一種磷石膏綜合利用的方法
2023-10-17 06:30:14
專利名稱：一種磷石膏綜合利用的方法
技術領域：
本發明涉及廢棄物的綜合利用，尤其是磷石膏的綜合利用方法。
背景技術：
磷石膏是磷酸廠、磷肥廠及某些合成洗滌劑廠排出的工業廢渣。排放數量巨大(例如磷酸廠每生產一噸磷酸要排放4.5噸磷石膏)，往往堆積如山，對生態環境造成嚴重汙染。為了節省資源，改善生態環境，各國在磷石膏廢物資源化利用方面進行了不懈的研究。其利用主要集中在水泥建材方面，也有用來生產硫酸銨的，改良鹽鹼地土壤的，近來也還有利用磷石膏做肥料的專利報導(申請號88107910.3，01139524.9)。磷石膏廢物資源化利用較成功的當數被稱之為「三、四、六工程」的聯產三萬噸磷銨、四萬噸硫酸、六萬噸複合水泥技術，但經多年實踐證明，仍然存在諸多問題，致使磷石膏的綜合利用至今仍然是一個很大的難題，也是目前和今後相當長時間內研究的熱點。其中，用於層狀矽酸鹽的研究開發，以製備治沙材料具有十分重要的意義。
對於層狀矽酸鹽的研究開發，國內外已有許多報導。被稱之為天然納米材料具有2∶1結構的蒙脫土，多採用有機化處理的方式使其具有納米尺度的結構片層層間距增大，而為在進一步與基體材料(如聚合物)共混時在外力的作用下片層剝離並分散在基體材料中，最終製備成層狀矽酸鹽/聚合物納米複合材料並具有優異的性能。這是最近幾年對層狀矽酸鹽最具技術含量的研究開發。另外近年來也對利用層狀矽酸鹽製備柱撐型層狀矽酸鹽複合材料進行了研究。柱撐蒙脫石作為一種新型多孔材料，在催化劑及催化劑載體、環保材料(選擇吸附劑)、離子交換劑、導電材料、生物材料、貯藏材料和納米級複合材料等領域顯示出廣闊的應用潛力。用作肥料載體則具有吸肥、固肥、緩釋的作用(CN1470486，CN1298853)，用作沙化土地的改良，其效果也非常顯著(CN1487053)。然而這種柱撐型層狀矽酸鹽(柱撐蒙脫石)依然是2∶1的層狀結構，柱撐離子的引入只是撐大了層間距，多孔化和比表面積的提高是有限的。
發明內容
本發明的目的在於尋找一種有效利用磷石膏的新方法。
本發明的目的還在於找到一種可以將2∶1結構的層狀矽酸鹽轉變為1∶1的高嶺土結構的方法，從而大幅度的提高材料的多孔化率及比表面積。
本發明的另一目的就是提供一種由本發明方法製備的全天然生態治沙新材料。
本發明磷石膏綜合利用新方法，包括以下步驟(1)將磷石膏(80目)製成固液比1∶2的料漿，加入無機酸，控制溶液的PH為1.2～2，在90～95℃攪拌混合1～1.5小時進行予處理；(2)待予處理過的磷石膏料漿溫度降至80℃以下後，加入固液比為1∶2的層狀矽酸鹽(80目)料漿，層狀矽酸鹽乾重為磷石膏乾重的3～5倍，控制PH為1.2～2，攪拌反應10～20分鐘，然後加入相當於層狀矽酸鹽乾重40％～60％的廄化處理的秸稈粉(20目)，控制PH＜3，溫度60～70℃，攪拌反應20～30分鐘，加入銨鹽，調整PH為5～6，繼續攪拌反應20分鐘，再次加入相當於層狀矽酸鹽乾重15％～25％的廄化處理的秸稈粉(20目)，保持溫度60～70℃，繼續攪拌反應10分鐘出料，最後加入低品位磷礦石粉(80目)或廄化處理的秸稈粉(20目)至可以堆積狀，混勻，堆積熟化15～20天即成。
