DE602004004894T2

DE602004004894T2 - Verfahren zur rückgewinnung von phosphor aus phosphorproduktionsschlamm

Info

Publication number: DE602004004894T2
Application number: DE200460004894
Authority: DE
Inventors: S. Mohan S. Grand Island SARAN; S. George W. Georgetown LUXBACHER
Original assignee: Glenn Springs Holdings Inc
Current assignee: Glenn Springs Holdings Inc
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2024-05-27
Also published as: CN100339494C; DE602004004894D1; RU2005138348A; US20040241073A1; CN1829810A; RU2351665C2; CA2526468A1; EP1628913B1; WO2004106233A3; US6955796B2; EP1628913A2; CA2526468C; WO2004106233A2

Description

DIE VORLIEGENDE ERFINDUNG betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von elementarem Phosphor aus Phosphorschlamm und zum Umwandeln des Rückstands in einen ungefährlichen Abfall, der sicher entsorgt werden kann. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren, in dem Phosphorschlamm zunächst von grobkörnigen Feststoffen durch Schmelzen und mechanisches Sieben getrennt wird, elementarer Phosphor dann von suspendierten Feststoffen unter Verwendung von Chromsäure abgetrennt wird. Koaleszierter Phosphor wird zurückgewonnen und die verbleibenden Feststoffe in nicht-gefährliche Verbindungen umgewandelt.
Elementarer Phosphor wird kommerziell durch Erwärmen von knollenförmigem Phosphatgestein gemischt mit Sand und Koks in einem elektrischen Lichtbogenofen hergestellt. Die Phosphordämpfe werden in Wasser kondensiert und der flüssige Phosphor gesammelt. Ein Phosphorschlamm oder -matsch bestehend aus elementarem Phosphor, Schmutz und Wasser ist ein unerwünschtes Nebenprodukt des Verfahrens. Der Schlamm wird häufig in Sümpfen abgelagert und mit Wasser abgedeckt, um den Phosphor von einem Entzünden abzuhalten. Da der Schlamm als gefährlich eingeschätzt wird, muß er ungefährlich gemacht werden, bevor er sicher entsorgt werden kann.
Wir haben ein Verfahren gefunden, das Schlamm enthaltend elementaren Phosphor in ungefährlichen Abfall umwandelt. Das Verfahren dieser Erfindung schließt verschiedene Behandlungen des Abfalls ein, die den elementaren Phosphor von den verbleibenden Feststoffen abtrennen, koaleszieren und Phosphorteilchen rückgewinnen und nicht rückgewinnbaren elementaren Phosphor und andere Bestandteile in ungefährliche Verbindungen umwandeln.
Gemäß einer Erscheinung dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus einem wäßrigen Schlamm bereitgestellt, der elementaren Phosphor enthält, wobei das Verfahren den Rückstand ungefährlich macht, umfassend:

(A) Trennen des Schlamms in (1) eine Slurry aus Wasser enthaltend suspendierten Phosphor und Schmutzteilchen; und (2) grobkörnige Feststoffe;
(B) Zufügen eines Flockungsmittels zur Slurry, um den suspendierten Phosphor und die Schmutzteilchen absetzen zu lassen;
(C) Rückgewinnen des abgesetzten Phosphors und der Schmutzteilchen aus dem Wasser;
(D) Erwärmen des rückgewonnenen Phosphors und der Schmutzteilchen, um den elementaren Phosphor darin zu schmelzen;
(E) Zufügen eines Koaleszierungsmittels zum erwärmten Phosphor und den Schmutzteilchen, um den geschmolzenen elementaren Phosphor zu koaleszieren;
(F) Trennen des geschmolzenen elementaren Phosphors von den Schutzteilchen;
(G) Mischen der grobkörnigen Feststoffe aus Schritt (A) mit heißem Wasser, um Phosphorschlamm darin zu schmelzen;
(H) Trennen des geschmolzenen Phosphorschlammes von grobkörnigen inerten Feststoffen;
(I) Umsetzen des geschmolzenen Phosphorschlamms mit Chromsäure, wobei sich elementarer Phosphor darin vom Wasser und den Feststoffen trennt und eine separate Phase bildet;
(J) Rückgewinnen der getrennten elementaren Phosphorphase;
(K) Zufügen eines Reduktionsmittels zum Wasser und den Feststoffen aus Schritt (I), um Cr⁺⁶ zu Cr⁺³ zu reduzieren; und
(L) Zufügen von Alkali zum Wasser und den Feststoffen aus Schritt (K), um jeglichen elementaren Phosphorrückstand in Verbindungen von Phosphor umzuwandeln.

