一種利用廢渣磷石膏製備矽灰石和硫酸的方法
2023-10-09 22:43:19
專利名稱：一種利用廢渣磷石膏製備矽灰石和硫酸的方法
技術領域：
本發明屬於廢渣處理及利用技術領域，具體涉及一種利用廢渣磷石膏製備矽灰石和硫酸的方法。
背景技術：
磷石膏是磷酸生產過程中的副產品，主要成分是二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O，在煅燒過程中首先脫水變為CaSO4)，並含有少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、P2O5和氟化物等雜質。據統計，生產1噸磷酸要消耗2噸硫酸，產生5噸磷石膏廢渣。由於磷石膏堆放需要大量場地且其具有一定的放射性，對環境造成汙染，各國對磷石膏的處理技術尤為關注。
矽灰石是偏矽酸鈣礦物，化學式為CaSiO3，天然產出的矽灰石通常呈針狀、放射狀、纖維集合體。由於其無毒、低吸油性、低吸水性、高的熱穩定性和化學穩定性，良好的介電性能，白度高等性質，被廣泛應用於建築陶瓷、塗料、橡膠、化工等生產部門。
目前，工業所用矽灰石主要來源於天然，而天然矽灰石成分複雜，伴生雜質礦物多，因此，人工合成矽灰石技術研究日益受到人們的關注。
硫酸主要用來生產肥料、燃料、發煙劑、炸藥等，並且廣泛使用於石油、冶金、金屬加工、紡織和其他工業部門。
發明內容
本發明的目的在於提供一種利用廢渣磷石膏製備矽灰石和硫酸的方法，該方法低成本的合成了矽灰石及硫酸，且方法簡單。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是一種利用廢渣磷石膏製備矽灰石和硫酸的方法，其特徵在於它包括如下步驟1)首先分析廢渣磷石膏中CaO、SiO2的質量含量，並通過CaO的質量含量計算得到CaSO4·2H2O含量(計算方法為CaSO4·2H2O％＝3.07CaO％)，然後向廢渣磷石膏中加入石英粉和還原劑炭粉，混合攪拌1h得配合料；其中，石英粉的加入量是使配合料中CaO∶SiO2的摩爾比為1∶1(計算實際所加石英粉時應除去磷石膏本身含有的SiO2)，炭粉的加入量按反應方程式2CaSO4+C＝2CaO+2SO2+CO2(1)的化學反應計量加入還原劑炭粉(加入還原劑炭粉是為了使磷石膏分解的較充分)；2)配合料的煅燒以10℃/min的升溫速度升溫至1200℃，在此溫度下保溫2.5小時，冷卻至室溫，得矽灰石；並對煅燒過程中(磷石膏分解)產生的二氧化硫進行收集得二氧化硫；1200℃高溫下合成矽灰石的反應方程式如下SiO2+CaO＝CaSiO3(2)；
3)對步驟2)得到的二氧化硫進行精製，除去其中的水分及雜質氣體(主要是二氧化碳)，氣態的二氧化硫通過催化劑時被空氣中的氧氣所氧化，生成三氧化硫，其反應方程式如下SO2+1/2O2＝SO3(3)；所生成的三氧化硫溶解於水中，即得硫酸SO3+H2O＝H2SO4(4)。
所用石英粉為工業級，要求純度SiO2＞95％，細度大於200目。
步驟2)所得矽灰石是高溫型假矽灰石，即β-CaSiO3。
步驟3)所用催化劑為五氧化二釩(V2O5)。
磷石膏屬工業廢渣，其本身含有SiO2、Al2O3等多種雜質，本發明主要過程是利用磷石膏分解產生的CaO，外加部分SiO2，在高溫下通過固相反應合成矽灰石；同時將磷石膏分解產生的SO2進行收集、淨化，並通過催化反應轉化為SO3，進而轉化為硫酸。從而將磷石膏的分解與矽灰石的合成過程合二為一，低成本的合成了矽灰石及硫酸；且方法較簡單。
本發明利用工業廢渣磷石膏製得矽灰石和硫酸，不僅解決了磷石膏帶來的一系列問題，並且能夠得到較高利用價值的矽灰石和硫酸。
圖1為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式
為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。
實施例1採用雲南某磷肥廠產生的廢渣磷石膏，化學組成見表1，石英粉為工業級，還原劑採用炭粉。
表1(質量分數)