所述無機酸是硫酸、磷酸、正矽酸其中一種或一種以上混合酸、或者是磷肥生產前期氟磷酸鈣礦漿經酸解後產生的混合酸；所述層狀矽酸鹽是鈉基蒙脫土或鈣基蒙脫土；所述銨鹽是碳酸銨或者碳酸氫銨；本發明利用磷石膏晶粒的「晶核」作用，在有機酸(如經快腐技術處理的秸稈而轉化成的腐殖酸)的輔助作用下，將2∶1型層狀矽酸鹽結構轉變為1∶1型高嶺土結構的多孔層狀矽酸鹽，層間形成剛性柱撐，多孔化大幅度提高了比表面積，可以嵌套更多的水分和營養基，從而製備出具有保水、蓄肥、緩釋同時還具有改善土壤結構功能的全天然生態治沙新材料。
2∶1型層狀矽酸鹽礦物，其結構單元層是由二層矽氧四面體夾一層鋁氧八面體層，二者之間靠共用氧原子連接，要轉化成高嶺石的1∶1型結構，涉及到晶型結構的轉換和重建問題。
2∶1型層狀矽酸鹽片層內表面吸附有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等陽離子，在有機酸參與的酸性環境中，有機酸首先與這些層間陽離子發生絡合作用，將其從層間帶出，然後H2O、H+和-COOH等離子進入層間，在這些離子的作用下，頂層Si-O四面體與Al-O八面體相連的Al-O-Si鍵破裂，形成Al-O-H鍵，同時伴隨著多餘矽的淋濾溶出，在其結構層中形成高嶺石晶疇。高嶺石晶疇的形成與增長是該過程能否繼續進行的關鍵。化學和化工合成反應過程中，常加入「晶核」來加速物質結晶過程。在蒙脫石和雲母轉變成高嶺石過程中，石膏微晶體的存在相當於「晶核」的作用，從而使礦物的結構轉變易於進行。一般情況下，在長石(同樣具有2∶1型結構)溶解形成高嶺石的過程中，長石完全被溶解，然後在新的溶解物質上結晶形成高嶺石，這一過程可看成無「晶核」參與的結晶過程，因而比較緩慢。在工藝流程中人為的加入磷石膏晶粒可起到「晶核」的作用，加速轉變進程。隨著反應的持續進行，被溶出的陽離子不斷流失，高嶺石晶疇不斷增大，最終2∶1型結構層被1∶1型的高嶺石結構層所代替。因此，在2∶1型層狀矽酸鹽礦物向高嶺石轉化的過程中，同時伴隨著局部晶層的溶解和新結構層的形成。有機酸的參與則加速了這種過程，磷石膏的加入是初級「晶疇」加速形成的核心。
2∶1型結構層轉變為1∶1型結構層，使層間結合力減弱，而「晶疇」的形成，使層間有了剛性柱撐，從而最終使原始加入的層狀矽酸鹽多孔化，大大增加了比表面積，具備了很強的吸附作用，造就了「容量大大增加」，使嵌入大量水分、養分以及吸附沙塵微粒成為可能；剛性柱撐不易塌陷使其具有保水、蓄肥的同時還有緩釋作用；施入沙化土地使結構相同(2∶1型結構)的沙粒重複以上的轉型過程，起到沙土結構良性逆轉的作用。多重功能的同時發揮，給適生植物的初期成長以足夠的水、肥條件；吸附沙塵微粒有效的改善了植物生長的局部環境；沙化土地結構良性逆轉為植物生長、植被的形成與穩定成長提供了可靠的保證。
用本發明方法將汙染嚴重的工業廢渣磷石膏製成了生態綜合治沙新材料，既維護了生態環境，又獲得了性能優良的治沙新材料，其經濟效益和社會效益十分顯著。製備的生態綜合治沙新材料對萬畝以上面積，三處以上沙化土地進行了治理，無論是近期效果還是長期效果都相當令人滿意，達到了標本兼治從根本上遏制沙化的最終目的。
