一种提高磷石膏力学性能的水洗剂及水洗方法

本发明属于固体废物处理领域，具体涉及一种提高磷石膏力学性能的水洗剂及水洗方法，以及磷建筑石膏的制备方法。

背景技术：

1、磷石膏是湿法磷酸工艺产生的一种工业副产物，每生产一吨磷酸几乎同时产出磷石膏4-6吨。随着磷肥行业的快速发展，工业副产品磷石膏大量产生，目前我国每年磷石膏排放量约为8000万吨。

2、磷石膏经过煅烧变成半水石膏后，能够与水反应凝结硬化，可作为胶凝材料用于建筑领域。与天然石膏不同，磷石膏还有大量杂质，如硅、氟、磷和有机物等，这些杂质的存在会影响磷建筑石膏的性能，使得以磷建筑石膏为原料的建筑材料出现强度低，凝结时间长等问题，很大程度上影响了磷石膏的综合利用。

3、cn106977123a公开了一种用于去除磷石膏中杂质氟的柠檬酸加水洗的工艺方法，利用柠檬酸水洗除去磷石膏中的杂质；然而相对于本发明，该方法需要用到超声、离心机等，成本及操作要求较高且主要用于去除磷石膏内氟杂质。

4、cn102925956a公开了一种以磷石膏为主要原料制备半水硫酸钙晶须的方法，其中利用盐酸和硫酸对磷石膏进行水洗除杂；然而相对于本发明，该方法需要用到水热除杂，且盐酸会在磷石膏体系中加入cl-，成本及操作要求较高，且用于配合后续制备硫酸钙晶须。

5、现阶段我国磷石膏的预处理方法主要为水洗，然而一方面磷石膏水洗用水量大，这对水资源造成了极大的浪费；另一方面水洗后的磷石膏杂质含量高，晶体生长缓慢、强度低，需堆存三个月以上才能用于生产建筑材料，这会导致磷石膏占用大量土地资源、增加企业负担。在堆放过程中还会带来较为严重的环境问题，在堆放过程中可溶磷等有害杂质会向下渗透迁移，产生严重的水污染和土壤污染。

6、因此，开展对磷石膏的深度净化以及制备高附加值产品的应用研究有着深远意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于一种提高磷石膏力学性能的水洗剂及水洗方法，以提高水洗后磷石膏的性能。

2、为实现上述发明目的的一个方面，本发明采用以下技术方案：

3、一种提高磷石膏力学性能的水洗剂，以所述水洗剂各组分总重量计，所述水洗剂包括以下组分：

4、甲酸30％～50％，比如32％、38％、40％、43％或48％，优选35％～45％；

5、硫酸4～18％，比如6％、8％、10％、12％、14％或16％，优选5％～15％；和

6、氢氧化铝40～60％，比如42％、48％、50％、53％或58％，优选45％～55％。

7、为实现上述目的的另一方面，本发明采用以下技术方案：

8、一种提高磷石膏力学性能的水洗方法，所述水洗方法包括：

9、步骤一：将滤盘磷石膏与二次处理滤液和分别加入的水洗剂的各组分混合搅拌得到磷石膏浆体；

10、步骤二：将所述磷石膏浆体过滤，得到第一固体磷石膏和一次处理滤液；

11、步骤三：将所述第一固体磷石膏与三次处理滤液混合搅拌制浆，然后过滤得到第二固体磷石膏和二次处理滤液；

12、步骤四：将所述第二固体磷石膏与自来水混合搅拌制浆，然后过滤得到水洗磷石膏和三次处理滤液。

13、在本发明的步骤一中，将滤盘磷石膏与二次处理滤液和水洗剂混合搅拌得到磷石膏浆体；其中，所述滤盘磷石膏也即湿法磷酸工艺所副产的磷石膏，为本领域熟知，其含水量约在20％～30％；通过与水以及水洗剂的混合搅拌，可以使磷石膏中的杂质/有害物反应后进入水中，以便后续过滤脱除；本领域技术人员理解，为便于磷石膏中的杂质/有害物可以充分反应进入水中，应该使所述磷石膏浆体充分混合搅拌，例如在较佳的实施方式中，混合搅拌时间不少于3min，比如5min或10min，当然过长时间不利于提高效率。

