專利名稱：一種利用廢渣磷石膏制備硅灰石和硫酸的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于廢渣處理及利用技術領域，具體涉及一種利用廢渣磷石膏制備硅灰石和硫酸的方法。
背景技術：
磷石膏是磷酸生產過程中的副產品，主要成分是二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O，在煅燒過程中首先脫水變?yōu)镃aSO4)，并含有少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、P2O5和氟化物等雜質。據統(tǒng)計，生產1噸磷酸要消耗2噸硫酸，產生5噸磷石膏廢渣。由于磷石膏堆放需要大量場地且其具有一定的放射性，對環(huán)境造成污染，各國對磷石膏的處理技術尤為關注。
硅灰石是偏硅酸鈣礦物，化學式為CaSiO3，天然產出的硅灰石通常呈針狀、放射狀、纖維集合體。由于其無毒、低吸油性、低吸水性、高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，良好的介電性能，白度高等性質，被廣泛應用于建筑陶瓷、涂料、橡膠、化工等生產部門。
目前，工業(yè)所用硅灰石主要來源于天然，而天然硅灰石成分復雜，伴生雜質礦物多，因此，人工合成硅灰石技術研究日益受到人們的關注。
硫酸主要用來生產肥料、燃料、發(fā)煙劑、炸藥等，并且廣泛使用于石油、冶金、金屬加工、紡織和其他工業(yè)部門。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用廢渣磷石膏制備硅灰石和硫酸的方法，該方法低成本的合成了硅灰石及硫酸，且方法簡單。
為了實現上述目的，本發(fā)明的技術方案是一種利用廢渣磷石膏制備硅灰石和硫酸的方法，其特征在于它包括如下步驟1)首先分析廢渣磷石膏中CaO、SiO2的質量含量，并通過CaO的質量含量計算得到CaSO4·2H2O含量(計算方法為CaSO4·2H2O％＝3.07CaO％)，然后向廢渣磷石膏中加入石英粉和還原劑炭粉，混合攪拌1h得配合料；其中，石英粉的加入量是使配合料中CaO∶SiO2的摩爾比為1∶1(計算實際所加石英粉時應除去磷石膏本身含有的SiO2)，炭粉的加入量按反應方程式2CaSO4+C＝2CaO+2SO2+CO2(1)的化學反應計量加入還原劑炭粉(加入還原劑炭粉是為了使磷石膏分解的較充分)；2)配合料的煅燒以10℃/min的升溫速度升溫至1200℃，在此溫度下保溫2.5小時，冷卻至室溫，得硅灰石；并對煅燒過程中(磷石膏分解)產生的二氧化硫進行收集得二氧化硫；1200℃高溫下合成硅灰石的反應方程式如下SiO2+CaO＝CaSiO3(2)；
3)對步驟2)得到的二氧化硫進行精制，除去其中的水分及雜質氣體(主要是二氧化碳)，氣態(tài)的二氧化硫通過催化劑時被空氣中的氧氣所氧化，生成三氧化硫，其反應方程式如下SO2+1/2O2＝SO3(3)；所生成的三氧化硫溶解于水中，即得硫酸SO3+H2O＝H2SO4(4)。
所用石英粉為工業(yè)級，要求純度SiO2＞95％，細度大于200目。
步驟2)所得硅灰石是高溫型假硅灰石，即β-CaSiO3。
步驟3)所用催化劑為五氧化二釩(V2O5)。
磷石膏屬工業(yè)廢渣，其本身含有SiO2、Al2O3等多種雜質，本發(fā)明主要過程是利用磷石膏分解產生的CaO，外加部分SiO2，在高溫下通過固相反應合成硅灰石；同時將磷石膏分解產生的SO2進行收集、凈化，并通過催化反應轉化為SO3，進而轉化為硫酸。從而將磷石膏的分解與硅灰石的合成過程合二為一，低成本的合成了硅灰石及硫酸；且方法較簡單。
本發(fā)明利用工業(yè)廢渣磷石膏制得硅灰石和硫酸，不僅解決了磷石膏帶來的一系列問題，并且能夠得到較高利用價值的硅灰石和硫酸。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結合實施例進一步闡明本發(fā)明的內容，但本發(fā)明的內容不僅僅局限于下面的實施例。
實施例1采用云南某磷肥廠產生的廢渣磷石膏，化學組成見表1，石英粉為工業(yè)級，還原劑采用炭粉。
