磷化工酸性廢水脫除高鎂磷礦中氧化鎂工藝

　　磷礦是一種重要的礦物資源，主要用于生產(chǎn)磷酸、磷肥及磷酸鹽產(chǎn)品。磷礦中鎂鋁鐵等雜質(zhì)特別是鎂的存在會(huì)對(duì)磷礦的濕法加工帶來一系列極為不利的影響。在濕法磷酸生產(chǎn)中鎂幾乎全部進(jìn)入磷酸中，不但會(huì)增加硫酸的消耗，還造成硫酸鈣結(jié)晶細(xì)小，使得磷石膏過濾強(qiáng)度下降，洗滌效率、磷收率也隨之降低。對(duì)于相同規(guī)模的生產(chǎn)裝置，其實(shí)際生產(chǎn)能力隨著磷礦含鎂量的增加而下降。不僅如此，磷礦中的鎂進(jìn)入磷酸液相后，也給磷酸的后續(xù)加工帶來不利影響，在濃縮磷酸時(shí)增加酸的粘度并且析出沉淀物極易堵塞系統(tǒng)，在磷銨生產(chǎn)時(shí)容易出現(xiàn)造粒困難和產(chǎn)品氮養(yǎng)分不足以及生產(chǎn)磷酸鈣鹽時(shí)造成產(chǎn)品鈣養(yǎng)分不足等問題。

　　對(duì)于脫除磷礦中包括鎂在內(nèi)的雜質(zhì)，目前國內(nèi)外主要采用擦洗、正反浮選和重介質(zhì)選取等物理方法來使磷礦和雜質(zhì)分離，從而達(dá)到富集磷礦并且除雜的目的。然而僅采用物理選礦的方法，很難將磷礦中MgO含量降到1%以下，而且磷損失較大，因此，需要研究進(jìn)行其它處理方法，而對(duì)高鎂含量的磷礦而言，研究有效降低氧化鎂含量的方法更為迫切。化學(xué)脫鎂主要利用“弱酸脫鎂冶的原理。磷礦中的鎂基本是以白云石(CaMg(CO3)2)的形式存在，利用在弱酸介質(zhì)如稀硫酸中CaMg(CO3)2的反應(yīng)活性遠(yuǎn)大于氟磷酸鈣的特性，使H+通過磷礦顆粒微細(xì)孔隙滲透至白云石微粒表面參加反應(yīng)，以達(dá)到分解CaMg(CO3)2、脫除Mg的目的，從而降低磷礦中的鎂含量。

　　磷化工的生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的酸性廢水，該廢水一般酸性強(qiáng)，磷氟含量高，需要處理才能作為工藝水循環(huán)使用或達(dá)標(biāo)外排。研究該酸性廢水的利用，可以降低企業(yè)污水的處理負(fù)荷，并且同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排的效果，環(huán)保效益顯著。本項(xiàng)目主要利用該磷化工酸性廢水，通過化學(xué)脫鎂原理開展脫除高鎂磷礦中氧化鎂的研究。

　　1、實(shí)驗(yàn)

　　1.1 實(shí)驗(yàn)原料

　　實(shí)驗(yàn)所用高鎂磷礦樣品取自貴州福泉，化學(xué)成分分析如表1所示。

　　所用磷化工酸性廢水取自貴州福泉馬場(chǎng)坪工業(yè)園，主要成分見表2。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)方法

　　按一定的液固比在一定溫度的酸性廢水中加入高鎂磷礦，連續(xù)攪拌反應(yīng)一定時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾進(jìn)行固液分離，分析固相中磷鎂含量，計(jì)算磷礦中磷鎂變化情況。

　　1.3 分析方法

　　磷礦中五氧化二磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定采用磷鉬酸喹啉質(zhì)量法，磷礦中氧化鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定采用EDTA容量法。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 反應(yīng)溫度的優(yōu)化

