濕法磷酸凈化裝置污水渣中磷的回收探索及應(yīng)用

肖銀兵，周智武，楊 剛，梁世軍，李 莎

（甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 甕福化工公司，貴州 福泉 550501）

0 引言

在濕法磷酸凈化為食品級、工業(yè)級磷酸生產(chǎn)中，原料磷酸經(jīng)過磷精礦脫硫處理后產(chǎn)生的污水中w（固）約10%，污水渣結(jié)晶效果不好，不利于過濾，w（P2O5）在7%～8%，且非水溶性磷含量偏高，以前采取外排至磷石膏渣場進(jìn)行堆存，不僅造成磷資源浪費(fèi)，而且影響此類渣的綜合利用。為此對脫硫處理后產(chǎn)生的渣進(jìn)行改良優(yōu)化，改良優(yōu)化后，渣中的非水溶性磷含量降低，有利于過濾，做到了資源的回收利用。

1 污水渣的形式

濕化磷酸凈化裝置產(chǎn)生的渣主要以半水石膏（CaSO4·0.5H2O）形式存在，其結(jié)晶細(xì)小且非水溶性磷含量偏高，細(xì)小晶體嚴(yán)重影響過濾效果，堵塞濾孔，濾布損耗嚴(yán)重，水溶磷的回收率偏低，造成磷資源浪費(fèi)、成本增加。渣中較多的非水溶性磷影響了磷石膏的品質(zhì)，使得磷石膏利用難度加大。用顯微鏡觀察，污水渣基本上看不到結(jié)晶形狀。

2 污水渣轉(zhuǎn)晶方案探索

為實(shí)現(xiàn)污水渣中磷的回收與再利用，從2個方向進(jìn)行了探索：（1）污水直接進(jìn)入過濾機(jī)進(jìn)行過濾，磷回收率為30%，污水渣中非水溶性磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%，磷回收率偏低，渣中非水溶性磷含量較高，不利于再利用。（2）優(yōu)化改良污水渣的結(jié)晶形態(tài)后再進(jìn)行過濾，效果較好。以下介紹改良污水渣結(jié)晶形態(tài)的實(shí)驗(yàn)探索。

2.1 實(shí)驗(yàn)基本原理

因污水渣中存在部分未反應(yīng)的磷精礦，加入濃硫酸后存在以下反應(yīng)方程式：

污水渣中大部分半水石膏（CaSO4· 0.5H2O）在CaSO4-H3PO4-H2SO4-H2O四元系統(tǒng)條件下，經(jīng)過改良后變成二水石膏（CaSO4· 2H2O），并逐漸長大，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，提出在污水中加入不同量的濃硫酸，將未反應(yīng)的磷精礦轉(zhuǎn)化成二水石膏，并提供CaSO4-H3PO4-H2SO4-H2O 的四元系統(tǒng)條件［3］，使半水石膏轉(zhuǎn)化為二水石膏。其主要步驟為：取1 kg污水加入轉(zhuǎn)晶反應(yīng)槽內(nèi)，備用；取w（H2SO4）98%濃硫酸加入轉(zhuǎn)晶反應(yīng)槽內(nèi)，加入量為污水質(zhì)量的1/10、1/15、1/20，將轉(zhuǎn)晶反應(yīng)槽內(nèi)的攪拌器轉(zhuǎn)速調(diào)至180 r/min，常溫下反應(yīng)2 h，取反應(yīng)料漿過濾后的渣和同一批次的原污水渣進(jìn)行對比分析。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，加入不同量的濃硫酸反應(yīng)后，其污水渣的非水溶性磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)和二水石膏質(zhì)量占比分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同濃硫酸用量下污水渣中非水溶性磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)和二水石膏質(zhì)量占比

由表1 可知，污水中加入w（H2SO4）98%濃硫酸，可以將污水渣中的半水石膏轉(zhuǎn)晶成二水石膏，且隨著濃硫酸加入量增大，二水石膏質(zhì)量占比逐漸增大，當(dāng)濃硫酸加入量為67 g（污水質(zhì)量的1/15）時，二水石膏質(zhì)量占比達(dá)到95.09%，繼續(xù)增大濃硫酸用量，二水石膏質(zhì)量占比幾乎不變。在污水渣的改良過程中也降低了其非水溶性磷含量，在濃硫酸加入量為100 g 時，w（非水溶性磷）最低為0.23%，平均值為0.32%，大大提升了污水渣品質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)過程中污水渣晶型由半水石膏簇狀態(tài)和未反應(yīng)的磷礦絮合在一起的形態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變成絕大部分為菱形的二水石膏，見圖1。

圖1 改良前后污水渣晶型

3 工業(yè)應(yīng)用

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，不斷優(yōu)化，規(guī)劃了工業(yè)生產(chǎn)中污水渣中磷回收利用工藝流程，見圖2。

圖2 工業(yè)生產(chǎn)中污水渣中磷回收利用工藝流程

工業(yè)生產(chǎn)中改良后污水渣中非水溶性磷與CaSO4·2H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。由表2可以看出，改良后的污水渣w（非水溶性磷）降低至1%以下，w（CaSO4·2H2O）達(dá)到92.35%，磷收率可以由直接回收的30%提升至62%以上。

表2 改良后污水渣中非水溶性磷和CaSO4·2H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

凈化磷酸產(chǎn)生污水量為50 m3/h，密度為1.2 g/mL；按照年生產(chǎn)300 d、P2O5價格2 700 元/t 計(jì)算，改良后的污水渣回收非水溶性磷每年可產(chǎn)生價值為：50×1.2×10%×24×300×（3.04%-0.63%）×2 700 元=281.1萬元。

4 結(jié)論

濕法凈化磷酸生產(chǎn)中所產(chǎn)生污水，通過加入適量的濃硫酸，改良污水渣的晶體形態(tài)后，能夠?qū)崿F(xiàn)污水渣非水溶性磷含量降低，并通過合適的工藝流程回收其水溶性磷，實(shí)現(xiàn)了磷的回收利用。