工業(yè)固體廢棄物磷石膏預(yù)處理及利用
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摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及工業(yè)生產(chǎn)的快速進(jìn)步，我國在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)α姿岷土追视兄叩男枨蟆５诹姿岷土追实纳a(chǎn)過程中，卻會出現(xiàn)大量的工業(yè)廢棄物磷石膏，現(xiàn)階段我國磷石膏的年排放量處于逐年上升階段。磷石膏的大量排放，不僅會侵占大面積的土地，還會造成十分嚴(yán)重的環(huán)境污染，這種環(huán)境污染會對人類的日常生產(chǎn)與生活造成不可避免的負(fù)面影響。為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境保護(hù)的協(xié)同發(fā)展，有必要對工業(yè)固體廢棄物磷石膏預(yù)處理技術(shù)及其綜合利用加強研究。
關(guān)鍵詞：工業(yè)固體廢棄物；磷石膏；預(yù)處理；綜合利用
引言
由于磷石膏本身的特性，使得它在交通、化工、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域都能夠得到有效的利用，譬如在建材領(lǐng)域，技術(shù)人員就開始嘗試使用磷石膏來進(jìn)行石膏板的制作等[1]。工業(yè)廢棄物磷石膏對環(huán)境具有一定的危害性，嚴(yán)重情況下還會威脅到人類的健康，因此將其通過物理、化學(xué)、生物等方式處理后進(jìn)行再次利用既是對環(huán)境的一種保護(hù)，也是對人類生存發(fā)展的負(fù)責(zé)。加強對工業(yè)固體廢棄物磷石膏預(yù)處理技術(shù)的研究符合國家對于“清潔生產(chǎn)”的要求，同時也能有效實現(xiàn)“節(jié)能、降耗、減污、增效”的目的，需要多方面人員的關(guān)注。
1工業(yè)固體廢棄物磷石膏產(chǎn)生的原因及特征
我國之所以會產(chǎn)生大量的廢棄臨時鋼，是因為我國的磷礦石開采過程中，通常都是使用濕法來進(jìn)行工業(yè)磷酸的生產(chǎn)，通過該類方法所生產(chǎn)出的磷酸要進(jìn)行凈化，而進(jìn)化的過程中會產(chǎn)生磷酸鹽，最后磷酸鹽會轉(zhuǎn)換為固體廢棄物，這類固體廢棄物的主要含量就是磷石膏。除了這一主要原因之外，工業(yè)復(fù)合肥的大量使用也是現(xiàn)階段磷石膏大量產(chǎn)生的主要原因。而相比較其他的工業(yè)固體廢棄物而言，磷石膏有較為獨特的化學(xué)性質(zhì)[2]。首先磷石膏，多呈白色粉末狀，屬于單斜晶系結(jié)晶度較好的晶體。但沒有經(jīng)過提純的工業(yè)，固體廢棄磷石膏，內(nèi)部含有較多的雜質(zhì)，因此不會呈白色粉末狀，而大多數(shù)情況下會呈淺灰或灰黑色的粉末狀。廢棄磷石膏多半含水量在25%左右，沒有較好的流動性，重量較輕，并且還有一些其他的微量重金屬。通常情況下，廢棄磷石膏一旦加熱到100℃左右，就會完全脫離自由水的狀態(tài)，一旦加入到175℃左右，就會完全變成半水石膏，倘若加熱到200℃左右，那么就會成為無水石膏。沒有經(jīng)過處理的磷石膏，雖然有能夠為多個領(lǐng)域與行業(yè)使用的潛質(zhì)，但這種潛質(zhì)卻無法實現(xiàn)。因此想要使得磷石膏的堆積問題得到解決，就需要對磷石膏進(jìn)行預(yù)處理。
2工業(yè)固體廢棄物磷石膏的預(yù)處理方式
想要使得工業(yè)固體廢棄物磷石膏能夠獲得質(zhì)量更佳的預(yù)處理，就需要對現(xiàn)階段經(jīng)常使用到的預(yù)處理方式進(jìn)行一個深入的了解與分析?，F(xiàn)階段經(jīng)常使用到的三類預(yù)處理方式有物理法，化學(xué)法以及熱處理法。
2.1物理法
物理法是一種較為常見的廢棄磷石膏處理方式。它通過球磨時間來對廢棄磷石膏的顆粒粒徑流動度以及凝結(jié)時間等進(jìn)行較為明顯的影響，球磨時間的不斷增加，以及物料凝結(jié)時間的增加會使得磷石膏的粒徑有明顯的減小。通常情況下，秋末的最佳時間大概是60~75分鐘左右，通過球磨磷石膏原本的形貌，就發(fā)生了較為巨大的改變，雜質(zhì)也會因為球磨時間的不斷延長而得到去除，因此，球磨是一種較為常見的物理處理方式。除了這種物理處理方式之外，水洗也是一種較為常見的物理處理法。一旦對水洗的固液比，以及字?jǐn)?shù)時間進(jìn)行調(diào)整，那么被處理的廢棄磷石膏中的可溶磷就會發(fā)生較為明顯的變化，但需要注意的是，在這一過程中磷石膏的溫度基本上不會發(fā)生較大的改變。相比較周末兒鹽水洗有無可比擬的優(yōu)勢，它可以幫助去除廢棄磷石膏中的二水石膏表面的有機(jī)物質(zhì)。但水洗也有一定的缺點，那就是它不能進(jìn)行共晶磷和難溶磷等雜質(zhì)的清洗[3]。除了水洗之外，超聲波和蒸養(yǎng)也是較為常見的物理處理方式。本文對此不加贅述。