實施例將磷石膏(80目)製成固液比1∶2的料漿，加入硫酸，控制溶液的PH為1.5左右，在90～95℃攪拌混合1小時20分鐘進行予處理；待予處理過的磷石膏料漿溫度降至80℃以下後，加入固液比為1∶2的鈉基蒙脫土(80目)料漿，鈉基蒙脫土乾重為磷石膏乾重的4倍，控制PH為1.5左右，攪拌反應20分鐘，然後加入相當於鈉基蒙脫土乾重50％的廄化處理的秸稈粉(20目)，控制PH＜3，溫度60～70℃，攪拌反應25分鐘，加入碳酸銨，調整PH為5～6，繼續攪拌反應20分鐘，再次加入相當於層狀矽酸鹽乾重20％的廄化處理的秸稈粉(20目)，保持溫度60～70℃，繼續攪拌反應10分鐘出料，最後加入低品位磷礦石粉(80目)至可以堆積狀，混勻，堆積熟化20天即成。
權利要求
1.一種磷石膏綜合利用的方法，其特徵在於包括以下步驟(1)將磷石膏(80目)製成固液比1∶2的料漿，加入無機酸，控制溶液的PH為1.2～2，在90～95℃攪拌混合1～1.5小時進行予處理；(2)待予處理過的磷石膏料漿溫度降至80℃以下後，加入固液比為1∶2的層狀矽酸鹽(80目)料漿，層狀矽酸鹽乾重為磷石膏乾重的3～5倍，控制PH為1.2～2，攪拌反應10～20分鐘，然後加入相當於層狀矽酸鹽乾重40％～60％的廄化處理的秸稈粉(20目)，控制PH＜3，溫度60～70℃，攪拌反應20～30分鐘，加入銨鹽，調整PH為5～6，繼續攪拌反應20分鐘，再次加入相當於層狀矽酸鹽乾重15％～25％的廄化處理的秸稈粉(20目)，保持溫度60～70℃，繼續攪拌反應10分鐘出料，最後加入低品位磷礦石粉(80目)或廄化處理的秸稈粉(20目)至可以堆積狀，混勻，堆積熟化15～20天即成。
2.根據權利要求1所述的磷石膏綜合利用新方法，其特徵在於所述無機酸是硫酸、磷酸、正矽酸其中一種或一種以上混合酸、或者是磷肥生產前期氟磷酸鈣礦漿經酸解後產生的混合酸。
3.根據權利要求1所述的磷石膏綜合利用新方法，其特徵在於所述層狀矽酸鹽是鈉基蒙脫土或鈣基蒙脫土。
4.根據權利要求1所述的磷石膏綜合利用新方法，其特徵在於所述銨鹽是碳酸銨或者碳酸氫銨。
全文摘要
本發明利用工業廢渣磷石膏晶粒的「晶核」作用，在有機酸(如經快腐技術處理的秸稈而轉化成的腐殖酸)的輔助作用下，將2∶1型層狀矽酸鹽結構(蒙脫石)轉變為1∶1型高嶺土結構的多孔層狀矽酸鹽，層間形成剛性柱撐，多孔化大幅度提高了比表面積，可以嵌套更多的水分和營養基，從而製備出具有保水、蓄肥、緩釋同時還具有改善土壤結構功能的全天然生態治沙新材料。對萬畝以上面積，三處以上沙化土地進行了治理，無論是近期效果還是長期效果都相當令人滿意，達到了標本兼治從根本上遏制沙化的最終目的。用本發明方法將汙染嚴重的工業廢渣磷石膏製成了生態綜合治沙新材料，既維護了生態環境，又獲得了性能優良的治沙新材料，其經濟效益和社會效益十分顯著，應用前景非常廣闊。
文檔編號C05F17/00GK1724479SQ200510021180
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月28日 優先權日2005年6月28日
發明者梁玉祥, 薛合倫, 賴中元, 石常青 申請人:成都正光生態科技有限公司