磷石膏一塔化梯级分离除杂提纯工艺的制作方法

1.本发明涉及磷石膏再利用的技术领域，更具地说是涉及磷石膏提纯工艺的技术领域。


背景技术：

2.磷石膏是生产磷肥、磷酸时排放出的固废弃物，每生产1t磷酸约产生4.5-5t磷石膏，其主要成分除二水硫酸钙外还含少量磷酸、氟、硅、镁、铁、铝、有机杂质等。目前，磷石膏的有效利用率较低，大多采用堆放和填埋的方式处理，堆放磷石膏不仅占用了大量土地，而且造成环境污染，因此有必要寻求磷石膏的合理利用途径，以实现磷肥工业的可持续发展和磷石膏的高度利用。
3.从磷石膏中提取部分可用的工业原料，是目前磷石膏再利用的重要方式之一。将磷石膏、水、捕收剂和浮选剂分别按一定比例混合均匀后，泵入浮选柱进行浮选提纯，然而，现有的提纯工艺存在以下几点不足之处：一是，提取工艺路线设计不够合理，使得硅渣及酸不溶物被重复搬运，提取动能增加，加大了浮选时动能的消耗，洗涤物料首次功效未能充分利用；二是，浮选格的结构设计不够合理，现有浮选格设备不仅需要多台且占地面积较大，特别是保护支架重复设立，设备等共用设施投入增加较大，造成设备整体制造成本较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了解决上述之不足而提供一种提纯工艺路线设计合理，生产耗能降低，且所提物料可完全被工业应用的的磷石膏一塔化梯级分离除杂提纯工艺。
5.本发明为了解决上述技术问题而采用的技术解决方案如下：
6.磷石膏一塔化梯级分离除杂提纯工艺，将磷石膏、水、捕收剂和浮选剂分别加入到搅拌桶中稀释并搅拌，首先在旋转和重力的作用下，将硅渣及酸不溶物沉淀在搅拌桶的底部，提取硅渣及酸不溶物并自然虑干；接着采用浮选的方式剥离有机质，该含液比90％以上的有机质从浮选塔顶部溢流出，利用卧螺机脱水至30％，实现有机质的提取；从浮选塔底部排出的即为精选磷石膏，该精选磷石膏用压滤机脱水至12％的附着水，实现磷石膏的提纯；脱除的水集中输送至水处理后回收循环利用。
7.优选的，所述提取硅渣及酸不溶物过程中，在搅拌桶中对磷石膏进行稀释并持续搅拌15-30分钟形成料浆，所述料浆的固液比为3：7，料浆在50-80转/min的搅拌过程中，在旋转和重力的作用下，并通过在搅拌桶底侧壁上设计斜板导流，密度高的硅渣及酸不溶物会慢慢收集到搅拌桶的底部，再通过搅拌桶底部的缓冲腔定量排出，即实现了7-12％的硅渣及酸不溶物杂质的提取。
8.优选的，在剥离有机质过程中，所述搅拌桶中上层的料浆利用料浆泵，泵送入浮选塔内，料浆在喷枪喷口向上的高压充气作用下，在浮选塔内处于悬浮翻滚状态，使得附着在硫酸钙上的有机质、油性杂质及酸不溶细粒物被充分剥离，在悬浮的料浆顶部形成泡沫状物质，该泡沫状物质从浮选塔顶部的溢流口流出，即实现了1.5-3％有机质、油性杂质及酸
不溶细粒物的提取，从浮选塔底部排出的即为精选磷石膏，对该精选磷石膏压滤脱水后送入磷石膏库。
9.优选的，所述浮选塔的塔体为竖直设置且结构相同的第一浮选格、第二浮选格、第三浮选格和第四浮选格组合呈田字形排列的一塔四格结构，其中第一浮选格和第二浮选格构成一次浮选，第三浮选格和第四浮选格构成二次浮选，该塔体的第一浮选格、第二浮选格、第三浮选格和第四浮选格通过中心管柱固定连接在一起，该塔体外侧通过多根管状支撑柱支撑固定，该各管状支撑柱的下部留设有排料口并固定在底座上，该塔体的顶部外圈设置有环形沿边沟槽，该塔体顶部的相邻两浮选格之间设置有与环形沿边沟槽相