Bevorzugt umfaßt der Schlamm etwa 0,5 bis etwa 96 Gew.-% elementaren Phosphor, etwa 2 bis etwa 80 Gew.-% Wasser und etwa 2 bis etwa 60 Gew.-% Schmutz.
Vorteilhaft ist der Schlamm ein Nebenprodukt aus der Produktion von elementarem Phosphor in einem elektrischen Ofen.
In einer Ausführungsform wird der Schlamm in einem gefrorenen Zustand aus einem Sumpf unter Verwendung eines Schabeisens entfernt.
Alternativ wird der Schlamm in einem gefrorenen Zustand aus einem Sumpf unter Verwendung eines Grabenbaggers entfernt und große Agglomerate darin vor Schritt (A) zerkleinert.
Bevorzugt enthält der wäßrige Schlamm etwa 5 bis etwa 96 Gew.-% elementaren Phosphor, und der Schritt (B) des Zufügens von Flockungsmittel umfaßt ein Zufügen von etwa 1 bis etwa 50 ppm eines Flockungsmittels zu der Slurry, und der Schritt (E) des Zufügens eines Koaleszierungsmittels umfaßt ein Zufügen von etwa 0,5 bis etwa 2 Gew.-% eines Koaleszierungsmittels, und der Schritt (F) schließt ein Rückgewinnen von abgesetzten elementaren Phosphorteilchen aus der verbleibenden Slurry durch Zentrifugation oder Filtration ein, und der Schritt (I) wird vorangegangen durch ein Brennen von restlichem elementaren Phosphor in den inerten Feststoffen, und Schritt (I) umfaßt ein Rühren von etwa 0,5 bis etwa 10 Gew.-% Chromsäure und etwa 75 bis etwa 400 Gew.-% Wasser in den geschmolzenen Phosphorschlamm, und Schritt (K) umfaßt ein Zufügen von etwa 3 bis etwa 3,5 mol eines Reduktionsmittels pro Mol Cr⁺⁶ zum Wasser und den suspendierten Feststoffen. um Cr⁺⁶ zu Cr⁺³ zu reduzieren, und wobei Schritt (L) ein Zufügen von etwa 2 bis etwa 3 Gew.-% Alkali, basierend auf dem Gewicht des vorhandenen elementaren Phosphors, zu dem Wasser und den suspendierten Feststoffen umfaßt.
Der anfängliche wäßrige Schlamm kann etwa 5 bis etwa 25 Gew.-% elementaren Phosphor enthalten.
Praktischerweise umfaßt der Schlamm Wasser, Feststoffe und etwa 5 bis etwa 80 Gew.-% elementaren Phosphor, wobei Schritt (B) des Zufügens des Flockungsmittels ein Zufügen von etwa 5 bis etwa 15 ppm eines Flockungsmittels zu der Slurry, um Wasser in der Slurry zu klären, umfaßt, und der Schritt (E) des Zufügens des Koaleszierungsmittels umfaßt ein Zufügen von etwa 0,5 bis etwa 1 Gew.-% eines Koaleszierungsmittels zu der Slurry, und Schritt (I) umfaßt ein Rühren von etwa 1 bis etwa 3 Gew.-% Chromsäure und etwa 90 bis etwa 150 Gew.-% Wasser in den geschmolzenen Phosphorschlamm, Wasser und die suspendierten Feststoffe, und Schritt (K) umfaßt ein Zufügen von etwa 3 bis etwa 3,5 mol an Eisen(II)sulfat pro Mol Cr⁺⁶ zum Wasser und den suspendierten Feststoffen, um Cr⁺⁶ zu Cr⁺³ zu reduzieren; und Schritt (L) umfaßt ein Zufügen von etwa 2 bis etwa 3 Gew.-% Kalk, basierend auf dem Phosphorgewicht, zu den suspendierten Feststoffen, um elementaren Phosphor in Verbindungen von Phosphor umzuwandeln.
