一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法
阅读说明：本技术 一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法 (Method for removing impurities from phosphogypsum and preparing white anhydrous phosphogypsum ) 是由 刘荣荣 侯美顺 李山山 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法,所述方法包括以下步骤：将磷石膏进行第一煅烧处理得到半水磷石膏,将所述半水磷石膏依次进行酸处理和第二煅烧处理后得到白色无水磷石膏。本发明可有效去除磷石膏中的难溶物,大大提高了磷石膏的白度,所述方法操作简单、成本低、增白效果好,为废弃磷石膏的工业无害化处理和综合利用开辟新途径。(The invention provides a method for removing impurities from phosphogypsum and preparing white anhydrous phosphogypsum, which comprises the following steps: carrying out first calcination treatment on phosphogypsum to obtain semi-hydrated phosphogypsum, and carrying out acid treatment and second calcination treatment on the semi-hydrated phosphogypsum in sequence to obtain white anhydrous phosphogypsum. The method can effectively remove insoluble substances in the phosphogypsum, greatly improves the whiteness of the phosphogypsum, has simple operation, low cost and good whitening effect, and opens up a new way for the industrial harmless treatment and comprehensive utilization of the waste phosphogypsum.)
技术领域
本发明属于固体废弃物综合利用领域，涉及一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法。
背景技术
磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的固体废渣，当采用湿法工艺生产磷酸时，每生产1吨磷酸，就伴随着4.5-5吨磷石膏产生。磷石膏的主要成分为CaSO4·2H2O，此外还含有多种杂质如氯硅酸盐、未完全分解的磷矿和磷酸类物质、氟化物、铁铝化合物及有机质等。目前磷石膏主要进行堆存处理，但大量磷石膏的堆积不仅占用土地资源，可溶性磷和氟化物等有害成分在堆存过程中会向周围环境扩散渗透，存在着安全和环保隐患，磷石膏存放带来巨大的环境负担。磷石膏还可作为建筑石膏及建筑石膏产品的原料，但其对磷石膏的白度要求很高，而磷石膏因其碳基杂质以及有色金属化合物的存在使其呈灰白色或灰黑色，极大的限制了其在工业上的应用。磷石膏的无害化处理及利用是目前研究的主要难题。
目前已有多篇文献进行了磷石膏除杂及脱色的研究，CN109180036A公开了一种磷石膏脱色增白的方法，所述方法包括向磷石膏中加入铵盐和水，在室温条件下搅拌并浸泡，得到固液混合物进行过滤，洗涤过滤后的滤渣进行烘干，得到了脱色增白的磷石膏，该方法工艺简单、成本低、增白效果好，可以去除磷石膏中的可溶性杂质，但对有机杂质的去除不彻底，且对难溶杂质去除无效果。
CN111792663A公开了一种磷石膏增白方法，所述方法包括将磷石膏和煅烧助剂在高温下煅烧，得到的煅烧料用硫酸溶液浸泡，反应完冷却后抽滤，洗涤抽滤后烘干，得到了增白的磷石膏，该方法利用煅烧助剂与金属杂质反应生成了水洗或酸洗可以去除的化合物，并提高了磷石膏的白度，但高温煅烧时磷石膏中的磷酸和氟化物会挥发，将污染环境，腐蚀设备，还需添加煅烧助剂，成本增加。
鉴于上述技术存在的问题，磷石膏在同时除杂和增白仍存在一些技术难题，随着磷石膏在各种工业的应用推广，对石膏的需求量越来越大，同时对其白度要求也越来越高。因此，有必要开发一种磷石膏除杂增白的方法，既能解决磷石膏中杂质对增白的影响，还能提高磷石膏的资源利用率。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供的一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法可去除磷石膏中的杂质并提高了产品白度，实现了磷石膏废弃物无害化处理，为废弃磷石膏的工业化提供了技术基础。
为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏进行第一煅烧处理得到半水磷石膏，将所述半水磷石膏依次进行酸处理和第二煅烧处理后得到白色无水磷石膏。
本发明提供的一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，第一煅烧处理得到的半水磷石膏，利用半水磷石膏水化的特点，在酸处理过程中与磷石膏中的有色金属可充分接触反应，能够有效浸出磷石膏中的有色金属，提高了酸处理的除杂效果，降低杂质在第二煅烧过程中对磷石膏的颜色影响，并提高了产品白度。
