專利名稱：一種磷石膏綜合利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢棄物的綜合利用，尤其是磷石膏的綜合利用方法。
背景技術(shù)：
磷石膏是磷酸廠、磷肥廠及某些合成洗滌劑廠排出的工業(yè)廢渣。排放數(shù)量巨大(例如磷酸廠每生產(chǎn)一噸磷酸要排放4.5噸磷石膏)，往往堆積如山，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。為了節(jié)省資源，改善生態(tài)環(huán)境，各國在磷石膏廢物資源化利用方面進(jìn)行了不懈的研究。其利用主要集中在水泥建材方面，也有用來生產(chǎn)硫酸銨的，改良鹽堿地土壤的，近來也還有利用磷石膏做肥料的專利報(bào)道(申請(qǐng)?zhí)?8107910.3，01139524.9)。磷石膏廢物資源化利用較成功的當(dāng)數(shù)被稱之為“三、四、六工程”的聯(lián)產(chǎn)三萬噸磷銨、四萬噸硫酸、六萬噸復(fù)合水泥技術(shù)，但經(jīng)多年實(shí)踐證明，仍然存在諸多問題，致使磷石膏的綜合利用至今仍然是一個(gè)很大的難題，也是目前和今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)研究的熱點(diǎn)。其中，用于層狀硅酸鹽的研究開發(fā)，以制備治沙材料具有十分重要的意義。
對(duì)于層狀硅酸鹽的研究開發(fā)，國內(nèi)外已有許多報(bào)道。被稱之為天然納米材料具有2∶1結(jié)構(gòu)的蒙脫土，多采用有機(jī)化處理的方式使其具有納米尺度的結(jié)構(gòu)片層層間距增大，而為在進(jìn)一步與基體材料(如聚合物)共混時(shí)在外力的作用下片層剝離并分散在基體材料中，最終制備成層狀硅酸鹽/聚合物納米復(fù)合材料并具有優(yōu)異的性能。這是最近幾年對(duì)層狀硅酸鹽最具技術(shù)含量的研究開發(fā)。另外近年來也對(duì)利用層狀硅酸鹽制備柱撐型層狀硅酸鹽復(fù)合材料進(jìn)行了研究。柱撐蒙脫石作為一種新型多孔材料，在催化劑及催化劑載體、環(huán)保材料(選擇吸附劑)、離子交換劑、導(dǎo)電材料、生物材料、貯藏材料和納米級(jí)復(fù)合材料等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用潛力。用作肥料載體則具有吸肥、固肥、緩釋的作用(CN1470486，CN1298853)，用作沙化土地的改良，其效果也非常顯著(CN1487053)。然而這種柱撐型層狀硅酸鹽(柱撐蒙脫石)依然是2∶1的層狀結(jié)構(gòu)，柱撐離子的引入只是撐大了層間距，多孔化和比表面積的提高是有限的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于尋找一種有效利用磷石膏的新方法。
本發(fā)明的目的還在于找到一種可以將2∶1結(jié)構(gòu)的層狀硅酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)?∶1的高嶺土結(jié)構(gòu)的方法，從而大幅度的提高材料的多孔化率及比表面積。
本發(fā)明的另一目的就是提供一種由本發(fā)明方法制備的全天然生態(tài)治沙新材料。
本發(fā)明磷石膏綜合利用新方法，包括以下步驟(1)將磷石膏(80目)制成固液比1∶2的料漿，加入無機(jī)酸，控制溶液的PH為1.2～2，在90～95℃攪拌混合1～1.5小時(shí)進(jìn)行予處理；(2)待予處理過的磷石膏料漿溫度降至80℃以下后，加入固液比為1∶2的層狀硅酸鹽(80目)料漿，層狀硅酸鹽干重為磷石膏干重的3～5倍，控制PH為1.2～2，攪拌反應(yīng)10～20分鐘，然后加入相當(dāng)于層狀硅酸鹽干重40％～60％的廄化處理的秸稈粉(20目)，控制PH＜3，溫度60～70℃，攪拌反應(yīng)20～30分鐘，加入銨鹽，調(diào)整PH為5～6，繼續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘，再次加入相當(dāng)于層狀硅酸鹽干重15％～25％的廄化處理的秸稈粉(20目)，保持溫度60～70℃，繼續(xù)攪拌反應(yīng)10分鐘出料，最后加入低品位磷礦石粉(80目)或廄化處理的秸稈粉(20目)至可以堆積狀，混勻，堆積熟化15～20天即成。