Bevorzugt ist das Erwärmen bei etwa 65,5°C (150°F).
Praktischerweise ist das Rühren für etwa 15 bis etwa 60 Minuten bei etwa 150 bis etwa 300 Upm.
Günstigerweise ist das Koaleszierungsmittel Natriumhexametaphosphat.
Bevorzugt ist das Reduktionsmittel Eisen(II)sulfat.
Günstiger ist das Alkali Kalk.
Vorteilhaft ist das Flockungsmittel ein kationisches Polyacrylamid.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die ein Flußdiagramm ist, das eine bestimmte, gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung zeigt.
Ein Verfahren gemäß dieser Erfindung ist anwendbar auf jeden Schlamm, der etwa 0,5 bis etwa 96 Gew.-% elementaren Phosphor, etwa 2 bis etwa 80 Gew.-% Wasser und etwa 2 bis etwa 60 Gew.-% „Schmutz" enthält, der typischerweise eine Mischung aus verschiedenen Feststoffen, wie Kohlenstofffeinstgut, Schlacke (Calcium-Aluminium-Silikate), Sand und Phosphatgestein ist. Ein Verfahren dieser Erfindung ist insbesondere anwendbar für Schlämme, die etwa 5 bis etwa 80 Gew.-% elementaren Phosphor, etwa 10 bis etwa 45 Gew.-% Wasser und etwa 10 bis etwa 55 Gew-% Feststoffe enthalten.
Während der Schlamm direkt aus einem industriellen Verfahren oder nach Lagerung in einem Tank behandelt werden kann, wird er typischerweise behandelt, nachdem er unter Wasser in einem Sumpf gelagert worden ist. Der Sumpf kann verfüllt und mit Schmutz abgedeckt oder abgedeckelt sein. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung kann der Schlamm aus dem Sumpf in einem gefrorenen oder verfestigten Zustand (da elementarer Phosphor sich unter 44°C verfestigt), beispielsweise unter Verwendung eines Schabeisens 1 oder eines Grabenbaggers 2 in Verbindung mit einem Zerkleinerer 3 für ein geflutetes Bett, der jegliche großen Agglomerate pulverisiert, um sie davon abzuhalten, die Leitungen zu verstopfen, entfernt werden. Der Schlamm wird in einer Sandschraube 4 angeordnet, die die groben Feststoffe von der Slurry aus Wasser und suspendierten Feststoffen abtrennt. Die Slurry fließt durch Leitung 5 zum Klärer 6, wo etwa 1 bis etwa 50 ppm (parts per million, in Gewichtsteilen) eines Flockungsmittels, wie einer polymeren Acrylamidemulsion oder eines kanonischen Polyacrylamids, zugegeben werden, um die suspendierten Feststoffe abzusetzen. Die bevorzugte Menge an Flockungsmittel ist etwa 2 bis etwa 20 ppm. Das geklärte Wasser in Leitung 7 ist ungefährlich und kann zum Sumpf zurückgeführt werden. Die Feststoffe aus dem Klärer 6 bestehen hauptsächlich aus vielen, sehr fein verteilten, dispergierten oder suspendierten Teilchen aus elementarem Phosphorschlamm und Schmutz. Dieses Material wird durch Leitung 8 zum Verdickungstank 9 geführt, wo sich die Feststoffe absetzen.