作为本发明优选的技术方案，所述第一煅烧处理的温度为100-200℃，例如可以是100℃、120℃、140℃、160℃、180℃或200℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一煅烧处理的时间为2-6h，例如可以是2h、3h、4h、5h或6h等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述酸处理中的酸质量浓度为1-30％，例如可以是1％、5％、15％、20％、25％或30％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述酸处理中的酸包括盐酸、磷酸或硫酸中的任意一种或至少两种组合，所述组合典型但非限制性实例有：盐酸和磷酸的组合、盐酸和硫酸的组合或磷酸和硫酸的组合等。
作为本发明优选的技术方案，所述半水磷石膏与所述酸处理中的酸的质量体积比为1:(3-10)g/mL，例如可以是1:3g/mL、1:4g/mL、1:5g/mL、1:6g/mL、1:7g/mL、1:8g/mL、1:9g/mL或1:10g/mL等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述酸处理在搅拌条件下进行。
优选地，所述搅拌的速率为250-500rpm，例如可以是250rpm、300rpm、350rpm、400rpm、450rpm或500rpm等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述搅拌的时间为1-3h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h或3h等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述酸处理后对得到的混合液依次进行固液分离、洗涤和干燥处理。
作为本发明优选的技术方案，所述固液分离的方式包括过滤、抽滤或离心中的任意一种或至少两种组合，所述组合典型但非限制性实例有：过滤和抽滤的组合、过滤和离心的组合或抽滤和离心的组合等。
优选地，所述洗涤为使用去离子水洗涤3次以上。
作为本发明优选的技术方案，所述干燥处理的温度为50-80℃，例如可以是50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述干燥处理的时间为6-12h，例如可以是6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第二煅烧处理的温度为600-1000℃，例如可以是600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二煅烧处理的时间为1-3h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h或3h等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述方法具体包括以下步骤：将磷石膏在100-200℃下煅烧2-6h，得到的半水磷石膏与质量浓度为1-30％的酸混合，所述半水磷石膏与所述酸处理中的酸的质量体积比为1：(3-10)g/mL；在250-500rpm下搅拌1-3h，得到的混合液在固液分离后用去离子水洗涤3次固体以上，在50-80℃下干燥6-12h；对干燥后得到的磷石膏在600-1000℃下煅烧1-3h，得到白色无水磷石膏。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，对第一煅烧处理得到的半水磷石膏进行酸处理，利用半水磷石膏水化的特点，使得酸溶液与磷石膏中的杂质充分接触反应，促进磷石膏中难溶物的溶解，提高酸洗的除杂效果，降低第二煅烧过程中杂质对磷石膏白度的影响，大大提高了磷石膏的白度；
(2)本发明制备方法简单、成本低、增白效果好，实现了工业废弃物的无害化处理，还为磷石膏的下游应用提供更优质的原料，具备良好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏在150℃下煅烧4h，得到的半水磷石膏与质量浓度为15％的硫酸混合，所述半水磷石膏与所述硫酸的质量体积比为1：7g/mL，在350rpm下搅拌2h，得到的混合液在过滤后用去离子水洗涤固体3次以上，在80℃下干燥6h；对干燥后的产品在800℃下煅烧2h，得到白色无水磷石膏。测量其白度为88.4。
实施例2
本实施例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏在100℃下煅烧5h，得到的半水磷石膏与质量浓度为1％的硫酸和2％的盐酸混合，所述半水磷石膏与所述混合酸的质量体积比为1：3g/mL，在250rpm下搅拌3h，得到的混合液在离心后用去离子水洗涤固体3次以上，在50℃下干燥12h；对干燥后的产品在600℃下煅烧3h，得到白色无水磷石膏。测量其白度为87.6。
实施例3
本实施例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏在200℃下煅烧2h，得到的半水磷石膏与质量浓度为30％的硫酸混合，所述半水磷石膏与所述硫酸的质量体积比为1：10g/mL，在500rpm下搅拌1h，得到的混合液在过滤后用去离子水洗涤固体3次以上，在60℃下干燥10h；对干燥后的产品在1000℃下煅烧1h，得到白色磷无水石膏。测量其白度为89.2。
实施例4
本实施例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏在150℃下煅烧4h，得到的半水磷石膏与质量浓度为5％的硫酸混合，所述半水磷石膏与所述硫酸的质量体积比为1：5g/mL，在350rpm下搅拌2h，得到的混合液在过滤后用去离子水洗涤固体3次以上，在70℃下干燥8h；对干燥后的产品在800℃下煅烧3h，得到白色无水磷石膏。测量其白度为88.2。
实施例5