连通的排浆沟槽，所述管状支撑柱的顶部开口与环形沿边沟槽相连通，通过该管状支撑柱可将环形沿边沟槽内的溢流物排出，所述第一浮选格、第二浮选格、第三浮选格和第四浮选格的底部分别开设有排浆口，该第一浮选格、第二浮选格、第三浮选格和第四浮选格上分别设置有延伸进入各浮选格内的进浆管，该进浆管位于中上部位，其中第一浮选格和第二浮选格的进浆管与第一料浆泵相连通，第三浮选格和第四浮选格的进浆管分别与第一浮选格和第二浮选格底部的排浆口相连通，该第三浮选格和第四浮选格的进浆管上分别安装有第二料浆泵，各浮选格内位于进浆管的上下方分别固定安装有格栅，各浮选格内位于格珊的下方设置有从外侧延伸进入的高压气管，在该高压气管上连通安装有高压气泵。
10.优选的，所述进浆管的出口呈鸭嘴形。
11.优选的，所述构成二次浮选的第三浮选格和第四浮选格位置高于构成一次浮选的第一浮选格和第二浮选格。
12.本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
13.1、本提纯工艺路线设计合理，第一步利用旋转和重力的作用，将硅渣及酸不溶物进行沉淀并提取，减轻了后续工段浮选和洗涤的负担，同时也降低了提纯处理的能源消耗；第二步采用多次浮选的方式将有机质、油性杂质及酸不溶细粒物等黑色杂质进行提取，利于后续所提精选磷石膏白度和纯度的提高；第三步采用压滤的方式将浮选后的精选磷石膏进行脱水成为合格的建筑用材料，工艺简单，提取效率高。
14.2、将多个浮选柱有机组合在一起，形成一塔化结构，不仅占地面积大大缩小，而且还可省去单个浮选格建造时的辅助设施，大大降低了设备的投入成本。
15.3、在前期的搅拌过程中，持续搅拌15-30分钟形成料浆，有利于所加助剂与料浆充分反应完全，可使提纯磷石膏增加白度10-20％，提高纯度8-15％，有机质降低至0.05％以下，可溶性盐降至0.1％以下，产品使用中微生物菌得到有效刹灭。
16.4、在浮选过程中，将剥离并溢流出来的含液比90％以上的有机质，利用卧螺机进行脱水至30％，脱水更加彻底。
17.5、将二次浮选格的顶部高度设置成高于一次浮选格的顶部高度，可有效防止溢流时剥离出来的有机质又返回到二次浮选格内，造成浮选效率的降低。
附图说明
18.图1为本发明工艺流程图；
19.图2为本发明浮选塔的结构示意图；
20.图3为图2的顶部俯视结构示意图。
21.具实施方式
22.由图1、图2和图3所示，磷石膏一塔化梯级分离除杂提纯工艺，将磷石膏、水、捕收剂和浮选剂分别加入到搅拌桶中稀释并搅拌，首先在旋转和重力的作用下，将硅渣及酸不溶物沉淀在搅拌桶的底部，提取硅渣及酸不溶物并自然虑干，具体方法为:在搅拌桶中对磷石膏进行稀释并持续搅拌15-30分钟形成料浆，利于所加助剂与磷石膏进行充分反应，可使提纯磷石膏增加白度10-20％，提高纯度8-15％，有机质降低至0.05％以下，可溶性盐降至0.1％以下，利于后续产品使用中微生物菌得到有效刹灭，所述搅拌桶中料浆的固液比为3：7，料浆在50-80转/min的搅拌过程中，在旋转和重力的作用下，并通过在搅拌桶底侧壁上设计斜板导流，密度高的硅渣及酸不溶物会慢慢收集到搅拌桶的底部，再通过搅拌桶底部的缓冲腔定量排出，即实现了7-12％的硅渣及酸不溶物杂质的提取，减轻了后续工段浮选和洗涤的负荷，排出时通过在搅拌桶底部设置缓冲腔，并进行定量排出，这样不仅可以降低二水硫酸钙与硅渣及酸不溶物一同排除的百分比，而且还可使排出的硅渣及酸不溶物杂质中二氧化硅的纯度提高达到40-60％，为下游开发利用提供了高价值的原料，例如可用于水稻秧苗增效菌剂和混凝土实心砖的生产；
