一种由磷石膏制备高纯度石膏粉和副产物NH4Cl的方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及属于磷石膏的资源化利用领域，同时也属于
碳酸
钙及其下游产品的生产领域，具体涉及利用磷石膏制备高纯度石膏粉和副产物NH4Cl的方法。
背景技术
[0002] 磷石膏是湿法过程制
磷酸的副产物，世界湿法磷酸年总产量约2.6亿吨(以P2O5计)，仅此产业链所排放的磷石膏就达13亿t，而利用率却只有4.3％～4.6％。绝大部分磷石膏露天堆置，侵占大片的土地，同时污染周遭环境。所以，磷石膏的资源化利用具有重要的环境效益、经济效益和社会效益。
[0003] 磷石膏作为一种磷酸生产的工业副产物，其主要成分为CaSO4·2H2O,并含有少量的氟化合物、磷酸残液、酸不溶物、金属
氧化物、有机物等杂质和极微量的重金属元素。pH为1.5～4.5，呈酸性，含
水率很高，所含的游离水为20％～25％，黏性较强，其堆积
密度与水相当。磷石膏含多种杂质，其中有机物以及有色金属
铁等元素的化合物的存在使其呈呈灰白色或灰黑色，各种杂质的存在使其应用受到极大的限制。
[0004] 磷石膏的应用产品主要有以下几个方面：化工，如
硫酸钙、硫酸铵、
硫酸钾等；建材，如
石膏板、高强石膏砌
块、免烧砖等；修路，如路基材料和
沥青填料、改性剂等；
水泥产品，如水泥
缓凝剂、硫酸联产水泥等；农业，复合
肥料及
土壤改良剂，如磷石膏与矿粉、
煤灰等混合处理后的复混肥、钾钙肥等；填埋，如回填废弃矿井、工程遗留矿坑等。近年来，磷石膏产品发生了迅速更新，如碳酸钙晶须、硫酸钙晶须、纳米磷酸钙等新型磷石膏产品不断涌现。
[0005] 上述的种种方案缓解了磷石膏大量堆存现状，但存在的问题依然有很多，比如说无法大规模连续化生产，带来二次污染等等。磷石膏存在的纯度不够，含杂质较多，白度低等问题，长期制约着磷石膏的大规模应用，例如，若用于生产石膏板和装饰石膏等建材制品存在产品外观差且强度较低等问题。常见的水洗
净化工艺、水洗净化工艺、筛分法、闪烧法、球磨法等处理工艺存在投资大、处理量小、二次污染大等
缺陷，限制其大规模应用。为此，有必要探索磷石膏的工业应用方法，将磷石膏中的主要成分二水硫酸钙提取出来，充分发挥其潜在的经济价值。
发明内容
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种由磷石膏制备高纯度石膏粉和副产物NH4Cl的方法，该方法直接将磷石膏中的钙溶出，通
过酸碱除杂，最后经过洗涤和干燥得到高纯度的硫酸钙产品和
氯化铵副产物，解决了磷石膏的综合利用问题，能连续化生产、产物均能循环利用、无二次污染物产生。该技术方案详述如下。
[0007] 一种由磷石膏制备高纯度石膏粉和副产物NH4Cl的方法，包括如下步骤：
[0008] S1、将
破碎筛分后的磷石膏与去离子水按照
质量比为1:5～1:6混合，室温下充分搅拌0.5～1h，制得磷石膏溶液；按照磷石膏与碳酸钠质量比为5：3～10:7的比例，称取碳酸钠，同时将碳酸钠与去离子水按照质量比1:2～1:5混合，制得饱和碳酸钠溶液；
[0009] S2、将碳酸钠溶液缓慢加入磷石膏溶液中，边加边搅拌，生成白色沉淀和硫酸钠溶液，待无新增白色沉淀产生时，停止滴加碳酸钠溶液，过滤，分别收集硫酸钠溶液和初级
滤饼备用；
[0010] S3、按初级滤饼与去离子水质量比为1:5～1:6的比例，在初级滤饼中加入去离子水充分搅拌，得到滤饼溶液；将质量分数为10％的稀
盐酸逐滴加入滤饼溶液中，边滴加边搅拌，生成二氧化碳气体和
氯化钙溶液，待气泡不再产生时停止加盐酸；收集产生的气体二氧化碳，在步骤S5中添加再利用；过滤去除杂质滤渣，收集氯化钙溶液；
[0011] S4、在氯化钙溶液中加入步骤S2制得的硫酸钠溶液，反应生成白色沉淀和
氯化钠溶液，过滤，分别收集氯化钠溶液和白色沉淀待用；将白色沉淀在50～70℃下烘干2.5～4h得到二水硫酸钙；
[0012] S5、按磷石膏与氯化钠质量比为2:1～5:2的比例，称取氯化钠，将氯化钠添加到步骤S4得到的氯化钠溶液中，加热
蒸发形成饱和氯化钠溶液，将饱和氯化钠溶液在25～35℃下冷却后过滤，收集滤液，先通入滤液与