Das Wasser im Verdickungstank 9 wird zu Leitung 7 geführt und die abgesetzten Feststoffe durch Leitung 10 zu einem Tank (nicht gezeigt) gepumpt, wo sie auf etwa 65,5°C (150°F) erwärmt werden, um den Phosphor zu schmelzen. Etwa 0,2 bis etwa 2 Gew.-% (bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 1 Gew.-%) eines Koaleszierungsmittels, wie Natriumhexametaphosphat (SHMP), Natriumpyrophosphat, Natriumtripolyphosphat oder eine Mischung dieser Verbindungen, werden zugegeben, um die dispergierten Teilchen von P₄ zu agglomerieren, die dann durch Zentrifugation, Filtration oder andere Maßnahmen rückgewonnen werden können; SHMP ist bevorzugt, da es als gut arbeitend gefunden worden ist.
Sandschraube 4 leert Feststoffe in ein mit heißem Wasser gefülltes Trommelsieb 11, wo grobkörnige Feststoffe (d.h. größer als etwa 3,2 mm bis 4,8 mm (1/8 bis 3/16 Inch)) entfernt werden. Diese grobkörnigen Feststoffe enthalten typischerweise kleine Mengen an P₄. Das Trommelsieb 11 wird mit heißem Wasser gefüllt gehalten, um Phosphorschlamm zu schmelzen. Geschmolzener Phosphorschlamm und feine Feststoffe fließen aus dem Boden des Trommelsiebs 11 durch Leitung 12 zum Vibrationssieb 13, welches feine Feststoffe von größer als etwa 0,59 mm (30 mesh US-Amt) entfernt. Diese feinen Feststoffe werden durch Leitung 14 zu Sekundärschnecke 15 gesandt, wo sie mit den groben Feststoffen aus Trommelsieb 11 kombiniert werden. Sekundärschnecke 15 leert die Feststoffe in einen Rotationstrockner 16, welcher die Feststoffe auf etwa 204 bis etwa 260°C erwärmt, was jeglichen restlichen P₄ abbrennt, der vorhanden ist, zu P₂O₅ (Leitung 17), der dann in Wasser gescheuert werden kann, um Phosphorsäure herzustellen. Die inerten Feststoffe verlassen den Rotationstrockner 16 durch Leitung 18. Diese inerten Feststoffe sind saubere Schlacke, die etwas Fremdmaterial enthalten kann, verwendet in der Sumpfkonstruktion, und können verwendet werden als Füllmaterial oder für andere Zwecke.
Der geschmolzene Phosphorschlamm aus dem Vibrationssieb 13 wird durch Leitung 19 zum Haltetank 20 überführt, dann durch Leitung 21 zu einer Chromsäureanlage (nicht gezeigt). In der Chromsäureanlage wird der geschmolzene Schlamm auf etwa 65,5°C (150°F) erwärmt und mit einer Lösung aus Chromsäure gerührt, die den elementaren P₄ von dem Schmutz abtrennt. Eine 1 bis 5 Gew.-%-ige Chromsäurelösung (basierend auf dem Gewicht des Schlamms) ist bevorzugt. Die Menge an verwendeter Chromsäure sollte etwa 0,5 bis etwa 10 Gew.-% der Menge an elementarem Phosphor sein, der in dem Schlamm vorhanden ist. Weniger Chromsäure kann nicht effektiv sein, und mehr ist unnötig; etwa 1 bis etwa 3 Gew.-% sind bevorzugt.
Es ist ebenfalls üblicherweise notwendig, Wasser zum Schlamm zuzugeben, um dabei zu helfen, den Schmutz von dem koaleszierten P₄ nach der Behandlung abzutreiben. Wasser kann separat zugegeben werden, oder es kann zusammen mit der Chromsäure zugegeben werden. Die Menge an zugegebenem Wasser sollte etwa 75 bis etwa 400 Gew.-% sein, basierend auf dem Gewicht des Schlamms. Während das Wasser das Entfernen des Schmutzes von dem Schlamm erleichtert, ist zu viel Wasser unnötig und liefert keinen zusätzlichen Nutzen. Die bevorzugte Menge an Wasser ist etwa 90 bis etwa 150 Gew.-%.