14、本发明的水洗剂的各组分分别单独添加，也即本发明的水洗剂的各组分并未预先混合，本领域技术人员理解，所述水洗剂产品可以以各组分单独包装的套装形式存在。

15、较佳地，步骤一中，所述滤盘磷石膏与二次处理滤液的固液比为1：(1.5～3)比如1：1.8、1：2或1：2.5；本领域可以理解，当液固比过低时，容易导致磷石膏浆体搅拌效果不好，最终导致除杂效果差；而液固比过高时时，则容易浪费水同时浪费药剂，因此，基于搅拌效果以及避免浪费的考虑，本领域可以将其控制在适当的液固比。

16、较佳地，步骤一中，所述水洗剂用量为所述二次处理滤液用量的0.1-0.3wt％，比如0.15wt％、0.2wt％或0.25wt％。水洗剂用量过低对磷石膏的杂质去除效果较低，反应不完全，去除不完全；水洗剂用量过高会影响制得的磷建筑石膏的ph，过多的al3+也会对磷建筑石膏的水化过程造成负面影响，造成强度降低。

17、在本发明的步骤二中，将所述磷石膏浆体过滤，得到第一固体磷石膏和一次处理滤液；其中，所述一次处理滤液可以返回磷酸厂进行生产回用。

18、在本发明的步骤三中，将所述第一固体磷石膏与三次处理滤液混合搅拌制浆，然后过滤得到第二固体磷石膏和二次处理滤液；较佳地，步骤三中，所述第一固体磷石膏与三次处理滤液固液比为1：(1.5～3)，比如1：1.8、1：2或1：2.5。

19、在本发明的步骤四中，将所述第二固体磷石膏与自来水混合搅拌制浆，然后过滤得到水洗磷石膏和三次处理滤液；较佳地，步骤四中，所述第二固体磷石膏与自来水固液比为1：(1.5～3)，比如1：1.8、1：2或1：2.5。

20、在本发明中，还可以对所得水洗磷石膏进一步处理，以制得磷建筑石膏，例如，在一些实施方式中，所述水洗方法还包括：

21、步骤五：将水洗磷石膏堆存一段时间，以便硫酸钙晶体的生长和磷石膏中附着水的流失。例如堆存时间可以为14～40天，比如20、25、28、30或35天，然后对磷石膏进行煅烧处理，使磷石膏主要成分由二水硫酸钙转变为半水硫酸钙。例如煅烧温度可以为180℃～250℃比如200或220℃，煅烧时间可以为20～120min比如30或60min；

22、步骤六：将煅烧后的磷石膏送入球磨机粉磨，然后陈化得到磷建筑石膏；其中，粉磨后的磷石膏粒径可以为d90小于75微米，以便于后续作为建筑石膏使用；

23、在步骤六中，对煅烧后的磷石膏进行陈化处理为本领域熟知，例如陈化2～5d，由于煅烧后的磷石膏性质不稳定，陈化可以使磷石膏中的二水石膏转化为半水石膏，煅烧过程中出现的无水石膏吸收空气中的水分向半水石膏转化，提高半水石膏的含量，使得磷建筑石膏的性质趋于稳定。

24、本发明中，如未特别说明，所涉及的百分数或百分比均为质量百分数或质量百分比。

25、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

26、1.本发明的提高磷石膏力学性能的水洗方法，在磷石膏水洗工艺中添加水洗剂，其不仅含有甲酸、硫酸，还特别添加有氢氧化铝，通过与磷石膏中磷酸盐充分作用，使得磷杂质在过滤中得以去除，实现了磷石膏中磷杂质含量的显著降低，可以控制磷石膏中可溶磷含量不大于0.3％，减少了露天堆放过程中磷石膏杂质对土壤环境的污染，并可以加速磷石膏在堆存过程中的生长，提高了磷石膏的品质。

27、2.本发明的提高磷石膏力学性能的水洗方法，工艺中三道水洗只需要添加一道清水，节省了水洗成本，且工艺流程简单、环境效益好。

28、3.本发明制得的磷建筑石膏粉的力学性能得到了大幅提升，有利于固体废弃物磷石膏在建筑材料行业的使用，提高经济收益。