磷石膏的處理與綜合利用

饒箭星

（中國葛洲壩集團(tuán)公司,湖北宜昌 443002）

磷石膏的處理與綜合利用

饒箭星

（中國葛洲壩集團(tuán)公司,湖北宜昌 443002）

簡要介紹了磷石膏的處理現(xiàn)狀,探討了磷石膏的綜合利用途徑。由磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥,可實(shí)現(xiàn)資源的充分利用,經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益顯著,是當(dāng)前磷石膏綜合利用的主要途徑,符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念。磷石膏制建筑材料也有良好的應(yīng)用前景。

磷石膏;處理;綜合利用

磷石膏是生產(chǎn)濕法磷酸的副產(chǎn)物,含有氟和一些重金屬離子等有害物質(zhì),不僅污染環(huán)境,而且需大量的場地堆放。隨著濕法磷酸生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大,磷石膏的積存量不斷增多,因此,磷石膏的無害化處理及綜合利用成為固體廢棄物處理與資源化利用的研究熱點(diǎn),也是磷化工持續(xù)發(fā)展的迫切需要[1～3]。

1 磷石膏的處理現(xiàn)狀

磷石膏是在硫酸分解磷礦石過程中產(chǎn)生的,通常以二水石膏（CaSO4·2H2O）或半水石膏（CaSO4·1/2H2O）形態(tài)存在,其成分是硫酸鈣,并殘存少量磷分。一個(gè)日產(chǎn)1000 t P2O5的磷酸生產(chǎn)廠每天需要處理4500～5000 t磷石膏。

目前,磷石膏的處理基本上是將其運(yùn)往廢料場、渣庫或排入流動(dòng)水域。用泵將磷石膏排入江河或海洋,在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上都是可行的,但會對環(huán)境造成污染。在陸地修筑渣庫是一個(gè)普遍使用的方法,將磷石膏制漿并泵入大沉降池,回收溢流水并送回進(jìn)行另一次輸送循環(huán),此閉路循環(huán)系統(tǒng)可降低氟污染。這種處置法需注意池水向地下水滲透,磷石膏堆的高度越高,壓強(qiáng)越大,滲透率越高。磷石膏的堆存不僅增加開支,占用土地,而且導(dǎo)致環(huán)境污染。如果將磷石膏作為資源積極開發(fā)、綜合利用,其意義和價(jià)值將十分深遠(yuǎn)。

2 磷石膏的綜合利用

2.1 磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥

磷石膏是一種含硫資源,如用它制硫酸,不但可為硫酸工業(yè)提供原料,還解決了磷石膏的出路,硫資源由一次性消耗變?yōu)檠h(huán)利用,同時(shí)還可以聯(lián)產(chǎn)水泥。為此,國內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究與試驗(yàn),該技術(shù)已日趨成熟。

2.1.1 磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的原理

用焦炭作還原劑,磷石膏在1170～1473 K溫度下分解,生成 SO2氣體,經(jīng)凈化、干燥、轉(zhuǎn)化、吸收而得硫酸,而生成的CaO與配料發(fā)生礦化反應(yīng),生成水泥熟料。反應(yīng)式如下：

與硫鐵礦制硫酸、石灰石制水泥相比,磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥,技術(shù)難度大得多。必須解決以下幾個(gè)問題：（1）磷石膏中殘存氟和P2O5,氟過多影響水泥的凝固時(shí)間,降低水泥強(qiáng)度,也會使制酸生產(chǎn)的催化劑中毒;P2O5則在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)消耗一部分CaO,使硅酸三鈣含量下降,對水泥的早期強(qiáng)度有較大影響,因此,必須尋找降低氟和P2O5含量的方法;（2）為使硫酸鈣全部分解,提高硫利用率,同時(shí)盡可能減少焦炭消耗量,防止形成過度的還原氣氛,避免元素硫析出,必須掌握好原料配比;（3）氧化氣氛不能過高,否則易生成低熔點(diǎn)物質(zhì) ,使回轉(zhuǎn)爐結(jié)疤;（4）物料中的 Si、Fe、A l、M g、Ca比例應(yīng)適當(dāng),以保證獲得標(biāo)號盡可能高的水泥;（5）石膏法水泥熱耗比石灰石法高,必須設(shè)法降低熱耗。

2.1.2 磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的工藝

與同規(guī)模的硫鐵礦制硫酸和石灰石制水泥相比,磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的生產(chǎn)成本分別低24%和20%左右,投資也較低。磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的主要工藝流程見圖1。

圖1 磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的工藝流程Fig.1 Process flow of joint production of sulfuric acid and cement from phosphogypsum

