一种磷石膏中重金属除杂固定方法

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种磷石膏中重金属除杂固定方法。

背景技术：

1、磷石膏(pg)是磷肥企业生产采用湿法磷酸工艺生产磷酸过程中产生的固体副产物。磷石膏的主要成分是二水合硫酸钙晶体，还含有未分解的磷矿、石英、磷、氟、铝、镁、铁等杂质。目前，我国磷石膏年产量已经突破8000万吨，且湿法磷酸工艺以二水法为主，通过硫酸浸取磷矿，在得到磷酸的同时沉淀得到磷石膏，并且每生产1吨磷酸会产生4～5吨的磷石膏。

2、磷石膏的资源化利用是全世界面临的难题，全球的磷石膏有效利用率不足10％，由于磷石膏综合利用率低，大量磷石膏被堆存，已累计堆放超过5亿吨。磷石膏的大量堆存，造成土地资源的浪费和环境威胁。磷石膏主要利用途径包括生产建筑材料、提取稀土原料、制作化工原料、土壤改良等，但磷石膏中含有可溶性磷、氟和有机物等杂质，严重阻碍其资源化利用。

3、目前，磷石膏工业中常用除杂方法包括水洗法、浮选法、煅烧法等，其中，水洗法是工业中除去磷石膏中可溶杂质最常用的方法，具有操作简单、处理效果较好等优点，水洗后可得到灰白色磷石膏晶体，且晶体具有结构轮廓清晰规整的特点，但同时，水洗后的水洗液中重金属的后处理仍然是一大难题。水洗液的后处理主要是针对hg、pb、cr、as四类有毒有害重金属离子的固定，目前工业界对这四种重金属离子的处理方式为活性炭吸附，活性炭对hg的除杂率约为90％；对cr的除杂率仅为80％；对pb的除杂率约为80-90％；对as的除杂率为80％，除杂效率仍有较大提升空间。

4、磷石膏的有效用途之一是用于土壤调理剂，能为土壤补充磷元素及调节土壤酸碱度。但是许多技术性问题尚未得到有效解决，如有害重金属元素的去除、钙离子超标、酸碱度调节等，如单纯地把磷石膏直接施到土壤中，在增加了有益微量元素的同时，有害重金属元素会渗透进土壤，进而导致土壤和地下水污染，因此，磷石膏的资源化利用一直受到限制。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种磷石膏中重金属除杂固定方法。本发明方法以蒸馏水洗涤磷石膏，经水洗后的磷石膏固体可以直接应用；随后利用改性膨润土协同聚合氯化铝和电石渣两种助剂对磷石膏的水洗液进行吸附处理，经吸附处理后的二次水洗液可以直接排放。

2、为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

3、一种磷石膏中重金属除杂固定方法，包括如下步骤：

4、(1)磷石膏的预处理：将磷石膏烘干，研磨过0.3mm筛；

5、(2)水洗：按固液比为1g：20ml取步骤(1)研磨过筛后的磷石膏加入蒸馏水中，在恒温振荡器中振荡8～12h，取出后静置12～24h，上清液即为水洗液；

6、(3)改性膨润土的制备：

7、将市售膨润土置于马弗炉中，在空气气氛下进行一次煅烧得到一次煅烧产物；将氯化钙和浓硫酸引入到一次煅烧产物中，并剧烈搅拌6～12h，得到前驱体；将前驱体放入马弗炉中，在空气气氛下进行二次煅烧得到二次煅烧产物；对二次煅烧产物进行研磨过0.3mm筛，得到所述改性膨润土；

8、(4)吸附：取聚合氯化铝、电石渣以及步骤(3)得到的改性膨润土加入到步骤(2)所得的全部水洗液中，在恒温振荡器中振荡8～12h，离心，得到二次水洗液，完成磷石膏中重金属的除杂固定。

9、进一步地，步骤(1)中，将磷石膏置于100～120℃烘箱中干燥4～8h。

10、进一步地，步骤(2)中，室温振荡，振荡的转速为120r/min。

11、进一步地，步骤(3)中，一次煅烧与二次煅烧的煅烧温度均为300～500℃，升温速率均为2～6℃/min，煅烧时间为4～6h；优选的，一次煅烧与二次煅烧的煅烧温度均为400℃，升温速率均为5℃/min，煅烧时间为4h。

12、进一步地，步骤(3)中，氯化钙用量为市售膨润土质量的3％～10％，浓h2so4为98wt％的硫酸，浓h2so4的用量为市售膨润土质量的2％～10％；优选的，氯化钙用量为市售膨润土质量的3％，浓h2so4的用量为市售膨润土质量的5％，搅拌时长为8～10h。

