[發明專利]一種硫酸鈣還原方法

有效

• 申請號: 201710826538.1
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107522170B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 趙強;閆康平;王貴欣;羅春暉;李彥成;汪瑤
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C01B17/50
• 分類號: C01B17/50;C01B25/32;C01B25/37;C01G49/08
• 代理公司: 11319 北京潤澤恒知識產權代理有限公司
• 代理人: 莎日娜

本發明涉及一種以磷鐵為還原劑處理和資源化利用硫酸鈣的方法，其中以磷鐵為還原劑，將其與硫酸鈣混合物在CO₂氣氛中焙燒，產生可以后續利用的SO₂氣體，以及鐵氧化物、磷酸鹽等產品。通過這種方式實現了硫酸鈣中的硫元素的回收，為其資源化利用提供了一種新的方法。該方法所采用的磷鐵可以來自化工副產物——磷鐵渣，因此該方法具有成本低的特點。該方法在回收利用硫元素的同時，將本身難以利用的磷鐵轉換成了磷酸鹽或者焦磷酸鹽，方便其在后續工序中加入磷酸工業而被資源化利用。此外，本方法還具有工藝簡單反應易操作，對過程設備的要求低，能耗低，清潔環保，效益高，適用于磷酸鈣和磷鐵的綜合利用和規模工業化低成本清潔生產。

技術領域

本發明屬于材料制造工藝技術領域，特別涉及一種硫酸鈣還原利用的新工藝，可應用于硫酸工業，磷酸工業和陶瓷等工業中。

背景技術

硫酸鈣，分子式為CaSO₄，俗稱石膏。硫酸鈣在在生產和生活中應用廣泛，常用作建筑材料、工藝品、粉筆、石膏繃帶、食品絮凝劑等。硫酸鈣的來源包括天然石膏礦和工業副產物。按照工業來源分類又分為磷石膏，硫石膏等，均為其相關產品生產過程中產生的固體廢渣，主要以CaSO₄·2H₂O的形式存在。在世界范圍內，僅磷肥工業每年產生的石膏量就高達28億噸，我國磷石膏產量高達3000萬噸。由于工業石膏不僅量大，還含有有害雜質，難以利用，目前主要采用堆放和填埋的方式進行處理。這種方式不僅占地，還造成環境污染。因此開發硫酸鈣的綜合利用工藝迫在眉睫。在目前的研究和工業實踐中，硫酸鈣的利用方法關鍵在于還原其中的硫元素。目前主要采用的還原劑是碳和硫。通過單質碳和硫將硫酸鈣中的硫元素還原得到二氧化硫并用于生產硫酸。這類方法存在一些問題，比如操作溫度高、能耗高、增加了碳排放和成本高較高等。由于以上原因，目前這類方法的附加值低而難以大規模推廣和利用。

本發明采用磷鐵為還原劑，主要是磷鐵渣。磷鐵渣是一種磷化工或硅酸鹽化工的副產物，是一種磷元素和鐵元素的合金。磷鐵略有金屬光澤，比重較大，導電性好，常溫下化學性質穩定。由于其性質穩定，對磷鐵渣的綜合利用是一個工業難題。在實際工業過程中常作為廢渣處理，這也導致其價格較低。我國磷鐵來源廣泛， 僅在電爐法制磷工藝中，每生產1噸黃磷就會產出磷鐵100~200kg，其中w_(P)= 18%~26%、w_(Fe)≈70%。但是由于磷鐵中鐵和磷的化學價都較低，使其具有一定的還原性，因此本工藝中將磷鐵作為硫酸鈣的還原劑。

二氧化碳（CO₂）是主要的溫室效應氣體，也是目前工業的主要碳排放形式。隨著全球變暖加劇，CO₂的捕獲和利用技術受到人們的廣泛關注。在本發明提出的新工藝中，硫酸鈣是在CO₂氣氛中進行還原，于此同時CO₂被轉化成具有工業應用價值的CO。并且采用CO₂氣氛避免了大量P₂O₅的生成，及其所帶來的對設備的嚴峻考驗。

為了克服目前硫酸鈣綜合利用工藝的不足，本發明創造性的提出以磷鐵為還原劑對硫酸鈣進行還原的全新工藝路線。

到目前為止，國內外尚沒有以磷鐵為為還原劑還原硫酸鈣的報道，更沒有相關工藝路線的報道和專利。通過有效的工藝和方法，以磷鐵，硫酸鈣和CO₂為原料，在高溫下焙燒得到SO₂，同時將磷鐵轉化為鐵氧化物和磷酸鹽（或焦磷酸鹽），將CO₂轉化為具有應用價值的CO氣體。該工藝以磷鐵為還原劑，用以還原硫酸鈣中的硫元素，使其轉化為方便利用的SO₂氣體。在后續工序中SO₂可以加入硫酸工業中，通過吸收和氧化制備高純度硫酸。于此同時實現了CO₂的轉化和利用。該工藝利用廉價的磷鐵廢渣和工業廢氣對硫酸鈣進行了有效的處理，具有低成本和環境效益高的特點。

發明內容