從磷酸車間過濾機(jī)出來的磷石膏先進(jìn)入再漿槽,加水?dāng)嚢柚烈汗瘫葹椋?5～60）∶（35～40）,經(jīng)過濾機(jī)過濾,濾餅送至滾筒干燥機(jī)干燥。磷石膏、焦炭、砂分別磨碎進(jìn)入配料倉,經(jīng)滾筒混和機(jī)混合均勻后進(jìn)入水泥窯,生成的SO2氣體送去制硫酸,轉(zhuǎn)窯排出的是水泥熟料。

總之,磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥工藝變硫資源一次性消耗為循環(huán)利用,也使磷礦石中的鈣得以綜合利用生產(chǎn)水泥,做到資源充分利用,經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益顯著,是當(dāng)前磷石膏綜合利用的主要途徑。目前該技術(shù)并非完美,還需進(jìn)一步探討降低能耗、減少建設(shè)投資、進(jìn)一步提高硫的利用率。

2.2 磷石膏制建筑材料

隨著國家對耕地的管理越來越嚴(yán)格,用粘土生產(chǎn)建筑材料也在逐步加以限制,而磷石膏作為廢棄物堆放,既占用土地又污染環(huán)境,因此,充分利用磷石膏制建筑材料是一種可取的良好方法。

作為建材使用的磷石膏主要是熟石膏,而磷石膏中又以β2半水合物和α2半水合物熟石膏用量最大。β2半水合物熟石膏的生產(chǎn)通常采用干焙燒法將二水石膏轉(zhuǎn)化而得,由于磷石膏中含有磷、氟和有機(jī)雜質(zhì),必須對磷石膏的化學(xué)成分、p H值和細(xì)度進(jìn)行測試,其放射性物質(zhì)也必須符合建材工業(yè)廢渣放射性限制標(biāo)準(zhǔn)。

用磷石膏制取β2半水合物熟石膏生產(chǎn)過程包括磷石膏凈化、磷石膏轉(zhuǎn)變?yōu)榘胨锛鞍胨锛庸?其具體工序?yàn)椋海?）水洗,去除磷石膏中水溶性磷、氟和有機(jī)雜質(zhì);（2）過濾分離,使水含量小于10%;（3）煅燒,最佳溫度為437～493 K;（4）粉磨,通過0.15 mm篩。

由磷石膏開發(fā)的建材制品有石膏裝飾板、石膏刮墻膩?zhàn)?、石膏嵌縫膩?zhàn)?、仿大理石裝飾板、增強(qiáng)石膏空心條板、水泥緩凝劑、復(fù)合礦化劑、耐火建材、墻體空心磚、石膏工藝品等。

3 結(jié)語

磷石膏作為“三廢”的開發(fā)利用,途徑很多、產(chǎn)品多樣,除了目前主要采用的磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥和制建筑材料外,還可以利用磷石膏代替高嶺土作為造紙的填料,也可以加工生產(chǎn)硫酸銨等。合理開發(fā)利用磷石膏,將有利于濕法磷酸或濕法磷酸后續(xù)產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展,同時(shí)解決環(huán)境污染問題,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。只要根據(jù)企業(yè)自身特點(diǎn)、市場狀況,積極探索、開辟、擴(kuò)大磷石膏的綜合利用途徑,合理選擇磷石膏可開發(fā)的后續(xù)產(chǎn)品,就會使企業(yè)獲得效益的最大化。

[1] 楊沛浩.磷石膏的綜合利用[J].中國資源綜合利用,2009,27（1）：13215.

[2] 馬林轉(zhuǎn),寧平,楊月紅,等.磷石膏的綜合利用與應(yīng)重視的問題[J].磷肥與復(fù)肥,2007,22（1）：54255.

[3] 謝超凌,高惠民,朱芳.磷石膏預(yù)處理及利用[J].云南化工,2006,33（2）：64267.

Treatment and Comprehensive Utilization of Phosphogypsum

RAO Jian2xing
（China Gezhouba Group Corporation,Yichang443002,China）

Present situation of phosphogypsum treatment was briefly introduced,and the ways of comp re2 hensive utilization were investigated.The technology of joint p roduction of sulfuric acid and cement f rom phos2 phogypsum was a effective way,w hich realized resource utilization,had significant economic benefit,environ2 mental benefit and social benefit,w as in acco rdance w ith circular economy idea.M eanw hile,p reparation of con2 struction materials by phosphogypsum had a w ide app lication p rospect.

phosphogypsum;treatment;comp rehensive utilization

TQ 172.78+4 TQ 111.16 X 781

A

1672-5425（2010）06-0078-02

2010-03-30

饒箭星（1959-）,男,湖南長沙人,高級工程師,研究方向：磷化工。E2mail：1061225920@qq.com。