磷石膏与霞石矿联合开发的化工冶金综合利用方法技术

本发明专利技术是一种磷石膏与霞石矿联合开发的化工冶金综合利用方法，经过特殊的复分解反应，将磷石膏中的硫酸根“嫁接”于霞石矿中的铝和钾上，经溶浸分离转化制得活性氧化铝和钾复肥。而磷石膏中的钙则与霞石矿中的硅酸根结合，制得用途广﹑价值高的硅酸钙。具体工艺是将磷石膏与霞石矿磨细混均焙烧，烧成物以水为浸取剂进行压浸蒸煮浸铝﹑钾，固液分离，固相经洗涤后为硅酸钙产品，溶相为浸出的硫酸钾和硫酸铝溶液。浸出液以碳酸氢铵沉铝分钾，固相为碱式碳酸铝干燥﹑焙解制得活性氧化铝产品；液相为硫酸钾和硫酸铵混合液，浓缩后以磷材料（磷矿粉﹑普钙或重钙）吸收﹑熟化﹑翻堆﹑干燥制得氮﹑磷﹑钾复肥。

【技术实现步骤摘要】
磷石膏与霞石矿联合开发的化工冶金综合利用方法
本专利技术属于一种处理选、冶、化渣料和难选冶共生矿的化工冶金技术，具体涉及对化学工业产生的巨额废渣磷石膏和贮量巨大至今无法有效产业化开发的巨大含钾、铝霞石矿的有效组合综合处理利用方法。
技术介绍
处理利用磷石膏，是当今化学工业的难题。随着化学工业的发展，我国磷化工产生的磷石膏已成为化学工业中排放量最大的废料。以云南为首的十个省市，2010年以来，产生量4000-7000万吨/年，并在逐年增加。该废渣料的任意排堆，不仅占用大量土地，浪费了宝贵的硫资源，而且污染环境，给生态带来危害。到目前为止磷石膏还没有得到很好的利用。当前全世界磷石膏的利用率仅为4.5%左右，我国也不到10%。目前利用主要在三个方面，一是作建筑材料：水泥缓冲剂、增压砖、纸面石膏板、石膏砌块和空心条件等；因相关技术不完善，质量和成本不过关，无法实现规模化生产；二是化学工业制硫酸和硫酸铵，因成本和副产品品质、市场而无法坚持产业化；三是用作土壤提高贮水和保湿性，因运输成本而受到限制。硫是世界上不可缺少的化学原料，广泛用于各种化学过程。硫酸产量通常被作为衡量一个国家工业发展水平的标志之一。由于我国的化肥，特别是磷肥行业的发展，加大了对硫的需求，而国内可利用的硫资源非常匮乏，硫资源对国外的依存已超过50%。而巨额废渣磷石膏中，硫酸根占了其成份的60%，堆排是害，利用却成宝。我国是一个严重缺钾的国家，钾的自供量不到30%，但是云南贮有世界第二大，含钾世界第一大的霞石矿，贮量超过30亿吨，含钾9-11%（以K2O），含铝24-29%（以Al2O3计）仅其中钾的贮量就是我国现探明钾贮量（青海、新疆、西藏）总和的3.68倍。我国四川、河南等地也有霞石矿藏，但因该矿物的硅酸铝钾复盐结构，不能用一般的冶金、物理、化学方法打开利用。自1954年至今的半个多世纪，国内外众多科研机构和相关公司进行过多方开发研究，终因技术不济、经济不过关而未成。直到2011年戴元宁获得的国家专利技术专利《霞石矿的全湿法化工冶金综合利用方法》（专利技术专利号ZL200810058218.7），才使霞石矿得于有效开发利用，现已经过半工业试验，正进行年处理5000-100,000吨的产业化建设。该工艺技术系利用活化剂存在的情况下以硫酸为浸取转化剂、碳铵为沉铝分钾转化剂，制取钾复肥、活性氧化铝和气相白炭黑（气相二氧化硅）。将巨额化工废渣磷石膏硫酸钙中的硫酸根“嫁接”利用于霞石矿的钾、铝开发，对于提高磷石膏渣和难选冶矿霞石的经济效益和社会效益，有着明显的进步意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种将磷石膏与霞石矿有效组合综合处理利用方法，它可以将占磷石膏中~60%的硫酸根通过复分解反应“嫁接”在霞石矿的钾和铝上，形成可溶性硫酸钾和硫酸铝，再转化产出钾复肥和活性氧化铝。