Die Slurry wird gerade genug gerührt, um den Schmutz freizusetzen und eine saubere elementare Phosphorphase herzustellen, jedoch nicht so stark, daß eine Emulsion von Phosphor-in-Wasser gebildet wird. Ein Rühren, um dieses Ergebnis zu erzeugen, erfordert typischerweise etwa 15 Minuten bis etwa 60 Minuten bei etwa 150 bis etwa 300 Upm. Sobald die gewünschte Aufreinigung des Phosphors erzielt worden ist, sollte das Rühren gestoppt werden, da weiteres Rühren den elementaren Phosphor in winzige Tröpfen aufbrechen kann und eine Emulsion von Phosphor-in-Wasser bildet, was die Rückgewinnung von reinem elementaren Phosphor verhindert.
Nachdem das Rühren beendet ist, kann die Mischung sich für wenigstens 20 Minuten absetzen, um es dem Phosphor zu ermöglichen, eine separate Phase zu bilden. Anstelle des Absetzens kann die gesamte Reaktionsmasse filtriert oder zentrifugiert werden, um den Phosphor zurückzugewinnen, jedoch ist ein Absetzen bevorzugt, da es die Handhabung der Phosphorphase leichter macht. Jeder grobkörnige Schmutz, der vorhanden ist (z.B. das sandartige Material mit 0,59 mm (30 mesh US-Amt)) setzt sich am Boden des Reaktors ab. Die nächste Schicht ist elementarer Phosphor, der eine Dichte von etwa 1,7 g/cc aufweist. Auf der Oberseite des elementaren Phosphors ist der feinere Schmutz, suspendiert in Wasser. Die verschiedenen Komponenten der Slurry können nun abgetrennt werden. Der resultierende elementare Phosphor ist typischerweise etwa 90 bis etwa 99 Gew.-% rein und, wenn er zentrifugiert oder filtriert wird, kann seine Reinheit auf 99,9 Gew.-% ansteigen. Dieser Phosphor kann als ein Produkt vermarktet werden. Eine detailliertere Beschreibung des Chromsäureverfahrens kann in der US 6,451,276 gefunden werden.
Der wäßrige Teil der Slurry und die Filterkuchen aus der Zentrifugation und/oder Filtration können zusammengemischt werden. Die Cr⁺⁶-Konzentration der Mischung wird gemessen. Eine Lösung enthaltend etwa 3 bis etwa 3,5 mol/mol Cr⁺⁶ eines Reduktionsmittels wird zu der Reaktionsmischung zugegeben, welches gefährliches lösliches Cr⁺⁶ in der Slurry in ungefährliches unlösliches Cr⁺³ reduziert. Geeignete Reduktionsmittel schließen Eisen(II)sulfat, Natriumsulfit und Schwefelwasserstoff ein. Eisen(II)sulfat ist bevorzugt, da es leicht zu handhaben ist und eine saubere Reaktion ergibt.
Schließlich wird die Slurry mit etwa 2 bis etwa 3 Gew.-% (basierend auf dem Gewicht des Phosphors) eines Alkalis behandelt, welches mit dem Phosphor in der Reaktionsmischung reagiert, um Phosphorverbindungen herzustellen, wie Phosphin, Phosphite und Hypophosphite. Geeignete Alkalien schließen Kalk, basisches Soda und Sodaasche ein; Kalk ist bevorzugt, da es günstig ist. Die Reaktionsmasse kann unter Verwendung einer Filterpresse filtriert werden, und der Filterkuchen kann in einer Deponie als ungefährlicher Abfall abgelagert werden.
Das folgende Beispiel veranschaulicht diese Erfindung weiter:
Beispiel:
Gefrorener Phosphorschlamm, gelagert unter Wasser in einem Schlammsumpf, wurde unter Wasser abgeschabt und durch eine 20,3 cm (8 Inch)-Leitung als eine Wasserslurry zu einer Sandschnecke mit einer Geschwindigkeit von etwa 690 m³ (1.822 US-Gallonen) pro Minute gepumpt. Die Festtoffe, die sich in der Sandschnecke absetzten, wurden zu einem sich drehenden Trommelsieb befördert, das mit heißem Wasser gehalten bei einer Temperatur von etwa 60 bis 63°C (140 bis 145°F) gefüllt war.
