磷石膏的处理与综合利用

饶箭星

（中国葛洲坝集团公司,湖北宜昌 443002）

磷石膏的处理与综合利用

饶箭星

（中国葛洲坝集团公司,湖北宜昌 443002）

简要介绍了磷石膏的处理现状,探讨了磷石膏的综合利用途径。由磷石膏制硫酸联产水泥,可实现资源的充分利用,经济效益、环境效益和社会效益显著,是当前磷石膏综合利用的主要途径,符合循环经济理念。磷石膏制建筑材料也有良好的应用前景。

磷石膏;处理;综合利用

磷石膏是生产湿法磷酸的副产物,含有氟和一些重金属离子等有害物质,不仅污染环境,而且需大量的场地堆放。随着湿法磷酸生产规模的日益扩大,磷石膏的积存量不断增多,因此,磷石膏的无害化处理及综合利用成为固体废弃物处理与资源化利用的研究热点,也是磷化工持续发展的迫切需要[1～3]。

1 磷石膏的处理现状

磷石膏是在硫酸分解磷矿石过程中产生的,通常以二水石膏（CaSO4·2H2O）或半水石膏（CaSO4·1/2H2O）形态存在,其成分是硫酸钙,并残存少量磷分。一个日产1000 t P2O5的磷酸生产厂每天需要处理4500～5000 t磷石膏。

目前,磷石膏的处理基本上是将其运往废料场、渣库或排入流动水域。用泵将磷石膏排入江河或海洋,在技术上、经济上都是可行的,但会对环境造成污染。在陆地修筑渣库是一个普遍使用的方法,将磷石膏制浆并泵入大沉降池,回收溢流水并送回进行另一次输送循环,此闭路循环系统可降低氟污染。这种处置法需注意池水向地下水渗透,磷石膏堆的高度越高,压强越大,渗透率越高。磷石膏的堆存不仅增加开支,占用土地,而且导致环境污染。如果将磷石膏作为资源积极开发、综合利用,其意义和价值将十分深远。

2 磷石膏的综合利用

2.1 磷石膏制硫酸联产水泥

磷石膏是一种含硫资源,如用它制硫酸,不但可为硫酸工业提供原料,还解决了磷石膏的出路,硫资源由一次性消耗变为循环利用,同时还可以联产水泥。为此,国内外进行了大量的研究与试验,该技术已日趋成熟。

2.1.1 磷石膏制硫酸联产水泥的原理

用焦炭作还原剂,磷石膏在1170～1473 K温度下分解,生成 SO2气体,经净化、干燥、转化、吸收而得硫酸,而生成的CaO与配料发生矿化反应,生成水泥熟料。反应式如下：

与硫铁矿制硫酸、石灰石制水泥相比,磷石膏制硫酸联产水泥,技术难度大得多。必须解决以下几个问题：（1）磷石膏中残存氟和P2O5,氟过多影响水泥的凝固时间,降低水泥强度,也会使制酸生产的催化剂中毒;P2O5则在回转窑内消耗一部分CaO,使硅酸三钙含量下降,对水泥的早期强度有较大影响,因此,必须寻找降低氟和P2O5含量的方法;（2）为使硫酸钙全部分解,提高硫利用率,同时尽可能减少焦炭消耗量,防止形成过度的还原气氛,避免元素硫析出,必须掌握好原料配比;（3）氧化气氛不能过高,否则易生成低熔点物质 ,使回转炉结疤;（4）物料中的 Si、Fe、A l、M g、Ca比例应适当,以保证获得标号尽可能高的水泥;（5）石膏法水泥热耗比石灰石法高,必须设法降低热耗。

2.1.2 磷石膏制硫酸联产水泥的工艺

与同规模的硫铁矿制硫酸和石灰石制水泥相比,磷石膏制硫酸联产水泥的生产成本分别低24%和20%左右,投资也较低。磷石膏制硫酸联产水泥的主要工艺流程见图1。

图1 磷石膏制硫酸联产水泥的工艺流程Fig.1 Process flow of joint production of sulfuric acid and cement from phosphogypsum

从磷酸车间过滤机出来的磷石膏先进入再浆槽,加水搅拌至液固比为（65～60）∶（35～40）,经过滤机过滤,滤饼送至滚筒干燥机干燥。磷石膏、焦炭、砂分别磨碎进入配料仓,经滚筒混和机混合均匀后进入水泥窑,生成的SO2气体送去制硫酸,转窑排出的是水泥熟料。

总之,磷石膏制硫酸联产水泥工艺变硫资源一次性消耗为循环利用,也使磷矿石中的钙得以综合利用生产水泥,做到资源充分利用,经济效益、环境效益和社会效益显著,是当前磷石膏综合利用的主要途径。目前该技术并非完美,还需进一步探讨降低能耗、减少建设投资、进一步提高硫的利用率。

2.2 磷石膏制建筑材料

随着国家对耕地的管理越来越严格,用粘土生产建筑材料也在逐步加以限制,而磷石膏作为废弃物堆放,既占用土地又污染环境,因此,充分利用磷石膏制建筑材料是一种可取的良好方法。

作为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产通常采用干焙烧法将二水石膏转化而得,由于磷石膏中含有磷、氟和有机杂质,必须对磷石膏的化学成分、p H值和细度进行测试,其放射性物质也必须符合建材工业废渣放射性限制标准。

用磷石膏制取β2半水合物熟石膏生产过程包括磷石膏净化、磷石膏转变为半水物及半水物加工,其具体工序为：（1）水洗,去除磷石膏中水溶性磷、氟和有机杂质;（2）过滤分离,使水含量小于10%;（3）煅烧,最佳温度为437～493 K;（4）粉磨,通过0.15 mm筛。

由磷石膏开发的建材制品有石膏装饰板、石膏刮墙腻子、石膏嵌缝腻子、仿大理石装饰板、增强石膏空心条板、水泥缓凝剂、复合矿化剂、耐火建材、墙体空心砖、石膏工艺品等。

3 结语

磷石膏作为“三废”的开发利用,途径很多、产品多样,除了目前主要采用的磷石膏制硫酸联产水泥和制建筑材料外,还可以利用磷石膏代替高岭土作为造纸的填料,也可以加工生产硫酸铵等。合理开发利用磷石膏,将有利于湿法磷酸或湿法磷酸后续产品的可持续发展,同时解决环境污染问题,具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。只要根据企业自身特点、市场状况,积极探索、开辟、扩大磷石膏的综合利用途径,合理选择磷石膏可开发的后续产品,就会使企业获得效益的最大化。

[1] 杨沛浩.磷石膏的综合利用[J].中国资源综合利用,2009,27（1）：13215.

[2] 马林转,宁平,杨月红,等.磷石膏的综合利用与应重视的问题[J].磷肥与复肥,2007,22（1）：54255.

[3] 谢超凌,高惠民,朱芳.磷石膏预处理及利用[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

饶箭星（1959-）,男,湖南长沙人,高级工程师,研究方向：磷化工。E2mail：1061225920@qq.com。