本实施例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏在180℃下煅烧3h，得到的半水磷石膏与质量浓度为3％的硫酸混合，所述半水磷石膏与所述硫酸的质量体积比为1：3g/mL，在350rpm下搅拌2h，得到的混合液在过滤后用去离子水洗涤固体3次以上，在60℃下干燥12h；对干燥后的产品在900℃下煅烧2h，得到白色无水磷石膏。测量其白度为86.2。
实施例6
本实施例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏在120℃下煅烧5h，得到的半水磷石膏与质量浓度为1％的硫酸混合，所述半水磷石膏与所述硫酸的质量体积比为1：10g/mL，在350rpm下搅拌2h，得到的混合液在过滤后用去离子水洗涤固体3次以上，在80℃下干燥8h；对干燥后的产品在750℃下煅烧3h，得到白色无水磷石膏。测量其白度为89.2。
实施例7
本实施例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏在200℃下煅烧3h，得到的半水磷石膏与质量浓度为3％的硫酸混合，所述半水磷石膏与所述硫酸的质量体积比为1：4g/mL，在350rpm下搅拌2h，得到的混合液在过滤后用去离子水洗涤固体3次以上，在70℃下干燥10h；对干燥后的产品在1000℃下煅烧3h，得到白色无水磷石膏。测量其白度为87.2。
实施例8
本实施例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏在100℃下煅烧6h，得到的半水磷石膏与质量浓度为3％的硫酸混合，所述半水磷石膏与所述硫酸的质量体积比为1：10g/mL，在350rpm下搅拌2h，得到的混合液在过滤后用去离子水洗涤固体3次以上，在60℃下干燥8h；对干燥后的产品在600℃下煅烧3h，得到白色无水磷石膏。测量其白度为90.2。
实施例9
本实施例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：除了将磷石膏在90℃下煅烧12h，得到半水磷石膏；其他条件均与实施例1相同。测量其白度为80.5。
实施例10
本实施例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：除了将磷石膏在300℃下煅烧3h，得到半水磷石膏；其他条件均与实施例1相同。测量其白度为82.5。
实施例11
本实施例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：除了对干燥后的产品在400℃下煅烧2h，得到白色无水磷石膏；其他条件均与实施例1相同。测量其白度为56.2。
实施例12
本实施例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：除了所述半水磷石膏与所述硫酸溶液的质量体积比为1：1g/mL；其他条件均与实施例1相同。测量其白度为71.5。
对比例1
本对比例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏与质量浓度为15％的硫酸混合，所述磷石膏与所述硫酸的质量体积比为1：7g/mL，在350rpm下搅拌2h，得到的混合液在过滤后用去离子水洗涤固体3次以上，在60℃下干燥10h；对干燥后的产品在800℃下煅烧2h，得到白色无水磷石膏。测量其白度为75.4。
对比例2
本对比例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏在800℃下煅烧2h，得到的无水磷石膏与质量浓度为15％的硫酸混合，所述无水磷石膏与所述硫酸的质量体积比为1：7g/mL，在350rpm下搅拌2h，得到的混合液在过滤后用去离子水洗涤固体3次以上，在80℃下干燥6h，得到白色无水磷石膏。测量其白度为68.2。
对比例3
本对比例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏在800℃下煅烧3h，得到白色无水磷石膏。测量其白度为38.1。
对比例4
本对比例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏在900℃下煅烧2h，得到白色无水磷石膏。测量其白度为40.4。
对比例5
本对比例提供了一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法包括以下步骤：将磷石膏在750℃下煅烧3h，得到白色无水磷石膏。测量其白度为53.7。
将实施例1与实施例9-10进行对比，第一煅烧处理温度过高或过低得到的无水磷石膏白度较低；将实施例1与实施例11进行对比，第二煅烧处理温度过低得到的无水磷石膏白度低；将实施例1与实施例12进行对比，所述半水磷石膏与所述酸处理中的酸的质量体积比过低得到的无水磷石膏白度低；由此表明，本发明第一煅烧处理和第二煅烧处理的温度以及半水磷石膏与酸处理中的酸的质量体积比处于适当范围，有助于磷石膏除杂和提高磷石膏白度。
将实施例1与对比例1进行对比，不经过第一煅烧处理，直接酸处理后进行高温煅烧得到的无水磷石膏白度低；将实施例1与对比例2进行对比，先对磷石膏高温煅烧在进行酸处理后得到的无水磷石膏白度低；由此表明，第一煅烧处理得到的半水磷石膏，有利于后续酸处理与半水磷石膏中杂质充分接触反应，有助于提高磷石膏的白度。
将实施例1与对比例3-5进行对比，直接高温煅烧磷石膏得到的无水磷石膏白度低；由此表明，第一煅烧处理和酸处理是保证磷石膏除杂和提高磷石膏白度的重要步骤。
综上所述，本发明提供一种磷石膏除杂及制备白色无水磷石膏的方法，所述方法可降低杂质对磷石膏白度的影响，大大提高了磷石膏的白度；制备方法简单、成本低、增白效果好，实现了工业废弃物的无害化处理，还能为磷石膏的下游应用提供更优质的原料。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
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