所述無機(jī)酸是硫酸、磷酸、正硅酸其中一種或一種以上混合酸、或者是磷肥生產(chǎn)前期氟磷酸鈣礦漿經(jīng)酸解后產(chǎn)生的混合酸；所述層狀硅酸鹽是鈉基蒙脫土或鈣基蒙脫土；所述銨鹽是碳酸銨或者碳酸氫銨；本發(fā)明利用磷石膏晶粒的“晶核”作用，在有機(jī)酸(如經(jīng)快腐技術(shù)處理的秸稈而轉(zhuǎn)化成的腐殖酸)的輔助作用下，將2∶1型層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?∶1型高嶺土結(jié)構(gòu)的多孔層狀硅酸鹽，層間形成剛性柱撐，多孔化大幅度提高了比表面積，可以嵌套更多的水分和營養(yǎng)基，從而制備出具有保水、蓄肥、緩釋同時(shí)還具有改善土壤結(jié)構(gòu)功能的全天然生態(tài)治沙新材料。
2∶1型層狀硅酸鹽礦物，其結(jié)構(gòu)單元層是由二層硅氧四面體夾一層鋁氧八面體層，二者之間靠共用氧原子連接，要轉(zhuǎn)化成高嶺石的1∶1型結(jié)構(gòu)，涉及到晶型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換和重建問題。
2∶1型層狀硅酸鹽片層內(nèi)表面吸附有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等陽離子，在有機(jī)酸參與的酸性環(huán)境中，有機(jī)酸首先與這些層間陽離子發(fā)生絡(luò)合作用，將其從層間帶出，然后H2O、H+和-COOH等離子進(jìn)入層間，在這些離子的作用下，頂層Si-O四面體與Al-O八面體相連的Al-O-Si鍵破裂，形成Al-O-H鍵，同時(shí)伴隨著多余硅的淋濾溶出，在其結(jié)構(gòu)層中形成高嶺石晶疇。高嶺石晶疇的形成與增長是該過程能否繼續(xù)進(jìn)行的關(guān)鍵?；瘜W(xué)和化工合成反應(yīng)過程中，常加入“晶核”來加速物質(zhì)結(jié)晶過程。在蒙脫石和云母轉(zhuǎn)變成高嶺石過程中，石膏微晶體的存在相當(dāng)于“晶核”的作用，從而使礦物的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變易于進(jìn)行。一般情況下，在長石(同樣具有2∶1型結(jié)構(gòu))溶解形成高嶺石的過程中，長石完全被溶解，然后在新的溶解物質(zhì)上結(jié)晶形成高嶺石，這一過程可看成無“晶核”參與的結(jié)晶過程，因而比較緩慢。在工藝流程中人為的加入磷石膏晶?？善鸬健熬Ш恕钡淖饔?，加速轉(zhuǎn)變進(jìn)程。隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，被溶出的陽離子不斷流失，高嶺石晶疇不斷增大，最終2∶1型結(jié)構(gòu)層被1∶1型的高嶺石結(jié)構(gòu)層所代替。因此，在2∶1型層狀硅酸鹽礦物向高嶺石轉(zhuǎn)化的過程中，同時(shí)伴隨著局部晶層的溶解和新結(jié)構(gòu)層的形成。有機(jī)酸的參與則加速了這種過程，磷石膏的加入是初級(jí)“晶疇”加速形成的核心。
2∶1型結(jié)構(gòu)層轉(zhuǎn)變?yōu)?∶1型結(jié)構(gòu)層，使層間結(jié)合力減弱，而“晶疇”的形成，使層間有了剛性柱撐，從而最終使原始加入的層狀硅酸鹽多孔化，大大增加了比表面積，具備了很強(qiáng)的吸附作用，造就了“容量大大增加”，使嵌入大量水分、養(yǎng)分以及吸附沙塵微粒成為可能；剛性柱撐不易塌陷使其具有保水、蓄肥的同時(shí)還有緩釋作用；施入沙化土地使結(jié)構(gòu)相同(2∶1型結(jié)構(gòu))的沙粒重復(fù)以上的轉(zhuǎn)型過程，起到沙土結(jié)構(gòu)良性逆轉(zhuǎn)的作用。多重功能的同時(shí)發(fā)揮，給適生植物的初期成長以足夠的水、肥條件；吸附沙塵微粒有效的改善了植物生長的局部環(huán)境；沙化土地結(jié)構(gòu)良性逆轉(zhuǎn)為植物生長、植被的形成與穩(wěn)定成長提供了可靠的保證。
用本發(fā)明方法將污染嚴(yán)重的工業(yè)廢渣磷石膏制成了生態(tài)綜合治沙新材料，既維護(hù)了生態(tài)環(huán)境，又獲得了性能優(yōu)良的治沙新材料，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。制備的生態(tài)綜合治沙新材料對(duì)萬畝以上面積，三處以上沙化土地進(jìn)行了治理，無論是近期效果還是長期效果都相當(dāng)令人滿意，達(dá)到了標(biāo)本兼治從根本上遏制沙化的最終目的。