13、进一步地，步骤(4)中，聚合氯化铝用量为改性膨润土质量的0.1％～1.0％，电石渣用量为改性膨润土质量的0.1％～0.5％；优选的，聚合氯化铝用量为改性膨润土质量的0.3％，电石渣用量为改性膨润土质量的0.25％。

14、进一步地，步骤(4)中，所述电石渣经研磨过1mm筛。

15、进一步地，步骤(4)中，室温振荡，振荡的转速为120r/min。

16、进一步地，步骤(4)中，经吸附处理后的二次水洗液符合《无机化学工业污染物排放标准》gb31573-2015排放标准。

17、与现有技术相比，本发明有以下优点及有益效果：

18、1、本发明对现有水洗法工艺进行改进，提升了对重金属离子的固定除杂效率。本发明以蒸馏水按液固比20：1(ml/g)洗涤磷石膏，经水洗后的磷石膏固体可以直接用于联产水泥，作为路基材料、土壤调节剂使用；随后利用改性膨润土协同聚合氯化铝和电石渣两种助剂对磷石膏的水洗液进行吸附处理，经吸附处理后的二次水洗液符合《无机化学工业污染物排放标准》gb31573-2015排放标准。

19、2、本发明中利用聚合氯化铝、电石渣联合改性膨润土对磷石膏的水洗液进行吸附处理，聚合氯化铝、电石渣、改性膨润土三者具有协同增效效果。聚合氯化铝作为一种混凝剂，在水中形成絮凝物，这些絮凝物可以与改性膨润土颗粒产生物理吸附或化学吸附，从而增强了重金属离子的吸附效果，能有效提高对重金属离子的吸附作用。电石渣作为生产电石的废弃物质，一方面可以作为ph调节剂，调节水洗剂的ph同时实现废物再利用；另一方面，聚合氯化铝和电石渣的引入同时可形成钙矾石(3cao·al2o3·3caso4·32h2o)，钙矾石的胶凝活性也可以促进部分有害重金属元素凝固、聚沉。

20、3、本发明中利用助剂cacl2及浓h2so4协同对膨润土进行改性，相对于未改性的膨润土，可明显促进对磷石膏的水洗液中重金属as和cr的吸附效果。

21、4、本发明的磷石膏中重金属除杂固定方法为目前磷石膏堆积以及工业上以磷石膏为原料制备土壤调节剂提出了可行的解决方法，同时也实现了电石渣废物再利用。

技术特征：

1.一种磷石膏中重金属除杂固定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的磷石膏中重金属除杂固定方法，其特征在于，步骤(3)中，氯化钙用量为市售膨润土质量的3％～10％，浓h2so4为98wt％的硫酸，浓h2so4的用量为市售膨润土质量的2％～10％；和/或

3.根据权利要求2所述的磷石膏中重金属除杂固定方法，其特征在于，步骤(3)中，氯化钙用量为市售膨润土质量的3％，浓h2so4为98wt％的硫酸，浓h2so4的用量为市售膨润土质量的5％，搅拌时长为8～10h；和/或

4.根据权利要求1所述的磷石膏中重金属除杂固定方法，其特征在于，步骤(3)中，一次煅烧与二次煅烧的煅烧温度均为300～500℃，升温速率均为2～6℃/min，煅烧时间为4～6h。

5.根据权利要求4所述的磷石膏中重金属除杂固定方法，其特征在于，步骤(3)中，一次煅烧与二次煅烧的煅烧温度均为400℃，升温速率均为5℃/min，煅烧时间为4h。

6.根据权利要求1所述的磷石膏中重金属除杂固定方法，其特征在于，步骤(2)和(4)中，室温振荡，振荡的转速为120r/min。

7.根据权利要求1所述的磷石膏中重金属除杂固定方法，其特征在于，步骤(4)中，所述电石渣经研磨过1mm筛。

8.根据权利要求1所述的磷石膏中重金属除杂固定方法，其特征在于，步骤(4)中，经吸附处理后的二次水洗液符合《无机化学工业污染物排放标准》gb31573-2015排放标准。

技术总结本发明涉及废水处理领域，具体公开了一种磷石膏中重金属除杂固定方法。本发明方法以蒸馏水按特定液固比洗涤磷石膏，经水洗后的磷石膏固体可以直接应用；随后利用改性膨润土协同聚合氯化铝和电石渣两种助剂对磷石膏的水洗液进行吸附处理，经吸附处理后的二次水洗液可以直接排放。本发明的磷石膏中重金属除杂固定方法为目前磷石膏堆积以及工业上以磷石膏为原料制备土壤调节剂提出了可行的解决方法，同时也实现了电石渣废物再利用。技术研发人员：肖杨,付金圣,夏厦,彭泽暄受保护的技术使用者：中南民族大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20