注計算得到二水硫酸鈣含量為88.97％。
如圖1所示，矽灰石的製備過程為1)原料的配比。按照表1所列數據，一噸磷石膏中CaO質量為0.2898噸，按照摩爾比1∶1需要石英粉0.3105噸，由於一噸磷石膏本身含有SiO20.1151噸，因此需外加石英粉0.1594噸。同時，根據化學反應方程式(1)進行計算，需要還原劑炭粉的量為0.026噸。按照此數據進行計量。2)原料的混合。將計量好的磷石膏、石英粉及炭粉進行混合得配合料。混合時間為1h。3)配合料的煅燒。以10℃/min的升溫速度升溫至1200℃，在此溫度下保溫2.5小時，冷卻至室溫，得矽灰石。
按照反應方程式(2)進行計算得假矽灰石0.6噸。
硫酸製備工藝過程為1)製備二氧化硫氣體，對磷石膏分解產生的二氧化硫進行收集。2)精製二氧化硫以除去其中的水分及雜質氣體(主要是二氧化碳)。3)氣態的二氧化硫通過催化劑時被空氣中的氧氣所氧化，生成三氧化硫，所用催化劑為五氧化二釩。4)三氧化硫溶解於水中，即得硫酸。
按照反應方程式(1)(3)(4)進行計算得硫酸0.5071噸實施例2採用某化工廠產生的磷石膏，其主要化學成分(質量百分數)為SiO25.86％，CaO 30.22％，SO341.99％；計算得到CaSO4·2H2O的含量為92.78％。石英粉為工業級，還原劑採用炭粉。
如圖1所示，矽灰石的製備過程為1)原料的配比。按照上述數據，一噸磷石膏中CaO質量為0.3022噸，按照摩爾比1∶1需要石英粉0.3238噸，由於一噸磷石膏本身含有SiO20.0586噸，因此需外加石英粉0.2652噸。同時，根據化學反應方程式(1)進行計算，需要還原劑炭粉的量為0.0324噸。按照此數據進行計量。2)原料的混合。將計量好的磷石膏、石英粉及炭粉進行混合得配合料。混合時間為1h。3)配合料的煅燒。以10℃/min的升溫速度升溫至1200℃，在此溫度下保溫2.5小時，冷卻至室溫，得矽灰石。
按照反應方程式(2)進行計算得假矽灰石0.626噸。
硫酸製備工藝過程為1)製備二氧化硫氣體，對磷石膏分解產生的二氧化硫進行收集。2)精製二氧化硫以除去其中的水分及雜質氣體(主要是二氧化碳)。3)氣態的二氧化硫通過催化劑時被空氣中的氧氣所氧化，生成三氧化硫，所用催化劑為五氧化二釩。4)三氧化硫溶解於水中，即得硫酸。
按照反應方程式(1)(3)(4)進行計算得硫酸0.5289噸。
權利要求
1.一種利用廢渣磷石膏製備矽灰石和硫酸的方法，其特徵在於它包括如下步驟1)首先分析廢渣磷石膏中CaO、SiO2的質量含量，並通過CaO的質量含量計算出CaSO4·2H2O的含量，然後向廢渣磷石膏中加入石英粉和還原劑炭粉，混合攪拌得配合料；其中，石英粉的加入量是使配合料中CaO∶SiO2的摩爾比為1∶1，炭粉的加入量按反應方程式2CaSO4+C＝2CaO+2SO2+CO2(1)的化學反應計量加入還原劑炭粉；2)配合料的煅燒以10℃/min的升溫速度升溫至1200℃，在此溫度下保溫2.5小時，冷卻至室溫，得矽灰石；並對煅燒過程中產生的二氧化硫進行收集得二氧化硫；3)對步驟2)得到的二氧化硫進行精製，除去其中的水分及雜質氣體，氣態的二氧化硫通過催化劑時被空氣中的氧氣所氧化，生成三氧化硫；所生成的三氧化硫溶解於水中，即得硫酸。
2.根據權利要求1所述的一種利用廢渣磷石膏製備矽灰石和硫酸的方法，其特徵在於所用石英粉為工業級，純度SiO2＞95％，細度大於200目。
3.根據權利要求1所述的一種利用廢渣磷石膏製備矽灰石和硫酸的方法，其特徵在於步驟3)所用催化劑為五氧化二釩。
全文摘要
本發明涉及一種利用廢渣磷石膏製備矽灰石和硫酸的方法。一種利用廢渣磷石膏製備矽灰石和硫酸的方法，其特徵在於主要過程是利用磷石膏分解產生的CaO，外加部分SiO
文檔編號C01B17/69GK101041439SQ200710051599
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月1日 優先權日2007年3月1日
發明者姜洪義, 王豔豔 申請人:武漢理工大學