的浮选柱与重选柱对磷石膏提纯的系统，包括：浮选除有机物的浮选柱、重选除可溶性磷和氟的杂质脱磷重选柱、重选除含硅杂质的脱硅重选柱，利用磷石膏中二氧化硅、玉髓、硫酸盐、磷酸盐、氟化物、碳化有机物与石膏之间密度、粒度和表面化学性质的差异，达到磷石膏脱色、增白、降磷、降杂的提纯效果，石膏可作为建筑材料原料，硅渣可作为免烧空心砖或硅质土壤调节剂原料，而有机含磷等杂质渣可作为保水营养钵原料。同时产生两类废水，包括脱硅过滤后不含有机质和可溶性盐类的废水，占总废水量的2/3；另一类是有机物和可溶性盐类过滤后的废水，占总废水量的1/3，废水经过处理，可以自我循环利用，避免外排污染环境。

Description

一种基于有填料的浮选柱与重选柱对磷石膏提纯的系统

技术领域

属于固体废弃物处置与资源化利用工艺领域，具体涉及一种基于有填料的浮选柱与重选柱对磷石膏提纯的系统。

背景技术

磷石膏是以磷矿石为原料，采用湿法制取磷酸过程中，产生的以硫酸钙为主要成分的化工副产物。每生产一吨磷酸需消耗二吨硫酸，同时产生近五吨磷石膏。磷石膏中还含有未分解的磷矿、SiO₂、氧化铝、氧化铁、氧化镁、含氟物质、酸性不溶性有机物等多种危害人体健康及生物增长，而且影响磷石膏制品品质的杂质；磷石膏不同于天然石膏，尽管其CaSO₄·2H₂O的含量较高，但含有0.3％～2.0％的P₂O₅， 0.1％～1.5％的F，湿基磷石膏呈酸性，有的磷石膏还具有较高的放射性，目前中国磷石膏年均堆存量达5000万吨，但其综合利用率却不足30％，大量的磷石膏还是采取直接堆放的形式存放，不但占用了土地资源，给生产企业带来沉重负担，还会产生安全隐患和环境污染。

目前磷石膏主要有两种应用。用途之一是作为建筑材料，可溶性 P₂O₅在建筑石膏水化时转化为Ca₃(PO₄)₂沉淀，覆盖在半水石膏晶体表面，降低二水石膏析晶过饱和度，使二水石膏晶体粗化，表现为建筑石膏的凝结时间显著延长，强度大幅度降低；可溶性氟使石膏的凝结时间缩短，随F^-掺量的增加促凝作用增强；有机物杂质主要为黑褐色的腐植酸，具有较强的吸附性常与碳和有色硫化矿等伴生，是影响石膏白度的因素，若不去除，当用该磷石膏制成石膏板、腻子粉作为装饰材料时，有机物吸附的硫化氢等杂质会释放出产生恶臭，同时可溶磷等可溶性盐类会从石膏制品中析出，导致装饰材料发霉和长青苔；磷石膏作为煅烧法制硫酸和水泥的原料时，若未去除磷石膏中的硅酸盐和石英，煅烧使得硅酸盐熔融化而在炉内结疤，这种疤极难清除严重影响煅烧效率。

因此这样的利用由于没有有效去处除磷石膏中的有害杂质，形成产品后经不起市场检验，石膏产品质量也达不到国家标准GB/T 23456-2018的标准。大量的经验和教训表明，磷石膏利用的瓶颈是没有找到除去其中的有害杂质的有效且经济而且可以实现大规模工业化生产的方法。

已有的文献中用重选柱和其他选矿方法分别单独从磷石膏中去除硅，去除可溶盐和有机质的研究有过报道，但是用一种连续的工业和设备全面去除磷石膏中三类影响到综合利用的杂质，即以可溶性磷为首的可溶性盐类、影响石膏白度的有机质和其它杂质、以及以石英玉髓为主的硅酸盐的工业化装置却从未见报道。该系统需要兼顾杂质分离和废水分类处理。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种基于选矿原理的提纯磷石膏的系统，利用磷石膏中二氧化硅，玉髓、硫酸盐、磷酸盐、氟化物、和碳化有机物等杂质与石膏(二水硫酸钙)之间密度、粒度的差异和表面化学性质的差异、化学性质的差异，采用重选和浮选结合的方式，达到了磷石膏脱色、增白、降磷、降杂的提纯效果，同时产生的废水能经过处理，自我循环利用，避免外排污染环境。