Geschmolzener Schlamm floß durch die 4,8 mm (3116 Inch) Sieböffnungen in dem Trommelsieb und wurde auf ein Vibrationssieb gepumpt. Feststoffe von größer als 0.59 mm (30 mesh) Größe wurden auf dem Sieb gehalten und wurden mit grobkörnigen Feststoffen aus dem Trommelsieb kombiniert und in einem Rotationstrockner bei einer Temperatur von etwa 204 bis 238°C (400 bis 460°F) getrocknet, um jeglichen Phosphorrückstand abzubrennen. Die Menge an Phosphor in Feststoffen, die in den Trockner gelangt, war im allgemeinen kleiner als 1 Gew.-% und war kleiner als 25 ppm, wenn die Feststoffe aus dem Trockner kamen.
Geschmolzener Schlamm, der durch das 0,59 mm (30 mesh US-Amt) Vibrationssieb gelangte, wurde zu einem Haltetank zur weiteren Bearbeitung mit Chromsäure gepumpt. Während einer 4,7-stündigen Schaboperation wurden 18,1 metrische Tonnen (20 tons) an trockenen Feststoffen und 18,02 m³ (4761 US-Gallonen) an geschmolzenem Schlamm erzeugt.
Wasserüberfluß aus der Sandschnecke enthielt suspendierte Feststoffe (P₄ = 0,25 Gew.-%; Schmutz = 0,7 Gew.-%) und wurde zu einem Klärer gepumpt, wo er mit 10 ppm von „AF-4064", einem kationischen Polyacrylamid, das von Pook Chemicals verkauft wird, gemischt wurde, um die suspendierten Teilchen abzusetzen. Der geklärte Wasserstrom (nun P₄ = 54 ppm; Schmutz = 600 ppm) wurde zurück zum Sumpf gepumpt. Die abgesetzten Feststoffe wiesen einen Phosphorgehalt von 0,7 Gew.-% auf und enthielten 5,4 Gew.-% Schmutz.
Die abgesetzten Feststoffe, nach dem weiteren Entwässern bei der Lagerung, wurden mit 1 Gew.-% Natriumhexametaphosphat (basierend auf dem Gewicht des Phosphors) vermischt. Die Mischung wurde für 30 Minuten bei 65,5°C (150°F) gerührt. Nach der Zentrifugation wurden 55 bis 65 Gew.-% des vorhandenen Phosphors in den Feststoffen zurückgewonnen. Der Filterkuchen wurde zu einem Abwasserhaltetank zur Weiteren Verarbeitung entsorgt.
5,78 m³ (1527 ULS-Gallonen) an geschmolzenem Schlamm wurden zu einem Chromsäurereaktor gepumpt und mit 7,6 m³ (2473 US-Gallonen) an heißem Wasser gemischt, um eine Temperatur von 48,3°C (119°F) zu ergeben. Der Reaktor wurde mit 628,3 dm³ (166 US-Gallonen) einer 50 Gew.-%igen Chromsäurelösung befüllt und die Inhalte für 45 Minuten bei einer Rührgeschwindigkeit von 160 Upm gerührt. Die Endreaktionstemperatur war 76,6°C (170°F). Am Ende der Rührperiode wurden die Reaktorinhalte zu einem Absetzer überführt und konnten sich für 25 Minuten absetzen. Eine abgesetzte, getrennte Phosphorschicht, die etwa 1,51 m³ (400 US-Gallonen) maß, wurde erhalten. Sowohl die Phosphor- als auch die wäßrigen Schichten wurden beprobt und analysiert. Die Phosphorschicht enthielt 0,2 Gew.-% an in Xylol unlöslichen Materialien, und die wäßrige Schicht enthielt weniger als 0,1 Gew.-% Phosphor und weniger als 10,6 Gew.-% Schmutz. Die Phosphorschicht wurde von der wäßrigen Schicht abgetrennt und wurde zentrifugiert, um einen schwach gelbgefärbten Phosphor mit einer Reinheit von größer als 99,9 Gew-% zu ergeben.
