堿性尾礦應用于磷石膏無害化處理的實驗構想

梁靜 徐鐵兵 任鋼 劉慶輝

（河北省環境科學研究院 河北石家莊 050037）

磷石膏(CaSO4·2H2O)是生產磷肥、磷酸時排放出的固體廢棄物。隨著高濃度磷復肥、磷酸和洗滌劑工業的迅速發展，磷石膏廢渣急劇增加（每生產1t磷酸約排放5t磷石膏）。目前，世界磷石膏年排放量達2.8×108t，我國也已超過5000×104t，占工業副產石膏的70%以上[1-2]。

表1 我們部分磷肥企業磷石膏年排放量[2]

目前世界上磷石膏的處置方法主要有海洋排放、堆存和綜合利用幾種方式。全世界磷石膏的平均利用率僅為4.5%，中國的利用率不到10%，堆存仍是目前磷石膏的主要處置方式。設置堆場，不僅占地多、投資大、堆渣費用高，而且對堆場的地質條件要求高，磷石膏長期堆積還會引起地表水及地下水的污染，開辟磷石膏更有價值的綜合利用途徑已迫在眉睫[3-4]。但是我國磷石膏的綜合利用在發展中面臨著開發利用處理過程復雜、投資較大、后延產品附加值低、利潤微薄等問題[5-7]。而這些問題的解決也非一朝一夕能夠完成。現階段，主要的任務是在大力開展磷石膏綜合利用的同時要積極推進磷石膏安全堆存。

1 磷石膏無害化處理的理論基礎

1.1 磷石膏的理化特性

磷石膏能溶于酸、銨鹽、甘油、微溶于水,不溶于乙醇。磷石膏因含有雜質一般為淺黃、淺灰或灰黑色的細粉狀固體,含水率20%～30%,容重0.733～0.880g/cm3,粘性較大,流動性差,呈酸性,略有異味,主要成分為CaSO4·2H2O,并含有少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等重金屬離子及放射性元素,以及未分解的磷礦粉、P2O5、F-和游離酸等雜質[3]，pH值明顯呈酸性，其組成列于表2。

表2 磷石膏組成（%）

1.2 無害化處理的理論基礎

尾礦是金屬或非金屬礦山開采出的礦石，經破碎磨礦和分選等處理選礦廠選出有價值的精礦后排放的廢渣,通常以泥漿形式排入尾礦庫中露天堆存。據統計,礦山每開采1t的礦石,就會產生0.52t尾礦，我國金屬礦山尾礦堆存量達到25×108t[8-9]。

尾礦因在選磷過程中加入了碳酸鈉、水玻璃等輔助材料，尾礦庫回水略偏堿性。以某公司的尾礦為例，其原礦多元素分析如表3。尾礦中含有大量的鈣（主要是以碳酸鈣形式存在）。為此，考慮將磷石膏輸送到尾礦庫與尾礦混合堆存，在堆存的同時通過磷石膏中所含的P2O5、氟（主要以氟硅酸形式存在）與尾礦中的碳酸鈣發生反應，形成難溶于水的氟化鈣、磷酸鈣、磷酸氫鈣等物質，在尾礦庫沉降，降低尾礦及回水中的pH值、P2O5、氟含量（見式1、2、3），從而減緩了磷石膏中的有害雜質在堆存過程中的環境風險。

表3 原礦多元素分析表

2 磷石膏無害化處理的實驗構想

開展該實驗的主導思想是通過磷石膏與尾礦混合，去除磷石膏中的有害成分，提高磷石膏的pH值，與此同時降低尾礦漿的堿度，使混合物的浸出液滿足《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》（GB18599-2001）中對第Ⅰ類一般工業固體廢物的要求，與此同時，磷石膏與尾礦混合后的上清液必須符合《磷肥工業水污染物排放標準》的相關要求，實現磷石膏無害化處理。具體的技術路線圖如圖1。

圖1 技術路線圖

3 效益分析

從經濟角度出發，對磷石膏進行無害化處理，其經濟優勢可以從尾礦庫庫容、建設尾礦庫的配套設施建設、投資費用和運行管理幾個方面表現出來（見表4）。以某公司為例，單獨建設磷石膏尾礦庫，投資費用較高（14965萬元，不含租地費用），后期運行需單獨配置磷石膏庫管理人員，單獨填筑子壩，對選礦尾礦庫總庫容影響較大。磷石膏無害化處理后不需單獨建設磷石膏尾礦庫，節省投資費用13345萬元，后期運行只需配置選礦尾礦庫管理人員，只需填筑選礦尾礦庫子壩，對選礦尾礦庫總庫容影響較小。

表4 無害化處理前后經濟投入對照表

從環保的角度，按照《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》進行了Ⅰ類固體廢物的鑒別，為磷石膏渣的有效合法處理奠定扎實的理論基礎，在磷石膏渣的無害化處理方面邁出第一步。科學合理的對磷石膏渣進行無害化處理，符合節能減排的需要，節約了大量的占地面積，同時因處理工藝具有工業化連續生產的特點，可以及時處理產生的廢渣，降低了因長時間堆放給周邊環境造成的環境風險。

4 結語

實現磷石膏與尾礦漿的混合堆存于Ⅰ類庫，不僅可以節約占地，節約企業的生產成本，便于企業后期運行的環境管理；更是減輕污染，減輕環保監管壓力的有效手段，有重要的研究價值。

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