氨水的体积比为1:800～1:850的氨气，形成饱和铵盐溶液；再通入滤液与二氧化碳体积比1:120～1:150的二氧化碳，析出
碳酸氢钠沉淀，得到氯化钠和氯化铵混合溶液，过滤，分别收集碳酸氢钠沉淀和混合滤液；
[0013] S6、将步骤S5制备的碳酸氢钠沉淀在250℃～275℃加热2～2.5小时，分解生成碳酸钠和二氧化碳，收集二氧化碳和碳酸钠，碳酸钠在步骤S1中添加再利用，二氧化碳气体在步骤S5中添加再利用；
[0014] S7、在步骤S5制备的混合滤液中通入混合滤液与氨气体积比1:150～1:180℃的氨气，并加入混合滤液与氯化钠质量比18:1～20:1的氯化钠细粉，
温度降至5-10℃，析出氯化铵沉淀，过滤，分别收集滤液和滤渣；滤渣80℃～85℃烘干得到氯化铵晶体；滤液为饱和氯化钠溶液，在步骤S5的反应体系添加再使用。
[0015] 本发明中所使用的磷石膏为普通磷酸生产过程中所排放的磷石膏，只需破碎和筛分即可使用，无需做过多预处理。
[0016] 以上步骤中所述氨水、盐酸、氯化钠均为市售常规
试剂。
[0017] 本发明中整个工艺流程只需在常温常压下完成。
[0019] 1)本发明的技术方案以磷石膏为主要原料，添加盐酸和氨水，整个反应工艺环环相扣，形成一个反应闭环，所有的副产物均可以作为其他反应原料，无任何新增废弃物产生，是一种低成本，高环境效益及高附加值的磷石膏资源化利用的技术工艺。
[0020] 2)本发明的技术方案采用侯氏制碱法，与磷化工企业现状相吻合，很多大型磷化工企业都有合成氨装置，具备制碱条件，利于大面积推广。
[0021] 3)常规的氢氧化钠提取磷石膏工艺易产生副产品水玻璃，严重阻碍生产进行，本工艺采用碳酸钠原料将硫酸钙从磷石膏中提取出来，可实现连续化生产，通过简单的提纯过程后，磷石膏中的
二氧化硅、酸不溶物与
金属离子均得以大量去除，而硫酸钙的纯度则提升至了98％，完全符合建筑石膏粉的使用的标准，副产物氯化铵可作为工业原料和肥料，具有极大的经济效益和社会效益，是磷石膏资源化利用的新思路；
[0022] 4)磷石膏作为生产原料而无需经过过多预处理的工艺，因此大大节约了成本，整个工艺在常温常压下即可完成，生产工艺简单易行、能耗低，不产生对环境有污染的物质，易于工业化应用；
[0023] 5)本发明的技术方案除了可以
回收利用磷石膏，生产出高纯度的碳酸钙产品以外，还可以用于生产钙类下游产品，具有较好的市场前景。
附图说明
[0024] 图1是本发明由磷石膏制备高纯度石膏粉和副产物NH4Cl的方法
流程图。
具体实施方式
[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和
实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026] 先将本具体实施方式所述的磷石膏的主要化学成分统一描述如下:CaO为28～32wt％，S03为40～45wt％，MgO为0.1～0.5wt％，Si02为4.5～6wt％，A1203为0.4～0.8wt％，Fe203为0.2～1wt％，P205为15～20wt％，F为0.3～0.5wt％。实施例中不再赘述。
[0027] 实施例1
[0028] 如图1所示，为本发明用磷石膏制备高纯度石膏粉和副产物NH4Cl的方法流程图。其中一种制备方法如下：
[0029] S1、将破碎筛分后的磷石膏与去离子水按照质量比为1:5混合，室温下充分搅拌0.5h，制得磷石膏溶液；按照磷石膏与碳酸钠质量比为5:3的比例，称取碳酸钠，同时将碳酸钠与去离子水按照质量比1:4混合，制得饱和碳酸钠溶液；
[0030] S2、将碳酸钠溶液缓慢加入磷石膏溶液中，边加边搅拌，生成白色沉淀和硫酸钠溶液，待无新增白色沉淀产生时，停止滴加碳酸钠溶液，过滤，分别收集硫酸钠溶液和初级滤饼备用；
[0031] S3、按初级滤饼与去离子水质量比为1:5的比例，在初级滤饼中加入去离子水充分搅拌，得到滤饼溶液；将质量分数为10％的稀盐酸逐滴加入滤饼溶液中，边滴加边搅拌，生成二氧化碳气体和氯化钙溶液，待气泡不再产生时停止加盐酸；收集产生的气体二氧化碳，在步骤S5中添加再利用；过滤去除杂质滤渣，收集氯化钙溶液；
