本發(fā)明屬于磷化工生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種磷酸生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物磷石膏為原料，制備高強(qiáng)石膏的方法及裝置。
背景技術(shù)：
磷石膏是我國(guó)磷化工生產(chǎn)中最主要的工業(yè)副產(chǎn)品，是磷肥企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中排出的以二水硫酸鈣為主要成分的沉淀物。每生產(chǎn)一噸P2O5 就要排放4.5～5.5噸磷石膏，顏色呈灰色或微黃色，pH值在2至4之間，化學(xué)成分比較復(fù)雜。
目前，我國(guó)磷石膏年排放量5000萬(wàn)噸，基本采用堆存處理，目前累計(jì)堆存超2億噸，綜合利用率低于10%，目前絕大部分磷石膏露天堆置，侵占了大片土地，且可溶性P2O5和Fˉ等隨雨水浸出．產(chǎn)生酸性廢水，引起土壤、水系、大氣的嚴(yán)重污染，給人類的生存環(huán)境造成了危害。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的提供一種采用磷石膏制備高強(qiáng)石膏的方法及裝置，能夠?qū)α资噙M(jìn)行資源化綜合利。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種采用磷石膏制備高強(qiáng)石膏的方法，具體步驟為：
1）將磷石膏用尿素溶液進(jìn)行洗滌過(guò)濾，其中尿素溶液中尿素與水的質(zhì)量比為1-5:50，然后用清水進(jìn)行洗滌過(guò)濾；
2）向步驟1）得到的磷石膏中加入水，固液質(zhì)量比控制在1：2-4，然后加入磷石膏質(zhì)量0.08%-0.15%的轉(zhuǎn)晶劑，在95-98℃進(jìn)行反應(yīng)4-6小時(shí)，再在10min內(nèi)進(jìn)行過(guò)濾并洗滌，洗滌時(shí)用的水溫度控制為70-90℃；過(guò)濾洗滌后使得物料的含水量在15wt%以下，氯離子含量在0.5wt%以下；得到的物料在70-100℃烘干，時(shí)間控制在30min以內(nèi)，最后得到高強(qiáng)石膏。
進(jìn)一步地，步驟1）中尿素與水的質(zhì)量比為1-1.5:20。
進(jìn)一步地，所述步驟2）中的轉(zhuǎn)晶劑是采用硫酸鋁與檸檬酸鈉按照摩爾比1：1-2混合得到的。
進(jìn)一步地，步驟2）中在反應(yīng)的同時(shí)進(jìn)行攪拌，控制攪拌速度為30-80rpm。
進(jìn)一步地，步驟2）中過(guò)濾并洗滌后的濾液經(jīng)過(guò)膜分離除氯后在外加劑配制時(shí)回收使用。
采用所述的磷石膏制備高強(qiáng)石膏的裝置，包括預(yù)處理設(shè)備及預(yù)反應(yīng)器，預(yù)處理設(shè)備和預(yù)反應(yīng)器均通過(guò)輸送泵及管道連接至主反應(yīng)器，主反應(yīng)器還連接有熱氣管道，主反應(yīng)器的出料口連接過(guò)濾設(shè)備，過(guò)濾設(shè)備連接烘干設(shè)備。
該裝置還包括膜過(guò)濾設(shè)備，其進(jìn)口連接過(guò)濾設(shè)備的濾液出口，其出料口連接預(yù)反應(yīng)器。
本發(fā)明具有以下有益效果：
1）與傳統(tǒng)工藝相比，以工業(yè)副產(chǎn)磷石膏取代天然石膏，采用常壓水熱法制備低碳高強(qiáng)膠凝材料，無(wú)需大型蒸壓設(shè)備，避免了高溫高壓氣氛中能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題，設(shè)備投資小、生產(chǎn)能耗小、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)、成本低，而且很好的解決了磷石膏的處理難題，實(shí)現(xiàn)磷石膏的高附加值利用。
