一種分解磷石膏制備硅鈣質多孔陶粒和硫酸的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于磷石膏處理技術領域。具體涉及一種分解磷石膏制備硅鈣質多孔陶粒和硫酸的方法。
【背景技術】
[0002]磷石膏是我國磷肥產業主要的固體廢棄物，其主要成分是二水石膏(CaS042H20)和半水石膏(CaS040.5H20)。據不完全統計，我國磷石膏年排放總量超過5500萬噸(干基計)，累計堆存量逾2.5億噸。隨著我國高濃度磷肥的發展，磷石膏的排放量將會越來越大，不僅造成了嚴重的環境污染，也成為磷化工行業可持續發展面臨的重大問題。故對磷石膏的有效處理更是刻不容緩。
[0003]充分利用磷石膏中富含的S資源制備硫酸被認為是當前最具前景的處理方法，不僅可以緩解我國硫資源短缺的局面，并可起到資源循環再利用的效果。但對于該方法而言，仍然存在兩個技術關鍵:一是制酸反應的還原劑和催化劑的選擇；二是對于制硫酸反應尾渣的高附加值利用技術。目前已報道的還原劑主要包括焦炭、還原性氣體(如CH4、C0、H2)、硫磺等，但都存在分解能耗高、效率低和成本高的問題。已報道的催化劑主要包括Fe203和A1203等，其可一定程度降低磷石膏分解制硫酸過程的能耗，但Fe和A1等雜質的引入會使窯爐結皮堵塞進而導致生產停滯。對于尾渣的高附加值利用技術，工業上主要是采用焦炭還原磷石膏制硫酸聯產水泥工藝，但水泥行業面臨的產能嚴重過剩問題，極大地阻礙了該項技術的大面積推廣。
[0004]也有專利技術(CN201110097225.X、CN201410095622.7)提出，采用生物質原料、炭化稻殼作為還原劑分解磷石膏制硫酸，但上述技術均未高附加值利用制硫酸殘留的尾渣，存在尾渣利用率低的問題。且關于利用磷石膏生產硫酸的尾渣制備硅鈣質多孔陶粒的技術還未見報道。
【發明內容】
[0005]本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種分解磷石膏制備硅鈣質多孔陶粒和硫酸的方法，該方法生產成本低、能耗小和硫轉化率高，制備硫酸的同時能高效利用其尾渣制備硅鈣質多孔陶粒；所制備的硅鈣質多孔陶粒體積密度小、筒壓強度高。
[0006]為實現上述目的，本發明采用的技術方案的具體步驟是:
步驟一、先以60~90wt%的磷石膏和10~40wt%的炭化稻殼為原料，混合均勾，制得混合細粉。
[0007]步驟二、將0.2-1.0份質量的減水劑、40~60份質量的水和100份質量的所述混合細粉攪拌均勻，制得泥料；然后向所述泥料中加入0.5-1.0份質量的發泡劑所制成的泡沫和1.0-4.0份質量的結合劑，攪拌均勻，制得泡沫泥漿。
[0008]步驟三、將50~200份質量的所述混合細粉加入糖衣機中，再加入步驟二所制得的泡沫泥楽，調節糖衣機轉速為40~50r/min，濕法造粒，制得多孔預制粒。
[0009]步驟四、將所述多孔預制粒在100~120°C條件下烘烤6~12h，然后在氮氣氣氛和800~1000°C條件下進行催化分解反應，制得硅鈣質多孔陶粒和二氧化硫氣體；所制得的二氧化硫經氧化和吸收即得硫酸。
[0010]所述減水劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉中的一種以上。
[0011]所述結合劑為硅酸鈉、磷酸二氫鋁、硅溶膠、鋁溶膠、硼酸、三氧化二硼中的一種。
[0012]由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下優點:
(1)由于本發明采用的還原劑為炭化稻殼，炭化稻殼為農業廢棄物稻殼經輕燒而得，來源廣泛、成本低廉，故本發明具有較低的生產成本。
[0013](2)由于本發明采用的炭化稻殼為天然多孔結構，具有較大的比表面積，可有效增加炭化稻殼與磷石膏之間的接觸面，從而降低反應溫度，減少能耗；此外，本發明所采用的炭化稻殼的主要化學成分為C和Si02，C可作為分解磷石膏的還原劑，而Si02可作為分解磷石膏的高效催化劑，能進一步降低磷石膏分解的反應溫度，提高了磷石膏中硫的轉化率，硫的轉化率為70~80wt%。故本發明能耗小和硫轉化率高。
[0014](3)本發明首先采用炭化稻殼和磷石膏制備多孔預制粒，將多孔預制粒在氮氣氣氛和800~1000Γ條件下進行催化分解反應，能同時制備硅鈣質多孔陶粒和二氧化硫，在生產硫酸的同時能對反應尾渣進行高效利用，所制備的硅鈣質多孔陶粒的體積密度為0.6-1.2g/cm3，筒壓強度為 4.0-10.0MPa。
[0015]因此，本發明生產成本低、能耗小和硫轉化率高，制備硫酸的同時能高效利用其尾渣制備硅鈣質多孔陶粒；制備的硅鈣質多孔陶粒體積密度小和筒壓強度高。
【具體實施方式】
[0016]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。
[0017]實施例1
一種分解磷石膏制備硅鈣質多孔陶粒和硫酸的方法。包括以下步驟:
步驟一、先以60~70wt%的磷石膏和30~40wt%的炭化稻殼為原料，混合均勾，制得混合細粉。
[0018]步驟二、將0.2-0.6份質量的三聚磷酸鈉、50~60份質量的水和100份質量的所述混合細粉攪拌均勻，制得泥料；然后向所述泥料中加入0.7-1.0份質量的發泡劑所制成的泡沫和1.0-2.0份質量的結合劑，攪拌均勻，制得泡沫泥漿。
[0019]步驟三、將50~100份質量的所述混合細粉加入糖衣機中，再加入步驟二所制得的泡沫泥楽，調節糖衣機轉速為40~50r/min，濕法造粒，制得多孔預制粒。
[0020]步驟四、將所述多孔預制粒在100~120°C條件下烘烤6~12h，然后在氮氣氣氛和800~900°C條件下進行催化分解反應，制得硅鈣質多孔陶粒和二氧化硫氣體；所制得的二氧化硫經氧化和吸收即得硫酸。
[0021]本實施例結合劑為硅酸鈉。
[0022]實施例2
一種分解磷石膏制備硅鈣質多孔陶粒和硫酸的方法。本實施例除結合劑為硅溶膠外，其余同實施例1。
[0023]實施例3 一種分解磷石膏制備硅鈣質多孔陶粒和硫酸的方法。本實施例除結合劑為硼酸外，其余同實施例1。
[0024]本實施例1-3中:磷石膏中硫的轉化率為76~80wt% ;所制備的輕質硅鈣磚的體積密度為0.6-0.8g/cm3，筒壓強度為4.0-6.0MPa。
[0025]實施例4
一種分解磷石膏制備硅鈣質多孔陶粒和硫酸的方法。包括以下步驟:
步驟一、先以70~80wt%的磷石膏和20~30wt%的炭化稻殼為原料，混合均勾，制得混合細粉。
[0026]步驟二、將0.4-0.8份質量的六偏磷酸鈉、45~55份質量的水和100份質量的所述混合細粉攪拌均勻，制得泥料；然后向所述泥