[0032] S4、在氯化钙溶液中加入步骤S2制得的硫酸钠溶液，反应生成白色沉淀和氯化钠溶液，过滤，分别收集氯化钠溶液和白色沉淀待用；将白色沉淀在60℃下烘干3h得到二水硫酸钙，经国标法测定其纯度为98.6％；
[0033] S5、按磷石膏与氯化钠质量比为2:1的比例，称取氯化钠，将氯化钠添加到步骤S4得到的氯化钠溶液中，加热蒸发形成饱和氯化钠溶液，将饱和氯化钠溶液在28℃下冷却后过滤，收集滤液，先通入滤液与氨水的体积比为1:800的氨气，形成饱和铵盐溶液；再通入滤液与二氧化碳体积比1:130的二氧化碳，析出碳酸氢钠沉淀，得到氯化钠和氯化铵混合溶液，过滤，分别收集碳酸氢钠沉淀和混合滤液；
[0034] S6、将步骤S5制备的碳酸氢钠沉淀在260℃加热2小时，分解生成碳酸钠和二氧化碳，收集二氧化碳和碳酸钠，碳酸钠在步骤S1中添加再利用，二氧化碳气体在步骤S5中添加再利用；
[0035] S7、在步骤S5制备的混合滤液中通入混合滤液与氨气体积比1:150的氨气，并加入混合滤液与氯化钠质量比20:1的氯化钠细粉，温度降至8℃，析出氯化铵沉淀，过滤，滤渣80℃烘干得到氯化铵晶体；滤液为饱和氯化钠溶液，在步骤S5的反应体系添加再使用。
[0036] 实施例2
[0037] 如图1所示，为本发明用磷石膏制备高纯度石膏粉和副产物NH4Cl的方法流程图。其中一种制备方法如下：
[0038] S1、将破碎筛分后的磷石膏与去离子水按照质量比为1:6混合，室温下充分搅拌1h，制得磷石膏溶液；按照磷石膏与碳酸钠质量比为10:7的比例，称取碳酸钠，同时将碳酸钠与去离子水按照质量比1:3混合，制得饱和碳酸钠溶液；
[0039] S2、将碳酸钠溶液缓慢加入磷石膏溶液中，边加边搅拌，生成白色沉淀和硫酸钠溶液，待无新增白色沉淀产生时，停止滴加碳酸钠溶液，过滤，分别收集硫酸钠溶液和初级滤饼备用；
[0040] S3、按初级滤饼与去离子水质量比为1:5的比例，在初级滤饼中加入去离子水充分搅拌，得到滤饼溶液；将质量分数为10％的稀盐酸逐滴加入滤饼溶液中，边滴加边搅拌，生成二氧化碳气体和氯化钙溶液，待气泡不再产生时停止加盐酸；收集产生的气体二氧化碳，在步骤S5中添加再利用；过滤去除杂质滤渣，收集氯化钙溶液；
[0041] S4、在氯化钙溶液中加入步骤S2制得的硫酸钠溶液，反应生成白色沉淀和氯化钠溶液，过滤，分别收集氯化钠溶液和白色沉淀待用；将白色沉淀在70℃下烘干3h得到二水硫酸钙，经国标法测定其纯度为98.7％；
[0042] S5、按磷石膏与氯化钠质量比为5:2的比例，称取氯化钠，将氯化钠添加到步骤S4得到的氯化钠溶液中，加热蒸发形成饱和氯化钠溶液，将饱和氯化钠溶液在30℃下冷却后过滤，收集滤液，先通入滤液与氨水的体积比为1:850的氨气，形成饱和铵盐溶液；再通入滤液与二氧化碳体积比1:140的二氧化碳，析出碳酸氢钠沉淀，得到氯化钠和氯化铵混合溶液，过滤，分别收集碳酸氢钠沉淀和混合滤液；
[0043] S6、将步骤S5制备的碳酸氢钠沉淀在270℃加热2.5小时，分解生成碳酸钠和二氧化碳，收集二氧化碳和碳酸钠，碳酸钠在步骤S1中添加再利用，二氧化碳气体在步骤S5中添加再利用；
[0044] S7、在步骤S5制备的混合滤液中通入混合滤液与氨气体积比1:160的氨气，并加入混合滤液与氯化钠质量比18:1的氯化钠细粉，温度降至7℃，析出氯化铵沉淀，过滤，滤渣85℃烘干得到氯化铵晶体；滤液为饱和氯化钠溶液，在步骤S5的反应体系添加再使用。
[0045] 实施例1和实施例2中涉及的反应方程式如下：
[0046] CaSO4+Na2CO3＝CaCO3↓+Na2SO4 (1)
[0047] CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2↑ (2)
[0048] CaCl2+Na2SO4＝CaSO4↓+2NaCl (3)
[0049] NaCl+CO2+NH3+H2O＝NaHCO3↓+NH4Cl (4)
[0050]
[0051] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