2）工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資??；反應(yīng)條件易于實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)能耗低；且產(chǎn)品質(zhì)量符合對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；得到的高強(qiáng)石膏的直徑大于10mm、長(zhǎng)徑比為1~3、強(qiáng)度等級(jí)在α40以上的高強(qiáng)半水石膏產(chǎn)物，得到的高強(qiáng)石膏干抗壓強(qiáng)度為20-32MPa。
3）通過(guò)預(yù)處理，尤其是加入尿素溶液進(jìn)行洗滌，除去磷石膏中的可溶性磷，可溶性氟，可溶性金屬等雜質(zhì)，去除率在80%以上；避免直接用于制備高強(qiáng)石膏會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成工藝參數(shù)波動(dòng)；而且可以降低成本。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明提供裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。
一種采用磷石膏制備高強(qiáng)石膏的裝置，包括預(yù)處理設(shè)備1及預(yù)反應(yīng)器2，預(yù)處理設(shè)備1和預(yù)反應(yīng)器2均通過(guò)輸送泵及管道連接至主反應(yīng)器3，主反應(yīng)器3還連接有熱氣管道4，主反應(yīng)器3的出料口連接過(guò)濾設(shè)備5，過(guò)濾設(shè)備5連接烘干設(shè)備6。進(jìn)一步地，該裝置還包括膜過(guò)濾設(shè)備7，其進(jìn)口連接過(guò)濾設(shè)備5的濾液出口，其出料口連接預(yù)反應(yīng)器2。
實(shí)施例1：一種采用磷石膏制備高強(qiáng)石膏的方法，具體步驟為：
1）將磷石膏用質(zhì)量濃度為2%尿素溶液進(jìn)行洗滌然后過(guò)濾，其中尿素與磷石膏的質(zhì)量比為1:10，然后用清水進(jìn)行多次洗滌過(guò)濾；
2）向步驟1）得到的磷石膏中加入水，固液質(zhì)量比控制在1：3，然后加入磷石膏質(zhì)量0.09%的轉(zhuǎn)晶劑，在95-98℃進(jìn)行反應(yīng)4小時(shí)，再在10min內(nèi)進(jìn)行過(guò)濾并洗滌，洗滌時(shí)用的水溫度控制為70-80℃；過(guò)濾洗滌后使得物料的含水量在15wt%以下，氯離子含量在0.5wt%以下；得到的物料在70-100℃烘干，時(shí)間控制在30min以內(nèi)，最后得到高強(qiáng)石膏。
其中純度為90%，初凝時(shí)間4min，終凝時(shí)間25min，2h抗折強(qiáng)度為5 MPa，絕干抗壓強(qiáng)度為31MPa。
實(shí)施例2：
一種采用磷石膏制備高強(qiáng)石膏的方法，具體步驟為：
1）將磷石膏用質(zhì)量濃度為8%尿素溶液進(jìn)行洗滌然后過(guò)濾，其中尿素與磷石膏的質(zhì)量比為1:8，然后用清水進(jìn)行多次洗滌過(guò)濾；
2）向步驟1）得到的磷石膏中加入水，固液質(zhì)量比控制在1：4，然后加入磷石膏質(zhì)量0.15%的轉(zhuǎn)晶劑，在95-98℃進(jìn)行反應(yīng)6小時(shí)，再在10min內(nèi)進(jìn)行過(guò)濾并洗滌，洗滌時(shí)用的水溫度控制為80-90℃；過(guò)濾洗滌后使得物料的含水量在15wt%以下，氯離子含量在0.5wt%以下；得到的物料在70-100℃烘干，時(shí)間控制在30min以內(nèi)，最后得到高強(qiáng)石膏。
