我國工業(yè)固體廢棄物磷石膏預處理及綜合利用

賀曉燕 呂 飛 賀光照

（1 昆明市生態(tài)環(huán)境工程評估中心 云南昆明 650100 2 云南昊藍環(huán)境工程有限公司 云南昆明 650100）

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，嚴重情況下還會威脅到人類的健康，因此將其通過物理、化學、生物等方式處理后進行再次利用既是對環(huán)境的一種保護，也是對人類生存發(fā)展的負責。加強對工業(yè)固體廢棄物磷石膏預處理技術(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)出的磷酸要進行凈化，而進化的過程中會產(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，就需要對磷石膏進行預處理。

2 工業(yè)固體廢棄物磷石膏的預處理方式

想要使得工業(yè)固體廢棄物磷石膏能夠獲得質(zhì)量更佳的預處理，就需要對現(xiàn)階段經(jīng)常使用到的預處理方式進行一個深入的了解與分析。現(xiàn)階段經(jīng)常使用到的三類預處理方式有物理法，化學法以及熱處理法。

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，以及字數(shù)時間進行調(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物質(zhì)。但水洗也有一定的缺點，那就是它不能進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 化學法

用化學法來對廢棄磷石膏進行處理，通常會使用石灰中和原理以及檸檬酸來幫助進行處理。之所以可以使用石灰中和原理來進行處理，是因為石灰能夠與磷石膏發(fā)生化學反應，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緩凝劑，生產(chǎn)產(chǎn)品也不會由于磷石膏當中不達標的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行微觀結(jié)構(gòu)的改進，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行深入的研究與分析。

3.1 在化工行業(yè)進行綜合利用

將工業(yè)固體廢棄磷石膏放置入化工行業(yè)進行利用，通常技術(shù)人員都會使用其進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。想利用其來進行半水硫酸鈣晶須的制備依靠磷石膏是無法達成的，必須往磷石膏內(nèi)加入不同含量的硬脂酸鈉、硫酸鈉，才能夠達到理想制備效果。根據(jù)實驗研究人員不斷的實驗認證發(fā)現(xiàn)，當使用8%的油酸鈉，10%的硬脂酸鈉來，摻入進磷石膏中進行半水硫酸鈣晶須的制備時，能夠達到較為良好的制備效果。如果想使用磷石膏來進行硝酸鈣的制備，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行充分的反應，待到反應停止，技術(shù)人員可以嘗試通過過濾來得到尚未反應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行反應后，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行純碳酸鈣的制備，就需要將磷石膏與碳酸氨進行反應，這樣一來便可以制備出質(zhì)地較輕且純度較高的碳酸鈣，但在反應過程中技術(shù)人員需要進行攪拌器的使用，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時間的不同，都會對碳酸鈣的品質(zhì)和純度造成十分嚴重的影響[5]。根據(jù)不斷的嘗試和研究，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，當轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在300～400 轉(zhuǎn)每分鐘，反應溫度保持在120℃到130℃左右，并且反應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)，碳酸鈣的純度能達到最好的效果。

3.2 在建材行業(yè)進行綜合利用

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行發(fā)泡墻體的制備，就需要使用磷石膏來充當緩凝劑，與水泥礦粉和發(fā)泡劑一起來進行墻體的制備。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。如果想要進行水泥砂漿的制備，那么就需要使用硅酸鹽水泥，來幫助進行磷石膏內(nèi)部砂漿力學性能和耐水性能的改進。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)必要謹慎進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，能夠幫助進行水泥砂漿凝結(jié)時間的增加，換句話說林時剛能夠充當性能較好的話凝劑，來幫助進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)當中進行使用之外，還能夠在農(nóng)業(yè)中進行較為有利的使用。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域進行工業(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，來促進大自然的生態(tài)循環(huán)。經(jīng)過生態(tài)學家的研究發(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)必要對目標使用土壤的酸堿性進行判定，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，磷石膏可以當作酸性肥料，在花生和油菜的日常生長中進行使用，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)境造成負面影響的，而想要消弭這種負面影響，技術(shù)研究人員務(wù)必要對工業(yè)廢棄磷石膏進行綜合使用和處理。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。