为实现上述目的，本实用新型提供一种具有填料的磷石膏脱色柱 (脱除有机或碳化物等有色杂质)，脱硅柱(脱除硅酸盐、二氧化硅等杂质)和脱磷柱(脱除磷酸盐和其它可溶性盐类等杂质)组成的工艺。

一种基于有填料的浮选柱与重选柱对磷石膏提纯的系统，包括浮选柱、脱磷重选柱、脱硅重选柱、杂质浓缩系统、多个泵池和矿泵，磷石膏浓缩系统，所述浮选柱底部的矿浆排出口依次连通泵池、矿泵和所述脱磷重选柱顶部重选段，所述脱磷重选柱的底部排矿口依次连通泵池、矿泵和所述脱硅重选柱的重选段，所述脱硅重选柱的上层排矿口通过泵池、矿泵连通磷石膏浓缩系统，所述浮选柱和脱磷重选柱顶部的泡沫排出口和顶部排矿口通过泵池、矿泵连通杂质浓缩系统，所述脱硅重选柱底部连通至沉淀池，各个所述泵池设有补水管道。

进一步地，包括两座浮选柱，第一座浮选柱的矿浆排出口依次连通泵池、矿泵将和第二座浮选柱的顶部，第二座浮选柱的矿浆排出口依次连通泵池、矿泵和所述脱磷重选柱顶部重选段，两座浮选柱的泡沫排出口通过泵池、矿泵连通杂质浓缩系统。

优选地，所述杂质浓缩系统包括依次串联的浓缩池和立式板框压滤机，所述浓缩池通过矿泵、泵池连通至所述浮选柱和脱磷重选柱顶部的泡沫排出口和顶部排矿口。

优选地，所述磷石膏浓缩系统包括依次串联的浓缩池和带式过滤机，所述浓缩池通过矿泵、泵池连通至所述脱硅重选柱的上层排矿口。

本实用新型提出的磷石膏脱色柱、脱磷柱和脱磷柱，类似于现有的浮选机和跳汰机，已是现有的成熟设备，如专利 CN201710414784.6，CN201720642570.X详细介绍了柱体结构和填料的特点，优点是能提高稳定性、降低涡流、减少垂直方向的混合，并且能减少短路现象，通过产生小的浮选或重选分选区而高效分选性质有差异的细粒物料。另外，设置倾斜的物料给料柱可均匀给料，使矿浆易下滑，不堵料，并且可优化分选效果。本实用新型提出的对具有性质有差异的细粒级物料提供高效分选。

本实用新型将重选柱和浮选柱成功地应用到磷石膏提纯，实现了磷石膏的脱磷、脱色和脱硅。在柱体和柱体间布置调节矿浆浓度的泵池，改进了进入各柱体的矿浆的流动性便于分选，同时由于合理的设计各柱体的分选用途，使浮选柱和脱磷重选柱排出废液与脱硅重选柱排出的矿浆分类处理，避免了废水互相污染导致无法直接会用，增大废水处理难度。

附图说明

图1为本实用新型基于新式工艺(有填料的浮选柱与重选柱)对磷石膏提纯方法的数质量流程图；

图2为本实用新型基于新式工艺(有填料的浮选柱与重选柱)对磷石膏提纯方法的设备形象联系图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实用新型实施例中使用的磷石膏原料是四川某地生产过程中，排矿渣口的磷石膏，其化学组成如表所示：