2.2化學(xué)法
用化學(xué)法來對廢棄磷石膏進(jìn)行處理，通常會使用石灰中和原理以及檸檬酸來幫助進(jìn)行處理。之所以可以使用石灰中和原理來進(jìn)行處理，是因為石灰能夠與磷石膏發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成較為難溶解的磷酸二氫鈣或氟化鈣，這些物質(zhì)是沉淀物質(zhì)，卻沒有較大的危害。它能夠有效的調(diào)節(jié)磷石膏內(nèi)部的pH值，使得磷石膏呈中性。即使在工業(yè)生產(chǎn)過程中使用磷石膏來充當(dāng)緩凝劑，生產(chǎn)產(chǎn)品也不會由于磷石膏當(dāng)中不達(dá)標(biāo)的pH值而出現(xiàn)質(zhì)量問題。除了石灰中和法之外，檸檬酸法也是一種較為常見的化學(xué)方式，通常情況下，技術(shù)研究人員會嘗試使用，含有4%的檸檬酸溶液來浸泡磷石膏，被浸泡后的磷石膏屈服力較小，用以充當(dāng)膠凝材料可以節(jié)省用量，這樣一來，化工生產(chǎn)成本就得到了明顯的控制[4]。除此之外，檸檬酸處理法還能夠有效的幫助磷石膏進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，因此檸檬酸處理法也是一種較為常見的處理方式。
2.3熱處理法
熱處理法也是一種較常見的處理方式。技術(shù)研究人員發(fā)現(xiàn)，如將溫度上升至200~400℃左右，那么五氧化二磷就可轉(zhuǎn)化為較難溶解的磷酸鹽。而溫度大約上升到950℃左右時，有機(jī)磷中的五氧化二磷含量就已降低到了極限，其中的氟含量也得到了明顯降低，因此此時的磷石膏有害性就得到了基本的控制。但是，要將溫度維持在如此之高的范圍內(nèi)，需要耗費大量的資金與時間。因此熱處理法并不是一種性價比較高的處理方法。
3工業(yè)固體廢棄物磷石膏的綜合利用
由于磷石膏的特性，使得其能夠在各行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)都得到較好的綜合利用。下文將對工業(yè)固體廢棄物磷石膏的綜合利用進(jìn)行深入的研究與分析。
3.1在化工行業(yè)進(jìn)行綜合利用
將工業(yè)固體廢棄磷石膏放置入化工行業(yè)進(jìn)行利用，通常技術(shù)人員都會使用其進(jìn)行耐熱半水硫酸鈣晶須的制備，或是硝酸鈣以及高純碳酸鈣的制備。想利用其來進(jìn)行半水硫酸鈣晶須的制備依靠磷石膏是無法達(dá)成的，必須往磷石膏內(nèi)加入不同含量的硬脂酸鈉、硫酸鈉，才能夠達(dá)到理想制備效果。根據(jù)實驗研究人員不斷的實驗認(rèn)證發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用8%的油酸鈉，10%的硬脂酸鈉來，摻入進(jìn)磷石膏中進(jìn)行半水硫酸鈣晶須的制備時，能夠達(dá)到較為良好的制備效果。如果想使用磷石膏來進(jìn)行硝酸鈣的制備，那么技術(shù)研究人員就要嘗試將磷石膏與水進(jìn)行混合，并且往混合物中通入氨氣，在不斷的攪拌中，氨氣會與會入水的磷石膏進(jìn)行充分的反應(yīng)，待到反應(yīng)停止，技術(shù)人員可以嘗試通過過濾來得到尚未反應(yīng)的磷石膏沉降物以及氫氧化鈣。將磷石膏的沉降物與硝酸進(jìn)行反應(yīng)后，通過清洗和分離就能夠得到較為純凈的硝酸鈣溶液。技術(shù)研究人員想要使用磷石膏來進(jìn)行純碳酸鈣的制備，就需要將磷石膏與碳酸氨進(jìn)行反應(yīng)，這樣一來便可以制備出質(zhì)地較輕且純度較高的碳酸鈣，但在反應(yīng)過程中技術(shù)人員需要進(jìn)行攪拌器的使用，在使用攪拌器的過程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，攪拌器轉(zhuǎn)速的不同，溫度的不同以及反應(yīng)時間的不同，都會對碳酸鈣的品質(zhì)和純度造成十分嚴(yán)重的影響[5]。根據(jù)不斷的嘗試和研究，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在300~400轉(zhuǎn)每分鐘，反應(yīng)溫度保持在120℃到130℃左右，并且反應(yīng)時間不超過三個小時，最低不低于半個小時這一時間段內(nèi)，碳酸鈣的純度能達(dá)到最好的效果。
