[發明專利]一種基于硫酸鈉電解的磷石膏處理裝置及方法

有效

• 申請號: 202010051656.1
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111364055B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 吳旭;韋聚才;古月圓;付饒
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C25B1/22
• 分類號: C25B1/22;C25B1/20;C25B9/19;C25B15/08;C25B15/00;C01F11/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孫楊柳;李智

本發明公開了一種基于硫酸鈉電解的磷石膏處理裝置及方法，屬于電化學工程技術應用技術領域。包括電解單元和反應單元，硫酸儲罐、酸循環泵、酸三通閥和硫酸鈉電解器依次連接，同時硫酸儲罐與硫酸鈉電解器直接連接；硫酸鈉儲罐、堿循環泵、堿三通閥和硫酸鈉電解器依次連接，同時硫酸鈉儲罐與硫酸鈉電解器直接連接；堿三通閥與磷石膏反應器連接，磷石膏反應器、排渣泵、過濾器、濾液儲罐和回流泵依次連接，回流泵與硫酸鈉儲罐連接。本發明處理方法中電解硫酸鈉生成燒堿和硫酸，燒堿與磷石膏反應生成熟石灰。硫酸返回磷肥廠生產線，硫酸鈉溶液循環使用，資源化鈣、硫元素。裝置緊湊，結構簡單，運行穩定，資源回收率高，無二次污染，實現零污染排放。

技術領域

本發明屬于電化學工程技術應用技術領域，更具體地，涉及一種基于硫酸鈉電解的磷石膏處理裝置及方法。

背景技術

我國是農業大國，每年消耗大量的磷肥，每產生1噸磷肥會產生4.8噸左右磷石膏，磷石膏累計庫存量已經超過了5億噸。傳統火法處理工藝裝置投資大，煤耗高、電耗高，加上產品質量差和硫酸生產不穩定，大多數裝置實際產能遠遠達不到設計產能甚至是面臨關停。磷石膏已經成為制約磷化工行業可持續發展的重要環保問題，開發技術經濟可行的資源化利用途徑，是解決磷化工行業發展瓶頸問題的必要手段。

電解硫酸鈉制燒堿及硫酸，反應式如下：

陽極反應：

2H₂O-4e^-→4H⁺+O₂↑E_1/2＝+1.229V

陰極反應：

H₂O+2e^-→20H-+H₂↑E_1/2＝-0.828V

電解反應：

Na₂SO₄+2H₂O→2NaOH+H₂SO₄ E＝+2.057V

但此項研究一直因為缺少好的隔膜材料和電解器結構而致使電流效率不高、電能消耗較大。上世紀九十年代，杜海燕等人報道過采用陽離子交換膜兩室電解硫酸鈉的工藝研究和電解槽，陽極室通入硫酸鈉溶液，陰極室通入氫氧化鈉溶液，得到純的燒堿溶液與硫酸/硫酸鈉混合溶液。如若將此法應用到磷石膏處理工藝中，燒堿溶液和磷石膏反應后得到燒堿/硫酸鈉混合溶液，硫酸鈉溶液需先除雜才能循環使用，操作復雜，成本較高。專利CN103060834A與CN108623197A采用類似陽離子交換膜電解工藝，也不適用于磷石膏處理。近幾年，貴州大學肖仁貴教授團隊報道了一種雙極膜電滲析技術處理磷石膏的工藝，采用兩張雙極膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜的五腔室結構，磷石膏濁液直接通入鹽室電解，硫酸溶液和燒堿溶液分別通入陽極室和陰極室。磷石膏直接進行電滲析，磷石膏及產生的Ca(OH)₂易堵塞膜孔，料液中的雜質造成膜污染，膜性能降低，縮短了膜的使用時間。武漢工程大學張澤強教授團隊報道了類似的雙極膜電滲析技術處理磷石膏，不同的是其鹽室通入的硫酸鈉溶液。雙極膜電滲析技術使用較多膜材料，且操作電壓較高，成本難以降低。專利CN1302920A公開了一種用于煙氣脫硫場合的單膜雙室陰離子交換膜電解硫酸鈉/硫酸氫鈉的工藝流程，陽極電解液為硫酸溶液，陰極電解液硫酸鈉/硫酸氫鈉溶液，電解液溫度要求為55～90℃。針對煙氣脫硫這一特殊應用，煙氣帶有大量余熱，將煙氣通入溶液的同時即可將溶液溫度提高至55～90℃甚至更高溫度。針對磷石膏需要處理量大，反應固液比高，產物價值不高，電解液維持如此高的溫度需要補充額外的能量進行加熱，在經濟上難以施行。而且，公開文獻并無記載使用多通道陰膜堆疊的電解器電解硫酸鈉生產燒堿處理磷石膏的整套裝置和工藝流程。

發明內容