其中純度為95%，初凝時(shí)間4min，終凝時(shí)間28min，2h抗折強(qiáng)度為4 MPa，絕干抗壓強(qiáng)度為32MPa。
實(shí)施例3：
一種采用磷石膏制備高強(qiáng)石膏的方法，具體步驟為：
1）將磷石膏用質(zhì)量濃度為5%尿素溶液進(jìn)行洗滌然后過(guò)濾，然后用清水進(jìn)行多次洗滌過(guò)濾；
2）向步驟1）得到的磷石膏中加入水，固液質(zhì)量比控制在1：2，然后加入磷石膏質(zhì)量0.10%的轉(zhuǎn)晶劑，在95-98℃進(jìn)行反應(yīng)4.5小時(shí)，再在10min內(nèi)進(jìn)行過(guò)濾并洗滌，洗滌時(shí)用的水溫度控制為70-90℃；過(guò)濾洗滌后使得物料的含水量在15wt%以下，氯離子含量在0.5wt%以下；得到的物料在70-100℃烘干，時(shí)間控制在30min以內(nèi)，最后得到高強(qiáng)石膏。
其中純度為88%，初凝時(shí)間3min，終凝時(shí)間30min，2h抗折強(qiáng)度為4 MPa，絕干抗壓強(qiáng)度為30MPa。
實(shí)施例1-3中的轉(zhuǎn)晶劑是采用硫酸鋁與檸檬酸鈉按照摩爾比1：1混合得到的。
實(shí)施例4：
一種采用磷石膏制備高強(qiáng)石膏的方法，具體步驟為：
1）將磷石膏用質(zhì)量濃度為4%尿素溶液進(jìn)行洗滌然后過(guò)濾，然后用清水進(jìn)行多次洗滌過(guò)濾；
2）向步驟1）得到的磷石膏中加入水，固液質(zhì)量比控制在1：3，然后加入磷石膏質(zhì)量0.10%的轉(zhuǎn)晶劑，轉(zhuǎn)晶劑是采用硫酸鋁與檸檬酸鈉按照摩爾比1：2混合得到的；在95-98℃進(jìn)行反應(yīng)4.5小時(shí)，其為蒸汽加熱；再在10min內(nèi)進(jìn)行過(guò)濾并洗滌，洗滌時(shí)用的水溫度控制為70-90℃；過(guò)濾洗滌后使得物料的含水量在15wt%以下，氯離子含量在0.5wt%以下；得到的物料在70-100℃烘干，時(shí)間控制在30min以內(nèi)，最后得到高強(qiáng)石膏。
其中純度為89%，初凝時(shí)間4min，終凝時(shí)間31min，2h抗折強(qiáng)度為4 MPa，絕干抗壓強(qiáng)度為31.5MPa。
實(shí)施例5：
一種采用磷石膏制備高強(qiáng)石膏的方法，具體步驟為：
1）將磷石膏用質(zhì)量濃度為7%尿素溶液進(jìn)行洗滌然后過(guò)濾，然后用清水進(jìn)行多次洗滌過(guò)濾；
2）向步驟1）得到的磷石膏中加入水，固液質(zhì)量比控制在1：3，然后加入磷石膏質(zhì)量0.15%的轉(zhuǎn)晶劑，轉(zhuǎn)晶劑是采用硫酸鋁與檸檬酸鈉按照摩爾比1：2混合得到的；在95-98℃進(jìn)行反應(yīng)6小時(shí)，其為蒸汽加熱，反應(yīng)的同時(shí)進(jìn)行攪拌，控制攪拌速度為80rpm；再在10min內(nèi)進(jìn)行過(guò)濾并洗滌，洗滌時(shí)用的水溫度控制為75-90℃；過(guò)濾洗滌后使得物料的含水量在15wt%以下，氯離子含量在0.5wt%以下；得到的物料在70-100℃烘干，時(shí)間控制在30min以內(nèi)，最后得到高強(qiáng)石膏；其絕干抗壓強(qiáng)度為32MPa。
以上實(shí)施例中，步驟2）中過(guò)濾并洗滌后的濾液經(jīng)過(guò)膜分離除氯后在外加劑配制時(shí)回收使用，節(jié)能環(huán)保。