23.接着采用浮选的方式剥离有机质，将含液比90％以上的有机质从浮选塔顶部溢流出，再利用卧螺机脱水至30％，实现有机质的提取，具体方法为：所述搅拌桶中上层的料浆利用料浆泵，泵送入浮选塔内，料浆在喷枪喷口向上的高压充气作用下，在浮选塔内处于悬浮翻滚状态，使得附着在二水硫酸钙上的有机质、油性杂质及酸不溶细粒物等黑色杂质被充分剥离，在悬浮的料浆顶部形成泡沫状物质，该泡沫状物质从浮选塔顶部的溢流口流出，即实现了1.5-3％有机质、油性杂质及酸不溶细粒物的提取；
24.从浮选塔底部排出的即为精选磷石膏，对该精选磷石膏用压滤机脱水至12％的附着水后送入磷石膏库，实现磷石膏的提纯；脱除的水集中输送至水处理后回收循环利用。
25.所述浮选塔的塔体为竖直设置且结构相同的第一浮选格1、第二浮选格2、第三浮选格3和第四浮选格4组合呈田字形排列的一塔四格结构，其中第一浮选格1和第二浮选格2构成一次浮选，第三浮选格3和第四浮选格4构成二次浮选，该塔体的第一浮选格1、第二浮选格2、第三浮选格3和第四浮选格4通过中心管柱5固定连接在一起，该塔体外侧通过多根管状支撑柱6支撑固定，该各管状支撑柱6的下部留设有排料口7并固定在底座8上，该塔体的顶部外圈设置有环形沿边沟槽9，该塔体顶部的相邻两浮选格之间设置有与环形沿边沟槽9相连通的排浆沟槽10，所述构成二次浮选的第三浮选格3和第四浮选格4位置高于构成一次浮选的第一浮选格1和第二浮选格2，这样可以有效防止一次浮选剥离溢流出来的有机质返回进入到二次浮选的第三浮选格3和第四浮选格4内，所述管状支撑柱6的顶部开口11与环形沿边沟槽9相连通，通过该管状支撑柱6可将环形沿边沟槽9内的溢流物排出，这样的设计1.可节省主设备耗材15％以上：2.可节省辅助支撑爬梯等耗材25％以上：3.可节省用地及厂房达1/3；4.方便操作人员观察，所述第一浮选格1、第二浮选格2、第三浮选格3和第四浮选格4的底部分别开设有排浆口12，该第一浮选格1、第二浮选格2、第三浮选格3和第四浮选格4上分别设置有延伸进入各浮选格内的进浆管13，将进浆管13的出口呈鸭嘴形，有利于将进入浮选格内的料浆均匀铺开，该进浆管13位于中上部位，其中第一浮选格1和第二浮选格2的进浆管13与第一料浆泵14相连通，第三浮选格3和第四浮选格4的进浆管13分别与第一浮选格1和第二浮选格2底部的排浆口12相连通，该第三浮选格3和第四浮选格4的进浆
管13上分别安装有第二料浆泵15，各浮选格内位于进浆管13的上下方分别固定安装有格栅16，各浮选格内位于格珊16的下方设置有从外侧延伸进入的高压气管17，在该高压气管17上连通安装有高压气泵18。
26.采用上述梯级分离除杂提纯工艺提取出来的物质进行检测及后续应用结果如下：
27.特别说明：下述各检测事项均是本技术人的大股东(湖北沃裕新材料科技有限公司)送样检测，且本技术人的法定代表人与湖北沃裕新材料科技有限公司的法定代表人为同一人。湖北沃裕新材料科技有限公司为本项目工艺的出资方，本技术人为具体实施应用方。
28.1、提纯的精选磷石膏制成二水磷石膏粉后的放射性物质检测情况：