3.2在建材行業(yè)進(jìn)行綜合利用
在建材行業(yè)，廢棄的磷石膏能夠制備出新型的發(fā)泡墻體材料，還能夠進(jìn)行水泥砂漿以及自流平材料的制備。倘若想利用工業(yè)固體廢棄磷石膏來進(jìn)行發(fā)泡墻體的制備，就需要使用磷石膏來充當(dāng)緩凝劑，與水泥礦粉和發(fā)泡劑一起來進(jìn)行墻體的制備。根據(jù)研究人員對各部分制備材料的含量配比進(jìn)行不斷的調(diào)試后，研究人員發(fā)現(xiàn)，倘若使用滲量為0.05%左右的緩凝劑，以及滲量為4~%10%之間的礦粉和滲量為5~%15%之間的水泥，再加上大約0.6~%1.2%之間的發(fā)泡劑，就能夠制造出質(zhì)量較為優(yōu)秀，較為符合人民群眾日常居住期待的發(fā)泡墻體材料。如果想要進(jìn)行水泥砂漿的制備，那么就需要使用硅酸鹽水泥，來幫助進(jìn)行磷石膏內(nèi)部砂漿力學(xué)性能和耐水性能的改進(jìn)。通過研究不難發(fā)現(xiàn)，工業(yè)廢棄的磷石膏摻入量會對水泥砂漿的抗壓強度和凝結(jié)時間，甚至對水泥的粘稠度等性質(zhì)都會有較為明顯的影響。因此務(wù)必要謹(jǐn)慎進(jìn)行磷石膏在水泥砂漿內(nèi)的滲入和使用。技術(shù)研究人員通過不斷的實驗發(fā)現(xiàn)，磷石膏的合理使用，能夠幫助進(jìn)行水泥砂漿凝結(jié)時間的增加，換句話說林時剛能夠充當(dāng)性能較好的話凝劑，來幫助進(jìn)行日常水泥砂漿的制備，通過這種方式所制備出來的水泥砂漿，不僅強度得到了增強，并且致密性能也得到了增強，因此使用磷石膏來幫助進(jìn)行水泥砂漿的制備是一種很好的工業(yè)廢棄磷石膏綜合利用方法。
3.3磷石膏在農(nóng)業(yè)中的使用
磷石膏除了能夠在化工行業(yè)，建筑行業(yè)當(dāng)中進(jìn)行使用之外，還能夠在農(nóng)業(yè)中進(jìn)行較為有利的使用。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行工業(yè)廢棄磷石膏的使用原理是將磷石膏變廢為寶，使得其回歸大自然中，變?yōu)閯又参锬軌蛭盏酿B(yǎng)分，來促進(jìn)大自然的生態(tài)循環(huán)。經(jīng)過生態(tài)學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，植物在日常生長過程中，倘若能夠吸收一定量的磷酸根，那么就能夠獲得更好的生長。正因為如此大部分磷肥都是以磷酸根的使用形式來幫助進(jìn)行植物所需要的養(yǎng)分提供的。需要注意的是，由于沒有經(jīng)過中和作用的磷石膏本身呈現(xiàn)酸性，因此不適于在酸性土壤中進(jìn)行使用，否則很可能使得該土壤的性能得到破壞，使得農(nóng)作物由于磷石膏的使用而無法正常生長[6]。因此，在使用磷石膏之前，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員務(wù)必要對目標(biāo)使用土壤的酸堿性進(jìn)行判定，如果該土壤為堿性土壤，那么磷石膏并可以作為酸性肥料在日常農(nóng)作物和植物的生長中進(jìn)行使用。至于生長在堿性土壤中的農(nóng)作物有花生，油菜等。因此，磷石膏可以當(dāng)作酸性肥料，在花生和油菜的日常生長中進(jìn)行使用，它們一旦吸收了較多的磷酸根，就能夠獲得更加喜人的長勢。
結(jié)語
總而言之，不加任何處理和綜合利用的工業(yè)廢棄磷石膏，是很容易對自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響的，而想要消弭這種負(fù)面影響，技術(shù)研究人員務(wù)必要對工業(yè)廢棄磷石膏進(jìn)行綜合使用和處理。使得工業(yè)廢棄磷石膏能夠變廢為寶，為人類的日常生產(chǎn)生活帶來便利，同時讓未來的工業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展有新的面貌，也讓磷石膏過度排放所產(chǎn)生的環(huán)境問題得到徹底的解決。
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作者：賀曉燕 呂飛 賀光照 單位：昆明市生態(tài)環(huán)境工程評估中心