表1磷石膏原料的性质

该磷石膏原料还含有SiO₂、氧化铝、氧化铁、氧化镁、酸性不溶性有机物等。

如图2，本实施例中，一种基于有填料的浮选柱与重选柱对磷石膏提纯的系统，包括：包括两座浮选柱2、脱磷重选柱3、脱硅重选柱4、杂质浓缩系统7，磷石膏浓缩系统8，第一座浮选柱的矿浆排出口经泵池6、矿泵11将矿浆泵入第一座浮选柱的顶部，第二座浮选柱的矿浆排出口经泵池6、矿泵11将矿浆泵入脱磷重选柱2顶部重选段，两座浮选柱1的泡沫排出口将杂质混合液引入杂质浓缩系统 7，脱磷重选柱2的底部排矿口经泵池6、矿泵11将矿浆泵入脱硅重选柱3的重选段，脱硅重选柱3的上层排矿口将矿浆引入磷石膏浓缩系统8，脱磷重选柱2的顶部排矿口将杂质混合液引入杂质浓缩系统 7，脱硅重选柱3底部排出杂质至沉淀池5，泵池6设有补水管道。实施例中的两座浮选柱2、脱磷重选柱3、脱硅重选柱4均在底部连通压缩空气管道，用于引入压缩空气，在柱体被填料切割成微气泡。

使用时如图2中，由于厂方生产工程中的333.36吨磷石膏质量浓度只有12.5％，含水291.69吨，需要通过昆明冶金研究院在专利 CN101569868B中提及的斜板浓密机1浓缩，顶部质量浓度2.9％的 209.04吨废水经过处理回到厂方生产系统作为补水使用，底流排出质量浓度为30％的118.07吨磷石膏矿浆(含水82.65吨)，在底部搅拌桶内补加总量为千分之二的起泡剂、捕收剂，混合成质量浓度为30％的混合矿浆；通过渣浆泵11输送到浮选脱色柱2。起泡剂是指能降低水的表面张力形成泡沫，使充气浮选矿浆中的空气泡能附着于选择性上浮的矿物颗粒上的一类表面活性剂。起泡剂的分子结构与捕收剂相似，起泡剂由极性基和非极性基组成的异极性分子表面活性物质。捕收剂的极性基亲固体(矿物)，非极性基亲空气。起泡剂的极性基亲水，非极性基亲空气。在水气界面定向排列，降低水的表面张力，故有起泡作用。捕收剂改变矿物表面疏水性，使浮游的矿粒黏附于气泡上的浮选药剂。

在浮选柱内，将混合矿浆和11m³/min的高压气体分别从磷石膏浮选脱色柱2顶部和底部引入，高压气体经过填料装置进行层层切割后，形成微泡并沿着填料装置内的通道上升与下降的混合矿浆逆流接触，起泡剂形成微泡，矿浆与微泡发生碰撞或粘附使颜色较深的有机杂质颗粒，产生浮选效果，质量浓度为2.51％的49.73吨矿化泡沫上升到顶部浮选段，通过泡沫排出口排出，再通过浓缩和压滤处理，形成脱色渣；未和泡沫作用的含磷颗粒，下降到磷石膏浮选脱色柱底部形成质量浓度为50％的78.34吨脱色磷石膏矿浆，通过矿浆排出口排出；

脱色磷石膏矿浆再在泵池内加入清水45.56吨混合至质量浓度为 30％的113.90吨脱色磷石膏矿浆，再次和100m³/min的高压气体分别从磷石膏浮选脱色柱2顶部和底部引入进行浮选，浮选脱色柱底部形成质量浓度为50％的66.68吨脱色磷石膏矿浆，通过矿浆排出口排出，质量浓度为1.76％的47.22吨矿化泡沫上升到顶部浮选段，通过泡沫排出口排出，再通过浓缩和压滤处理，形成脱色渣；

在泵池中脱色磷石膏矿浆加入清水16.67吨混合至质量浓度为 40％后，引入脱磷重选柱3顶部重选段，经过填料装置进行层层切割后与高压气体推动脉动水管道的水接触，产生振动以实现重力分选，矿浆中低密度含磷杂质(质量浓度4.53％共18.34吨)向上通过顶部排矿口流出，再浓缩和压滤处理，形成脱磷渣，水溶性五氧化二磷与水溶性氟离子溶解于水与磷石膏分离。高密度磷石膏经浓缩沉降成为质量浓度为50％的65吨脱磷磷石膏矿浆向下从底部排矿口排出；