29.2020年03月05日将提纯的精选磷石膏送样到上海市建筑科学研究院有限公司，对样品的放射性物质进行检测，报告编号：qt12f-2000003，对镭-226、钍-232、钾-40一级内照射指数(ira)、外照射指数(ir)分别进行了检测，均为合格，并且检测结果大大优于判定值。判定依据是gb 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》，该检测结果充分显示本提纯工艺的梯级分离除杂效果优良。具体报告见证明文件。
30.2、提纯的精选磷石膏制成二水磷石膏粉后微生物的检测情况：
31.2021年1月15-17日间，采用本提纯工艺得到精选磷石膏约390吨，制成二水磷石膏粉，于2021年3月30日提取样品送到广州市微生物研究所，对样品作了试验菌种培养检测，检验依据和方法hg/t 3950-2007抗菌涂料，检测项目为抗霉菌性能，试验菌种：黑曲霉as 3.4463、土曲霉as 3.395、宛氏拟青霉as 3.4253、绳状青霉as 3.3875、出芽短梗霉as 3.3984、球毛壳霉as 3.4254，经过28天，湿度90％rh，温度28℃，检测结果为o级(最高级)，即显微镜放大50倍下观察不见生长，即说明本提纯工艺得到的精选磷石膏其有机质微生物菌类已被洗涤脱除。具体报告见证明文件。
32.3、提取的硅渣及酸不溶物培育出来的水稻育苗增效菌剂的情况：
33.2020年10月22-24日，将采用本工艺提取的含二氧化硅54％的硅渣及酸不溶物，送至中微聚丰科技(北京)有限公司的试验研究基地，在通过原中国农业科学院农业区划和农业资源研究院，微生物专家周法永研究员等亲自试验研究下，采用上述含二氧化硅54％的硅渣及酸不溶物代替原含95％二氧化硅的天然硅矿粉，通过加入2亿的硅酸岩细菌活化，培育水稻育苗增效菌剂，在2021年1月至2月期间，用该水稻育苗增效菌剂，在育秧大棚经过对水稻秧苗的分阶段试验观察分析，结果效果超出预期，充分证实本提纯工艺分离提取的硅渣及酸不溶物优于传统含95％二氧化硅的天然硅矿粉。
34.2021年2月7日，待水稻秧苗生长到4叶一心期，按壮苗素质表现比较，效果表现好的顺序依次为：7号、6号、4号、5号、3号、8号。其中7号、8号为添加本工艺所提取的硅渣及酸不溶物的数据，序号7加添量为30％,对比各项指标数据均好于其它常规产品，序号8加添量为45％，由于试验中添加比例过高，序号8在前期表现良好，在后期出现苗黄和死苗现象。试验说明，本工艺梯级分离除杂提取的硅渣及酸不溶物是可以被充分利用的。
35.分别2次取秧苗进行考种。一次是随意挑选10株，不允许挑选，一只手一次拔够，另一次是在对照和处理盘中，认为最好处挑20株，再挑选最好的10株(棵)，用水管冲净根部泥土，进行下列项目测定，结果见下表：
36.水稻育秧盘上的长势数据
[0037][0038][0039]
4、提取的硅渣及酸不溶物制造混凝土实心砖的检验情况：
[0040]
2020年7月18-21日，采用本提纯工艺分离得到的含二氧化硅56％的硅渣及酸不溶物500kg，石粉、石子料各215kg，425号水泥70kg，加水搅混后，经过振动免烧压砖机，一次成型，晾干后的实心砖，2020年9月14日经过荆门市工业产品质量检验所，按混凝土实心砖标准，一次性检测抗压强度，单块最小值13.2mpa(标准要求≧12.0)、平均值16.2mpa(标准要求≧15.0)，密度等级1950(标准要求1681-2099)，最大吸水8(标准要求≦13)，检验结果均为合格。结果显示采用本提纯工艺分离得到的硅渣及酸不溶物完全可利用于混背凝土实心砖的生产。具体报告见证明文件。