【摘要】：隨著磷化工企業(yè)的迅速發(fā)展,工業(yè)副產(chǎn)物磷石膏的產(chǎn)量逐年增高,但長期以來,磷石膏缺乏有效的綜合利用,絕大部分磷石膏僅僅被簡單的堆存在尾礦庫中,不僅造成了磷石膏資源的浪費(fèi),而且需要花費(fèi)巨額資金來維持磷石膏尾礦庫的運(yùn)行。大量的磷石膏堆存起來也會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大的威脅,近十幾年來,隨著磷石膏問題的日益突出,國內(nèi)外學(xué)者提出多種磷石膏綜合利用技術(shù)方案,其中將磷石膏轉(zhuǎn)化成硫酸銨等化肥及聯(lián)合生產(chǎn)水泥技術(shù)較為成熟,但受限于經(jīng)濟(jì)成本,并未得到大規(guī)模應(yīng)用。隨著國家對(duì)環(huán)境越來越重視,磷石膏所帶來的問題日益嚴(yán)峻,甚至己經(jīng)制約了磷化工產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展,磷石膏的綜合利用問題急需解決。本文通過對(duì)磷石膏中雜質(zhì)的組成及其賦存狀態(tài)進(jìn)行分析,提出了磷石膏深加工循環(huán)工藝,首先通過查詢相關(guān)熱力學(xué)資料,對(duì)NaOH分解磷石膏過程中雜質(zhì)的影響進(jìn)行熱力學(xué)分析,經(jīng)熱力學(xué)計(jì)算驗(yàn)證該工藝過程的理論可行性;其次采用單因素試驗(yàn)方法確定磷石膏深加工循環(huán)工藝的最佳工藝條件參數(shù);最后采用雙極膜電滲析法電解濾液,回收利用氫氧化鈉和硫酸,形成磷石膏綜合利用的完整工藝循環(huán)過程。具體研究如下:1.通過XRD及化學(xué)分析,結(jié)果表明磷石膏中主要成分為CaSO_4.2H_2O,主要雜質(zhì)為P、Si、F及金屬離子等。通過熱力學(xué)理論計(jì)算以及對(duì)磷石膏轉(zhuǎn)化過程中各物質(zhì)的去向及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律考察發(fā)現(xiàn),大部分雜質(zhì)在磷石膏轉(zhuǎn)化工藝過程中主要以酸不溶物的形式存在,僅有少量Al、Si等離子隨硫酸鈉一起溶于濾液中。2.通過單因素試驗(yàn)方法確定磷石膏深加工循環(huán)工藝的最佳工藝條件為:氫氧化鈉轉(zhuǎn)化磷石膏過程中,每10g磷石膏,消耗質(zhì)量濃度為12.5%的氫氧化鈉40ml、固液比為1:4,反應(yīng)溫度為20℃、反應(yīng)時(shí)間為10min、攪拌速度為15r/s,并且分兩次加入每次間隔5min,利用鈣渣制取高純度磷石膏過程中鹽酸10.0mol/kg、硫酸5.0mol/kg,在最優(yōu)條件下,可得到純度高達(dá)99.72%的石膏。3.通過雙極膜電滲析法回收濾液中的硫酸鈉,將濾液電解后得到的酸堿再次循環(huán)利用分解磷石膏。經(jīng)試驗(yàn)確定電解的最佳條件為電流密度47.6mA/cm~2,鹽溶液濃度為1.143mol/L,此時(shí)能耗最低且效率最高,其電解率達(dá)到99.04%,能耗1.529kWh/kg,電流效率為62.23%。經(jīng)檢測,電解后得到的硫酸濃度0.9249mol/L,氫氧化鈉(氫氧化鉀)濃度2.1257mol/L,可返回循環(huán)利用分解磷石膏。4.該工藝進(jìn)行放大試驗(yàn)研究表明,每600g磷石膏消耗360g氫氧化鈉可生產(chǎn)出高純度硫酸鈣363g和216g氫氧化鈉、231g硫酸及56.5g酸不溶物。產(chǎn)品分析結(jié)果顯示,石膏產(chǎn)品以及酸堿都可用于循環(huán)分解磷石膏,酸不溶物亦可用于工業(yè)生產(chǎn)水泥,該工藝沒有二次污染物產(chǎn)生,且產(chǎn)物可返回到該工藝過程中,工業(yè)應(yīng)用價(jià)值較好。研究結(jié)果表明,該磷石膏深加工循環(huán)工藝符合物質(zhì)量守恒,通過對(duì)產(chǎn)品分析,產(chǎn)品可再次循環(huán)利用,整個(gè)工藝過程無二次污染物產(chǎn)生,產(chǎn)物亦可回收利用,具有較高的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ177.375
【圖文】：

圖 1.1 磷石膏原礦 SEM 圖Fig 1.1 SEM image of raw phosphogypsum國磷化工企業(yè)的迅速發(fā)展，我國既是磷化肥生產(chǎn)的第一然是其副產(chǎn)物磷石膏產(chǎn)量最高的國家，雖然磷石膏的綜增高，從 2012 年的 30%到 2016 年的 36.5%，但增速緩于綜合利用量，逐年增加的磷石膏堆存量給環(huán)境乃至社[15]

圖 2.1 氫氧化鈉分解磷石膏流程圖Fig2.1 Flowsheet of decomposing phosphogypsum sodium hydrox2. 磷石膏經(jīng)復(fù)分解反應(yīng)后，得到的固體產(chǎn)物主要成分為 Ca體產(chǎn)物除了主要的 Ca(OH)2外，還含有一些硅鋁酸鹽和鐵鎂課題重點(diǎn)將討論 Ca2+的提純，使之能達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。提出運(yùn)用化學(xué)溶解轉(zhuǎn)化，循環(huán)提純鈣離子的方法：利用鹽a(OH)2，具體反應(yīng)如下所示。Ca(OH)2和鹽酸發(fā)生酸堿中和反程式為：Ca(OH)2+ 2HCl → CaCl2+ 2H2O，而生成的氯化鈣 混 合 ， 生 成 硫 酸 鈣 沉 淀 ， 其 具 體 反 應(yīng) 方 程 式aCl2+H2SO4→CaSO4↓+2HCl，將沉淀過濾出來得到高純度的硫鹽酸溶液并將鹽酸溶液返回到與 Ca(OH)2渣的反應(yīng)中。高純的硫酸鈣作為質(zhì)量較好的工業(yè)產(chǎn)品有較好的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。3. 磷石膏經(jīng)復(fù)分解反應(yīng)后的 Na2SO4溶液，里面含有少量的，經(jīng)提純后電解 NaSO溶液，NaSO

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本文編號(hào)：2738541