在泵池内，脱磷磷石膏矿浆加入122.12吨清水混合至质量浓度为17.36％的187.12吨矿浆后，引入脱硅重选柱4，高压气体推动脉动水管道的水产生振动以实现重力分选，实现磷石膏与含SiO₂的矿物的分离，通过脱硅重选柱底部排出的矿浆为含SiO₂的矿物，质量浓度为75％，共4.44吨，通过沉淀池5处理，成为硅渣。最终质量浓度为15％的180.59吨磷石膏产品通过上层排矿口排出，再经过浓缩过滤，成为最终精矿。成分如表2达到表3中的一级磷石膏品质。

经本步骤处理补水122.12吨后溶融状态的脱色磷石膏矿浆密度小于2.2g/cm³，略小于SiO₂的密度，利于比重大且不溶于水的SiO₂向下富集。从而去除了更多的SiO₂杂质。

试验结果如下：

表2磷石膏精矿的性质

	P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	F	CaSO<sub>4</sub>·2H<sub>2</sub>O	白度
					组成	0.15wt％	0.02wt％	92wt％	56.2％

本实施例的磷石膏精矿满足GB/T 23456-2018《磷石膏》国家标准，如表3

如图2，本实用新型的提纯步骤中主要产生两类废水，一种是浓密机1、浮选柱2和脱磷重选柱3排出的含有机物和磷酸盐、氟离子的废水，该废水经杂质浓缩系统7压滤过滤，再添加絮凝剂除磷、除氟可回用，用于稀释矿浆，如本实施中步骤A～C产生的该废水混合物仅为115.26吨＝(49.73+47.22+18.31)吨，含水 48.48+46.39+17.51＝112.38吨，另一种是脱硅重选柱4排出的180.59 吨的废水混合物，含水153.51吨，该废水几乎不含有机杂质、磷及氟，可过滤后直接回用，用于稀释矿浆，而本实施例中向浮选柱、脱磷重选柱、脱硅重选柱泵入的清水量为45.56+16.67+122.12＝184.35 吨，本实施例洗矿水基本可以实现自循环，耗水量低，符合当今减排的要求。本实用新型主要产生三种固体物质：有机物和磷酸盐及氟化物杂质、磷石膏精矿、硅渣。其中硅渣有4.44吨，纯度高达75％，可直接用于免烧空心硅砖或作为硅肥的原料，有机物和磷酸盐及氟化物杂质矿量少，本实施例中为1.25+0.83+0.83＝2.91吨，由于含磷，也可少量掺入作为肥料使用。本申请中各步骤将矿浆稀释至特定浓度，使磷石膏矿浆与待分离的杂质具有不同的流动性，从而使杂质与磷石膏分离。

Claims (4)

1.一种基于有填料的浮选柱与重选柱对磷石膏提纯的系统，其特征在于，包括浮选柱、脱磷重选柱、脱硅重选柱、杂质浓缩系统、多个泵池和矿泵，磷石膏浓缩系统，所述浮选柱底部的矿浆排出口依次连通泵池、矿泵和所述脱磷重选柱顶部重选段，所述脱磷重选柱的底部排矿口依次连通泵池、矿泵和所述脱硅重选柱的重选段，所述脱硅重选柱的上层排矿口通过泵池、矿泵连通磷石膏浓缩系统，所述浮选柱和脱磷重选柱顶部的泡沫排出口和顶部排矿口通过泵池、矿泵连通杂质浓缩系统，所述脱硅重选柱底部连通至沉淀池，各个所述泵池设有补水管道。

2.根据权利要求1的所述的磷石膏提纯的系统，其特征在于，包括两座浮选柱，第一座浮选柱的矿浆排出口依次连通泵池、矿泵将和第二座浮选柱的顶部，第二座浮选柱的矿浆排出口依次连通泵池、矿泵和所述脱磷重选柱顶部重选段，两座浮选柱的泡沫排出口通过泵池、矿泵连通杂质浓缩系统。

3.根据权利要求1的所述的磷石膏提纯的系统，其特征在于，所述杂质浓缩系统包括依次串联的浓缩池和立式板框压滤机，所述浓缩池通过矿泵、泵池连通至所述浮选柱和脱磷重选柱顶部的泡沫排出口和顶部排矿口。

4.根据权利要求1的所述的磷石膏提纯的系统，其特征在于，所述磷石膏浓缩系统包括依次串联的浓缩池和带式过滤机，所述浓缩池通过矿泵、泵池连通至所述脱硅重选柱的上层排矿口。

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