磷石膏利用途徑
點擊數:次 2020-11-03 09:36
國內磷石膏的任意堆積排放制約了濕法磷酸、磷肥等行業的可持續發展,故磷石膏的處理與回收利用已經成了迫在眉睫的問題。磷石膏主要應用于農業、工業、建筑領域等幾方面。由于磷石膏成分復雜,結構與天然石膏有所差異,根據磷石膏的特性選擇適合的利用途徑。 [1]
農業
磷石膏中含有磷、鈣、鎂、鐵、硅、硫等農作物生長所需要的營養元素,提供富余的有效磷和有效鈣及作物生長所必需的營養元素,改善農作物生長環境,對農作物的增產有一定效果。磷石膏中主要成分硫酸鈣,同時含有少量磷酸,可以中和堿性土壤和提供營養元素鈣離子。研究表明:磷石膏中的鈣離子可以置換堿性土壤的鈉離子,由鈉-黏土變為鈣-黏土,生成的 Na2SO4 被沖刷走,鈉離子漸漸減少,達到快速脫鹽脫堿的效果。對于生長環境土壤稀松的農作物,磷石膏施用在這種土壤中,可以使土壤疏松,進而提高土壤的種植能力。 [1]
化肥工業
磷石膏在肥料制造上也有一些應用,這成為了綜合利用磷石膏的途徑之一。國內主要利用磷石膏生產硫酸銨、硫酸鉀。磷石膏生產硫酸銨,主要的工藝方法有磷石膏與碳酸銨的復分解反應法和磷石膏與氨、二氧化碳的混合氣反應法。 [1]
1、 磷石膏制備硫酸銨,硫酸銨具有高的氮元素和硫元素,其物理特性穩定,是一種常用的高效肥料。硫酸銨在工業上也可作鹽析劑、印染助劑。工業上利用磷石膏和碳酸銨發生復分解反應制備硫酸銨,其化學反應方程如下: [1]
(NH4)2CO3+CaSO4·2H2O→(NH4)2SO4+CaCO3+2H2O [1]
該反應在 25℃時平衡轉化率可達 99.9%,反應進行的十分徹底。磷石膏制備硫酸銨的工藝關鍵點在于獲得具有優良洗滌性能的碳酸鈣濾餅。因為磷石膏中的雜質會影響碳酸鈣的結晶,所以磷石膏的預處理和最后的結晶控制尤為重要。 [1]
2、磷石膏制備硫酸鉀,利用磷石膏生產硫酸鉀有一步轉化工藝和而二步轉化工藝。一步法是指以磷石膏和氯化鉀經過一次反應制備硫酸鉀肥料,氨為反應催化劑,不參與反應。反應方程如下所示: [1]
2KCl+CaSO4·2H2O→K2SO4+CaCl2+2H2O [1]
一步轉化工藝的優點為流程簡短,缺點是要求反應中氨水濃度很高,通常需要濃度大于 35%,反應條件需要低溫高壓。產物硫酸鉀和氯化鈣的分離處理也是一個需要考慮的問題,溫度、氨水濃度、硫酸鈣用量因素都會影響硫酸鉀的結晶過程,反應條件復雜不易操控,所以已經很少人使用一步轉化工藝。 [1]
二步轉化工藝包括兩個階段,第一步現將通過 NH4HCO3 與磷石膏的反應,反應生成硫酸銨和碳酸鈣;第二步主要是將 CaCO3 和(NH4)2SO4 母液分離,(NH4)2SO4 母液與氯化鉀復分解反應。反應方程下: [1]
2NH4HCO3+Ca SO4·2H2O→(NH4)2SO4+CaCO3↓+CO2↑+H2O [1]
(NH4)2SO4+2KCl→K2SO4+2NH4Cl [1]
以 NH4HCO3 為原料,通過與磷石膏反應制備硫酸鉀,產生的副產物容易處理。產物經洗滌、干燥制成 K2SO4 成品,濾液用于制氮磷鉀復合肥料。磷石膏的轉化率一般可達 90~93%,鉀轉化率可達 3%。 [1]
建筑領域
磷石膏用于生產建筑材料的技術工藝已經比較成熟,在國內外有很好的發展前景,國內外利用磷石膏制備石膏板、粉刷石膏等建筑材料,成為了磷石膏綜合利用的途徑之一。 [1]
1、磷石膏生產水泥緩凝劑,石膏可用作水泥緩凝劑,其緩凝機理:石膏與水泥中的鋁酸三鈣以及鐵鋁酸四鈣發生水化鋁酸鈣反應,生成鈣礬石沉淀,鈣礬石沉淀附著在水泥顆粒表面,阻礙了水泥顆粒與水的接觸,因而減緩水泥熟料的水化速率,達到緩凝目的。磷石膏含有少量的可溶性雜質,如磷、氟、有機質等延長水泥的緩凝時間,降低水泥的強度,所以磷石膏生產水泥緩凝劑需要預處理。采用水洗法、中和法、煅燒法對磷石膏進行預處理,在一定程度上可以除去其中有害雜質。 [1]
2、 磷石膏制備膠凝材料,利用磷石膏制備石膏膠凝材料主要有 α 型半水石膏和 β 型半水石膏。 磷石膏制備膠凝材料主要存在以下問題:(1)膠凝材料成本高,成品價格劣勢;(2)工藝復雜、能耗高、操作不方便、性能不穩定;(3)使用常壓水熱電解質溶液制備 α 半水石膏的原料僅限于天然石膏、脫硫石膏。