浸出渣为比磷石膏更有价值的硅酸钙，是制陶瓷、耐火材料、保温材料的极佳原料，也是人工植骨、植牙的极好活性材料。还可二次开发制高价值气相白炭黑（气相二氧化硅）。整个工艺无废气、废渣、废水排放。解决本专利技术的技术问题所采用的方案是：将磷石膏和霞石矿分别粉碎磨细到一定粒度；按霞石矿中所含钾、铝的质量百分比，及其与所需与复分解反应磷石膏中的硫酸钙，按相应模数进行配比；混均后在一定温度下进行焙烧转化。烧成物以水为溶剂进行增温压煮，溶出硫酸钾和硫酸铝；固相渣为硅酸钙。2KAl(SiO3)2+4CaSO4·2H2O=K2SO4+Al2(SO4)3+4CaSiO3↓+2H2O霞石磷石膏硫酸钾硫酸铝硅酸钙液固分离后得到硫酸钾和硫酸铝混合溶液，固相渣硅酸钙售送做陶瓷、保温材料、耐火材料及医药活性材料的原料。溶相中加入碳酸氢铵沉淀铝为碱式碳酸铝，母液为硫酸钾和硫酸铵复合钾、氮复肥；3Al2(SO4)3+18NH4HCO3=2Al3(OH)3(CO3)3↓+9(NH4)2SO4+12CO2↑+6H2O液固分离后，碱式碳酸铝干燥焙解制活性氧化铝产品：Al3(OH)3(CO3)33Al2O3+6CO2↑+3H2O母液硫酸钾和硫酸铵的混合溶液加热浓缩后以磷矿粉或普钙、重钙吸收转化制得钾、氮、磷复肥产品。本专利技术的实现步骤如下：1、磷石膏中的硫酸钙与霞石中硅酸铝钾的复分解反应：⑴、矿物碎细：磷石膏在球磨机中磨细至-200目≧95wt%霞石矿在鄂式破碎机中破碎公分石，再经2球磨机磨细至-200目≧95wt%。⑵、物料配混：按霞石所含钾、铝的质量百分比及其所需与复分解反应磷石膏中硫酸根按1:1.2-1.3的模数进行配比，在混料机中混合均匀。⑶、焙烧反应：将上述混均后的物料在反射炉中加热至800-900℃，多次搅拌焙烧2-3h进行复分解反应。（间隔10-20min翻动一次物料）。2、反应物料的增温压煮溶浸硫酸钾和硫酸铝：⑴、在衬不锈钢的增压夹套加热反应釜中对反应物料进行加压增温蒸煮：水为溶剂，液固比为水：反应物料=2.5-3:1反应温度：210-230℃搅拌速度：60n/min反应时间：达到反应温度下1.5-2h⑵、反应完成后，在防腐板框压滤机（橡胶或聚丙烯）中进行液固分离和洗涤：溶液送沉铝分钾工序，洗水送蒸煮工序作配水，固渣送售陶瓷、防火材料、保温材料及医用活性材料原料。3、钾、铝混合溶液的碳化沉铝进行钾铝分离：将混合液送入不锈钢夹套加热反应釜中进行沉铝反应，以pH控制碳酸氢铵加入量：反应温度：30-60℃搅拌速度：60n/min反应完成时的pH值：5.0-5.5反应完成后，用抽滤床进行过滤洗涤，离心机甩干脱水，并以去离子水洗至分析不出SO4+2为限，固相为碱式碳酸铝，送干燥、焙解制活性氧化铝，液相为硫酸铵与硫酸钾混合溶液，送制钾、氮、磷复肥。洗水送蒸煮工序作配水。4、活性氧化铝产品的制备：步骤3得到的碱式碳酸铝，在闪蒸干燥机中150-300℃下进行干燥，再进入旋式自动焙解炉中500-600℃下进行焙解，脱弃水分和二氧化碳，制得活性氧化铝产品。5、钾、氮、磷复合肥的制备：步骤3得到的硫酸钾与硫酸铵混合溶液，经浓缩到一定程度，用磷矿粉或普钙或重钙吸收混均后，熟化、翻堆、干燥制得钾、氮、磷及多种微量元素复合肥料产品。（根据产品钾、氮、磷含量比例的要求，选择硫酸钾与硫酸铵混合液的浓缩程度及选用磷矿粉、普钙、重钙中的哪一种作为吸收转化剂。