表1(質量分數)

注計算得到二水硫酸鈣含量為88.97％。
如圖1所示，硅灰石的制備過程為1)原料的配比。按照表1所列數據，一噸磷石膏中CaO質量為0.2898噸，按照摩爾比1∶1需要石英粉0.3105噸，由于一噸磷石膏本身含有SiO20.1151噸，因此需外加石英粉0.1594噸。同時，根據化學反應方程式(1)進行計算，需要還原劑炭粉的量為0.026噸。按照此數據進行計量。2)原料的混合。將計量好的磷石膏、石英粉及炭粉進行混合得配合料?；旌蠒r間為1h。3)配合料的煅燒。以10℃/min的升溫速度升溫至1200℃，在此溫度下保溫2.5小時，冷卻至室溫，得硅灰石。
按照反應方程式(2)進行計算得假硅灰石0.6噸。
硫酸制備工藝過程為1)制備二氧化硫氣體，對磷石膏分解產生的二氧化硫進行收集。2)精制二氧化硫以除去其中的水分及雜質氣體(主要是二氧化碳)。3)氣態(tài)的二氧化硫通過催化劑時被空氣中的氧氣所氧化，生成三氧化硫，所用催化劑為五氧化二釩。4)三氧化硫溶解于水中，即得硫酸。
按照反應方程式(1)(3)(4)進行計算得硫酸0.5071噸實施例2采用某化工廠產生的磷石膏，其主要化學成分(質量百分數)為SiO25.86％，CaO 30.22％，SO341.99％；計算得到CaSO4·2H2O的含量為92.78％。石英粉為工業(yè)級，還原劑采用炭粉。
如圖1所示，硅灰石的制備過程為1)原料的配比。按照上述數據，一噸磷石膏中CaO質量為0.3022噸，按照摩爾比1∶1需要石英粉0.3238噸，由于一噸磷石膏本身含有SiO20.0586噸，因此需外加石英粉0.2652噸。同時，根據化學反應方程式(1)進行計算，需要還原劑炭粉的量為0.0324噸。按照此數據進行計量。2)原料的混合。將計量好的磷石膏、石英粉及炭粉進行混合得配合料。混合時間為1h。3)配合料的煅燒。以10℃/min的升溫速度升溫至1200℃，在此溫度下保溫2.5小時，冷卻至室溫，得硅灰石。
按照反應方程式(2)進行計算得假硅灰石0.626噸。
硫酸制備工藝過程為1)制備二氧化硫氣體，對磷石膏分解產生的二氧化硫進行收集。2)精制二氧化硫以除去其中的水分及雜質氣體(主要是二氧化碳)。3)氣態(tài)的二氧化硫通過催化劑時被空氣中的氧氣所氧化，生成三氧化硫，所用催化劑為五氧化二釩。4)三氧化硫溶解于水中，即得硫酸。
按照反應方程式(1)(3)(4)進行計算得硫酸0.5289噸。
權利要求
1.一種利用廢渣磷石膏制備硅灰石和硫酸的方法，其特征在于它包括如下步驟1)首先分析廢渣磷石膏中CaO、SiO2的質量含量，并通過CaO的質量含量計算出CaSO4·2H2O的含量，然后向廢渣磷石膏中加入石英粉和還原劑炭粉，混合攪拌得配合料；其中，石英粉的加入量是使配合料中CaO∶SiO2的摩爾比為1∶1，炭粉的加入量按反應方程式2CaSO4+C＝2CaO+2SO2+CO2(1)的化學反應計量加入還原劑炭粉；2)配合料的煅燒以10℃/min的升溫速度升溫至1200℃，在此溫度下保溫2.5小時，冷卻至室溫，得硅灰石；并對煅燒過程中產生的二氧化硫進行收集得二氧化硫；3)對步驟2)得到的二氧化硫進行精制，除去其中的水分及雜質氣體，氣態(tài)的二氧化硫通過催化劑時被空氣中的氧氣所氧化，生成三氧化硫；所生成的三氧化硫溶解于水中，即得硫酸。
2.根據權利要求1所述的一種利用廢渣磷石膏制備硅灰石和硫酸的方法，其特征在于所用石英粉為工業(yè)級，純度SiO2＞95％，細度大于200目。
3.根據權利要求1所述的一種利用廢渣磷石膏制備硅灰石和硫酸的方法，其特征在于步驟3)所用催化劑為五氧化二釩。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用廢渣磷石膏制備硅灰石和硫酸的方法。一種利用廢渣磷石膏制備硅灰石和硫酸的方法，其特征在于主要過程是利用磷石膏分解產生的CaO，外加部分SiO
文檔編號C01B17/69GK101041439SQ200710051599
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月1日 優(yōu)先權日2007年3月1日
發(fā)明者姜洪義, 王艷艷 申請人:武漢理工大學