實(shí)施例將磷石膏(80目)制成固液比1∶2的料漿，加入硫酸，控制溶液的PH為1.5左右，在90～95℃攪拌混合1小時(shí)20分鐘進(jìn)行予處理；待予處理過的磷石膏料漿溫度降至80℃以下后，加入固液比為1∶2的鈉基蒙脫土(80目)料漿，鈉基蒙脫土干重為磷石膏干重的4倍，控制PH為1.5左右，攪拌反應(yīng)20分鐘，然后加入相當(dāng)于鈉基蒙脫土干重50％的廄化處理的秸稈粉(20目)，控制PH＜3，溫度60～70℃，攪拌反應(yīng)25分鐘，加入碳酸銨，調(diào)整PH為5～6，繼續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘，再次加入相當(dāng)于層狀硅酸鹽干重20％的廄化處理的秸稈粉(20目)，保持溫度60～70℃，繼續(xù)攪拌反應(yīng)10分鐘出料，最后加入低品位磷礦石粉(80目)至可以堆積狀，混勻，堆積熟化20天即成。
權(quán)利要求
1.一種磷石膏綜合利用的方法，其特征在于包括以下步驟(1)將磷石膏(80目)制成固液比1∶2的料漿，加入無機(jī)酸，控制溶液的PH為1.2～2，在90～95℃攪拌混合1～1.5小時(shí)進(jìn)行予處理；(2)待予處理過的磷石膏料漿溫度降至80℃以下后，加入固液比為1∶2的層狀硅酸鹽(80目)料漿，層狀硅酸鹽干重為磷石膏干重的3～5倍，控制PH為1.2～2，攪拌反應(yīng)10～20分鐘，然后加入相當(dāng)于層狀硅酸鹽干重40％～60％的廄化處理的秸稈粉(20目)，控制PH＜3，溫度60～70℃，攪拌反應(yīng)20～30分鐘，加入銨鹽，調(diào)整PH為5～6，繼續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘，再次加入相當(dāng)于層狀硅酸鹽干重15％～25％的廄化處理的秸稈粉(20目)，保持溫度60～70℃，繼續(xù)攪拌反應(yīng)10分鐘出料，最后加入低品位磷礦石粉(80目)或廄化處理的秸稈粉(20目)至可以堆積狀，混勻，堆積熟化15～20天即成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷石膏綜合利用新方法，其特征在于所述無機(jī)酸是硫酸、磷酸、正硅酸其中一種或一種以上混合酸、或者是磷肥生產(chǎn)前期氟磷酸鈣礦漿經(jīng)酸解后產(chǎn)生的混合酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷石膏綜合利用新方法，其特征在于所述層狀硅酸鹽是鈉基蒙脫土或鈣基蒙脫土。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷石膏綜合利用新方法，其特征在于所述銨鹽是碳酸銨或者碳酸氫銨。
全文摘要
本發(fā)明利用工業(yè)廢渣磷石膏晶粒的“晶核”作用，在有機(jī)酸(如經(jīng)快腐技術(shù)處理的秸稈而轉(zhuǎn)化成的腐殖酸)的輔助作用下，將2∶1型層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)(蒙脫石)轉(zhuǎn)變?yōu)?∶1型高嶺土結(jié)構(gòu)的多孔層狀硅酸鹽，層間形成剛性柱撐，多孔化大幅度提高了比表面積，可以嵌套更多的水分和營養(yǎng)基，從而制備出具有保水、蓄肥、緩釋同時(shí)還具有改善土壤結(jié)構(gòu)功能的全天然生態(tài)治沙新材料。對(duì)萬畝以上面積，三處以上沙化土地進(jìn)行了治理，無論是近期效果還是長期效果都相當(dāng)令人滿意，達(dá)到了標(biāo)本兼治從根本上遏制沙化的最終目的。用本發(fā)明方法將污染嚴(yán)重的工業(yè)廢渣磷石膏制成了生態(tài)綜合治沙新材料，既維護(hù)了生態(tài)環(huán)境，又獲得了性能優(yōu)良的治沙新材料，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著，應(yīng)用前景非常廣闊。
文檔編號(hào)C05F17/00GK1724479SQ200510021180
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月28日
發(fā)明者梁玉祥, 薛合倫, 賴中元, 石常青 申請(qǐng)人:成都正光生態(tài)科技有限公司