例如：若复合肥含K:N:P=10:10:10,浓缩可稀一些，以磷矿粉作吸收转化剂；K:N:P=15:15:15,则可浓缩适度，可用普钙作吸收转化剂；K:N:P=20:20:20,则可浓缩浓度高，用重钙作吸收转化剂等等）。6、硅酸钙渣的产品化利用：步骤2分离洗涤为中性的硅酸钙渣，为-200目≧95wt%的高纯硅酸钙渣，可直接作为陶瓷、耐火材料、保温材料及医药活性材料等工业原料出售。也可用专利技术专利《霞石矿的全湿法化工冶金综合利用方法》活化气化其中的硅进一步生产高价值的气相白炭黑（气相二氧化硅）产品。本专利技术的有益效果是1、解决了当今难于利用的化工生产中最大的废渣——磷石膏的变废为宝、变害为利的问题。解决了严重污染的社会化问题。2、将占磷石膏~60%的硫酸根、硫资源有效利用到霞石矿的综合开发利用中，不但提高了磷石膏的利用价值，又降低了霞石矿综合开发利用的原以硫酸为原料的成本。3、该项目产出了三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联合处理磷石膏和霞石矿，制取活性氧化铝﹑钾复肥和硅酸钙的化工冶金综合利用方法。其特点在于：根据化工冶金的加盐焙烧及复分解反应原理，将磷石膏与霞石矿磨细混匀焙烧；烧成物以水为浸取剂进行加压增温、蒸煮浸出，使复分解反应生成的硫酸铝和硫酸钾进入溶液；浸取得到的硫酸铝和硫酸钾溶液，用碳酸氢铵作沉铝剂，与混合液反应，得到碱式碳酸铝沉淀﹑干燥﹑焙解制得活性氧化铝产品；分离出来的硫酸钾和硫酸铵母液经浓缩后，以含磷材料（磷矿粉﹑普钙﹑重钙）吸收﹑熟化﹑翻堆﹑干燥后制得氮﹑磷﹑钾复合肥料。复分解反应后的蒸煮渣洗涤至中性为硅酸钙产品。或二次转化开发为高价值的气相白炭黑。

【技术特征摘要】
1.一种联合处理磷石膏和霞石矿，制取活性氧化铝﹑钾复肥和硅酸钙的化工冶金综合利用方法。其特点在于：根据化工冶金的加盐焙烧及复分解反应原理，将磷石膏与霞石矿磨细混匀焙烧；烧成物以水为浸取剂进行加压增温、蒸煮浸出，使复分解反应生成的硫酸铝和硫酸钾进入溶液；浸取得到的硫酸铝和硫酸钾溶液，用碳酸氢铵作沉铝剂，与混合液反应，得到碱式碳酸铝沉淀﹑干燥﹑焙解制得活性氧化铝产品；分离出来的硫酸钾和硫酸铵母液经浓缩后，以含磷材料（磷矿粉﹑普钙﹑重钙）吸收﹑熟化﹑翻堆﹑干燥后制得氮﹑磷﹑钾复合肥料。复分解反应后的蒸煮渣洗涤至中性为硅酸钙产品。或二次转化开发为高价值的气相白炭黑。2.根据权利要求1所述的联合处理磷石膏和霞石矿，制取活性氧化铝﹑钾复肥和硅酸钙的化工冶金综合利用方法，其特点在于：将磷石膏和霞石矿粉碎磨细至～200目≥95wt%，按霞石中所含铝和钾量，复分解反应所需磷石膏中硫酸根的模数的1：1.2～1.3倍进行磷石膏的配混，并在800～900℃的温度下进行2～3h的焙烧，其间每隔10～20min翻动一次物料。3.根据权利要求1所述的联合处理磷石膏和霞石矿，制取活性氧化铝﹑钾复肥和硅酸钙的化工冶金综合利用方法，其特点在于：焙烧物料（熟料）冷至常温后，在不锈钢增压夹套反应釜中，以水作溶剂，加压增温、蒸煮浸出转化好的硫酸铝和硫酸钾，液固比为：水：熟料=2.5～3：1，反应温度210～230℃，搅拌速度60n/min反应时间1.5～2h。反应完成后，在橡胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴元宁，
申请(专利权)人：戴元宁，
类型：发明
国别省市：云南,53