農業
磷石膏中含有磷、鈣、鎂、鐵、硅、硫等農作物生長所需要的營養元素,提供富余的有效磷和有效鈣及作物生長所必需的營養元素,改善農作物生長環境,對農作物的增產有一定效果。磷石膏中主要成分硫酸鈣,同時含有少量磷酸,可以中和堿性土壤和提供營養元素鈣離子。研究表明:磷石膏中的鈣離子可以置換堿性土壤的鈉離子,由鈉-黏土變為鈣-黏土,生成的 Na2SO4 被沖刷走,鈉離子漸漸減少,達到快速脫鹽脫堿的效果。對于生長環境土壤稀松的農作物,磷石膏施用在這種土壤中,可以使土壤疏松,進而提高土壤的種植能力。 [1]
化肥工業
磷石膏在肥料制造上也有一些應用,這成為了綜合利用磷石膏的途徑之一。國內主要利用磷石膏生產硫酸銨、硫酸鉀。磷石膏生產硫酸銨,主要的工藝方法有磷石膏與碳酸銨的復分解反應法和磷石膏與氨、二氧化碳的混合氣反應法。 [1]
1、 磷石膏制備硫酸銨,硫酸銨具有高的氮元素和硫元素,其物理特性穩定,是一種常用的高效肥料。硫酸銨在工業上也可作鹽析劑、印染助劑。工業上利用磷石膏和碳酸銨發生復分解反應制備硫酸銨,其化學反應方程如下: [1]
(NH4)2CO3+CaSO4·2H2O→(NH4)2SO4+CaCO3+2H2O [1]
該反應在 25℃時平衡轉化率可達 99.9%,反應進行的十分徹底。磷石膏制備硫酸銨的工藝關鍵點在于獲得具有優良洗滌性能的碳酸鈣濾餅。因為磷石膏中的雜質會影響碳酸鈣的結晶,所以磷石膏的預處理和最后的結晶控制尤為重要。 [1]
2、磷石膏制備硫酸鉀,利用磷石膏生產硫酸鉀有一步轉化工藝和而二步轉化工藝。一步法是指以磷石膏和氯化鉀經過一次反應制備硫酸鉀肥料,氨為反應催化劑,不參與反應。反應方程如下所示: [1]
2KCl+CaSO4·2H2O→K2SO4+CaCl2+2H2O [1]
一步轉化工藝的優點為流程簡短,缺點是要求反應中氨水濃度很高,通常需要濃度大于 35%,反應條件需要低溫高壓。產物硫酸鉀和氯化鈣的分離處理也是一個需要考慮的問題,溫度、氨水濃度、硫酸鈣用量因素都會影響硫酸鉀的結晶過程,反應條件復雜不易操控,所以已經很少人使用一步轉化工藝。 [1]
二步轉化工藝包括兩個階段,第一步現將通過 NH4HCO3 與磷石膏的反應,反應生成硫酸銨和碳酸鈣;第二步主要是將 CaCO3 和(NH4)2SO4 母液分離,(NH4)2SO4 母液與氯化鉀復分解反應。反應方程下: [1]
2NH4HCO3+Ca SO4·2H2O→(NH4)2SO4+CaCO3↓+CO2↑+H2O [1]
(NH4)2SO4+2KCl→K2SO4+2NH4Cl [1]
以 NH4HCO3 為原料,通過與磷石膏反應制備硫酸鉀,產生的副產物容易處理。產物經洗滌、干燥制成 K2SO4 成品,濾液用于制氮磷鉀復合肥料。磷石膏的轉化率一般可達 90~93%,鉀轉化率可達 3%。 [1]
建筑領域
磷石膏用于生產建筑材料的技術工藝已經比較成熟,在國內外有很好的發展前景,國內外利用磷石膏制備石膏板、粉刷石膏等建筑材料,成為了磷石膏綜合利用的途徑之一。 [1]
1、磷石膏生產水泥緩凝劑,石膏可用作水泥緩凝劑,其緩凝機理:石膏與水泥中的鋁酸三鈣以及鐵鋁酸四鈣發生水化鋁酸鈣反應,生成鈣礬石沉淀,鈣礬石沉淀附著在水泥顆粒表面,阻礙了水泥顆粒與水的接觸,因而減緩水泥熟料的水化速率,達到緩凝目的。磷石膏含有少量的可溶性雜質,如磷、氟、有機質等延長水泥的緩凝時間,降低水泥的強度,所以磷石膏生產水泥緩凝劑需要預處理。采用水洗法、中和法、煅燒法對磷石膏進行預處理,在一定程度上可以除去其中有害雜質。 [1]
2、 磷石膏制備膠凝材料,利用磷石膏制備石膏膠凝材料主要有 α 型半水石膏和 β 型半水石膏。 磷石膏制備膠凝材料主要存在以下問題:(1)膠凝材料成本高,成品價格劣勢;(2)工藝復雜、能耗高、操作不方便、性能不穩定;(3)使用常壓水熱電解質溶液制備 α 半水石膏的原料僅限于天然石膏、脫硫石膏。
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