Die wäßrige Schicht aus dem Absetzer wurde zu dem Abwasserhaltetank überführt. Der Filterkuchen aus der Zentrifuge wurde ebenfalls zum gleichen Abwasserhaltetank entsorgt. Eine gerührte wäßrige Probe von 15,1 m³ (4000 US-Gallonen) aus diesem Tank wurde zu einem Abwasserbehandlungstank überführt und auf eine Temperatur von etwa 76,6°C (170°F) erwärmt. Diese Wasserprobe wies die folgende Analyse auf:

Phosphor = 0,2 Gew.-%

Schmutz = 10,4 Gew.-%

Chrom(+6) = 146 ppm
Einhundert Pfund an Eisen(II)sulfatheptahydrat wurden zu dem gerührten Wasser zugegeben, um Chrom(+6) zu Chrom(+3) zu reduzieren. Der Gehalt an Chrom(+6) wurde auf weniger als 0,02 ppm reduziert. Elementarer Phosphor wurde durch die Zugabe von 2,65 m³ (700 US-Gallonen) einer 20 Gew.-%-igen Kalkslurry hydrolysiert. Das Phosphingas, das freigesetzt wurde, wurde zu Phosphorpentoxid in einem Phosphinbrenner oxidiert. Die hydrolysierte Wassercharge wurde unter Verwendung einer Filterpresse filtriert. Das klare Filtrat wurde zum Sumpf zurückgeführt. Etwa 4,53 metrische Tonnen (5 tons) an Filterkuchen, der als ungefährlich durch das TCLP-Verfahren gefunden wurde, wurde in einer sicheren Deponie abgegeben.
Wenn in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen verwendeten, bedeuten die Begriffe „umfaßt" und „umfassend" und Variationen derselben, daß die spezifizierten Merkmale, Schritte oder ganzen Zahlen eingeschlossen sind. Die Begriffe sollen nicht so interpretiert werden, um die Gegenwart von anderen Merkmalen, Schritten oder Komponenten auszuschließen.
Die in der vorangehenden Beschreibung oder in den folgenden Ansprüchen oder der beigefügten Zeichnungen offenbarten Merkmale, ausgedrückt in ihren spezifischen Formen oder in bezug auf ein Mittel zum Durchführen der offenbarten Funktion, oder eines Verfahrens zum Erhalt des offenbarten Ergebnisses, können, getrennt oder in irgendeiner Kombination solcher Merkmale, zur Verwirklichung der Erfindung in ihren unterschiedlichsten Formen eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus einem wässrigen Schlamm, der elementaren Phosphor enthält, und welches Verfahren den Rückstand ungefährlich macht, umfassend: (A) Trennen des Schlamms in (1) eine Slurry aus Wasser enthaltend suspendierten Phosphor und Schmutzteilchen; und (2) grobkörnige Feststoffe; (B) Zufügen eines Flockungsmittels zu der Slurry, um den suspendierten Phosphor und die Schmutzteilchen absetzen zu lassen; (C) Rückgewinnen des abgesetzten Phosphors und der Schmutzteilchen aus dem Wasser; (D) Erwärmen des rückgewonnenen Phosphors und der Schmutzteilchen, um elementaren Phosphor darin zu schmelzen; (E) Zufügen eines Koaleszierungsmittels zum erwärmten Phosphor und den Schmutzteilchen, um den geschmolzenen elementaren Phosphor zu koaleszieren; (F) Trennen des geschmolzenen elementaren Phosphors von den Schmutzteilchen; (G) Mischen der grobkörnigen Feststoffe aus Schritt (A) mit heißem Wasser, um Phosphorschlamm darin zu schmelzen; (H) Trennen des geschmolzenen Phosphorschlamms von grobkörnigen inerten Feststoffen; (I) Umsetzen des geschmolzenen Phosphorschlamms mit Chromsäure, wobei sich elementarer Phosphor darin vom Wasser und den Feststoffen trennt und eine separate Phase bildet; (J) Rückgewinnen der getrennten elementaren Phosphorphase; (K) Zufügen eines Reduktionsmittel zum Wasser und den Feststoffen aus Schritt (I), um Cr⁺⁶ zu Cr⁺³ zu reduzieren; und (L) Zufügen von Alkali zum Wasser und den Feststoffen aus Schritt (K), um jeglichen elementaren Phosphorrückstand in Verbindungen von Phosphor umzuwandeln.