　　在探索實(shí)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，首先在工藝條件為液固比4：1，反應(yīng)時(shí)間1.5h下進(jìn)行25℃、30℃、35℃、40℃、50℃的反應(yīng)溫度優(yōu)化工藝實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

　　從表3可以看出溫度對(duì)脫鎂率有一定影響，脫鎂率隨溫度呈先上升后略有下降的趨勢(shì)，在30℃時(shí)脫鎂率最高，達(dá)到約69%的脫鎂率，脫鎂后中磷礦中氧化鎂僅0.94%。從脫鎂效果和節(jié)能以及工業(yè)化易實(shí)施的角度出發(fā)，認(rèn)為將化學(xué)脫鎂反應(yīng)溫度設(shè)定為約30℃較為合適。

　　2.2 反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化

　　在工藝條件為液固比4：1，反應(yīng)溫度30℃下進(jìn)行0.5h、1h、1.5h、2.5h的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)化工藝實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

　　從表4可以看出反應(yīng)時(shí)間越長，脫鎂率越高。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到1h后，脫鎂率趨于穩(wěn)定，增長緩慢。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過1.5h后，有少量氟磷灰石開始與酸性廢水反應(yīng)，所以磷回收率開始有下降的趨勢(shì)。通過實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間為1~1.5h，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際可以做出適當(dāng)調(diào)整，例如當(dāng)高鎂磷礦中氧化鎂含量較高或脫鎂率指標(biāo)要求較高時(shí)，可以選擇反應(yīng)時(shí)間為1.5h，反之，當(dāng)磷礦中氧化鎂含量相對(duì)偏低或脫鎂率指標(biāo)要求不高時(shí)可以選擇反應(yīng)時(shí)間為1h。

　　2.3 液固比的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

　　在工藝條件為反應(yīng)溫度30℃、反應(yīng)時(shí)間1.5h下進(jìn)行酸性廢水與高鎂磷礦的液固比為2：1、3：1、4：1、5：1的液固比優(yōu)化工藝實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

　　從表5可以看出，液固比對(duì)高鎂磷礦脫鎂效果的影響很大，隨著液固比的增大，脫鎂率不斷提高，當(dāng)液固比為4：1時(shí)脫鎂效果達(dá)到磷礦中氧化鎂含量小于1%。相對(duì)于磷礦，酸性廢水的加入量越大，可與磷礦反應(yīng)的酸也就越多，并且液相鎂的濃度經(jīng)稀釋而降低，這也有利于脫鎂反應(yīng)的進(jìn)行，所以液固比是影響脫鎂效果的最大因素。

　　從工業(yè)化的角度考慮，液固比是影響工業(yè)化裝置大小、產(chǎn)能的重要因素，液固比越大，設(shè)備投資規(guī)模也就越大。同時(shí)，由于化學(xué)脫鎂反應(yīng)后，固液分離的液相含鎂液需進(jìn)行處理，化學(xué)脫鎂反應(yīng)的液固比越大，需要處理的含鎂液也就越多，因此客觀上也限制了液固比的比例。因此，在滿足高鎂磷礦脫鎂效果的基礎(chǔ)上，需要限制酸性廢水的投入量，實(shí)驗(yàn)優(yōu)選液固比為4：1。

　　3、結(jié)論

　　本研究采用磷化工酸性廢水對(duì)高鎂磷礦進(jìn)行化學(xué)脫鎂，優(yōu)選脫鎂工藝為：反應(yīng)溫度30℃，反應(yīng)時(shí)間1~1.5h，反應(yīng)液固比4：1，工藝效果是磷礦中氧化鎂從2.92%降至0.94%，脫鎂率約70%，磷回收率約100%。實(shí)驗(yàn)證明該技術(shù)可以有效降低高鎂磷礦中氧化鎂含量，脫鎂處理后提高了磷礦的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，從源頭上降低了磷礦中氧化鎂對(duì)制酸制肥的不利影響，為高鎂磷礦的處理利用提供了有效途徑。(來源：中低品位磷礦及其共伴生資源高效利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甕?；た萍加邢薰?