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schlamm etwa 0,5 bis etwa 96 Gew.-% elementaren Phosphor, etwa 2 bis etwa 80 Gew.-% Wasser und etwa 2 bis etwa 60 Gew.-% Schmutz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schlamm ein Nebenprodukt aus der Produktion von elementarem Phosphor in einem elektrischen Ofen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Schlamm in einem gefrorenen Zustand aus einem Sumpf unter Verwendung eines Schabeisens entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Schlamm in einem gefrorenen Zustand aus einem Sumpf unter Verwendung eines Grabenbaggers entfernt wird und große Agglomerate darin vor Schritt (A) zerkleinert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der wässrige Schlamm etwa 5 bis etwa 96 Gew.-% elementaren Phosphor enthält, wobei der Schritt (B) des Zufügens von Flockungsmittel ein Zufügen von etwa 1 bis etwa 50 ppm eines Flockungsmittels zu der Slurry umfasst, und wobei der Schritt (E) des Zufügens des Koaleszierungsmittels ein Zufügen von etwa 0,5 bis etwa 2 Gew.-% eines Koaleszierungsmittels umfasst, und der Schritt (F) ein Rückgewinnen von abgesetzten elementaren Phosphorteilchen aus der verbleibenden Slurry durch Zentrifugation oder Filtration einschließt, und wobei der Schritt (I) vorangegangen wird durch ein Brennen von restlichem elementaren Phosphor in den inerten Feststoffen, und Schritt (I) ein Rühren von etwa 0,5 bis etwa 10 Gew.-% Chromsäure und etwa 75 bis etwa 400 Gew.-% Wasser in den geschmolzenen Phosphorschlamm umfasst, und wobei Schritt (K) ein Zufügen von etwa 3 bis etwa 3,5 Mol eines Reduktionsmittels pro Mol Cr⁺⁶ zum Wasser und suspendierten Feststoffen umfasst, um Cr⁺⁶ zu Cr⁺³ zu reduzieren, und wobei der Schritt (L) ein Zufügen von etwa 2 bis etwa 3 Gew.-% Alkali, basierend auf dem Gewicht des vorhandenen elementaren Phosphors, zu dem Wasser und den suspendierten Feststoffen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schlamm Wasser, Feststoffe und etwa 5 bis etwa 80 Gew.-% elementaren Phosphor umfasst, wobei Schritt (B) des Zufügens des Flockungsmittels ein Zufügen von etwa 5 bis etwa 15 ppm eines Flockungsmittels zur Slurry umfasst, um Wasser in der Slurry zu klären, und der Schritt (E) des Zufügens des Koaleszierungsmittels ein Zufügen von etwa 0,5 bis etwa 1 Gew.-% eines Koaleszierungsmittels zur Slurry umfasst, und wobei Schritt (I) ein Rühren von 1 bis etwa 3 Gew.-% Chromsäure und etwa 90 bis etwa 150 Gew.-% Wasser in den geschmolzenen elementaren Phosphor, Wasser und die suspendierten Feststoffe umfasst, und wobei Schritt (K) ein Zufügen von etwa 3 bis etwa 3,5 Mol an Eisen(II)sulfat pro Mol Cr⁺⁶ zum Wasser und den suspendierten Feststoffen umfasst, um Cr⁺⁶ zu Cr⁺³ zu reduzieren; und wobei Schritt (L) ein Zufügen von etwa 2 bis etwa 3 Gew.-% Kalk, basierend auf dem Phosphorgewicht, zu den suspendierten Feststoffen umfasst, um elementaren Phosphor in Verbindungen von Phosphor umzuwandeln.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Erwärmen bei etwa 65,5°C (150°F) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei das Rühren für etwa 15 bis etwa 60 Minuten bei etwa 150 bis etwa 300 Upm ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Koaleszierungsmittel Natriumhexametaphosphat ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Reduktionsmittel Eisen(II)sulfat ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Alkali Kalk ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Flockungsmittel ein kationisches Polyacrylamid ist.