碱性尾矿应用于磷石膏无害化处理的实验构想

2015-03-09梁静徐铁兵任钢刘庆辉

资源节约与环保 2015年8期

梁静徐铁兵任钢刘庆辉

（河北省环境科学研究院河北石家庄 050037）

磷石膏(CaSO4·2H2O)是生产磷肥、磷酸时排放出的固体废弃物。随着高浓度磷复肥、磷酸和洗涤剂工业的迅速发展，磷石膏废渣急剧增加（每生产1t磷酸约排放5t磷石膏）。目前，世界磷石膏年排放量达2.8×108t，我国也已超过5000×104t，占工业副产石膏的70%以上[1-2]。

表1 我们部分磷肥企业磷石膏年排放量[2]

目前世界上磷石膏的处置方法主要有海洋排放、堆存和综合利用几种方式。全世界磷石膏的平均利用率仅为4.5%，中国的利用率不到10%，堆存仍是目前磷石膏的主要处置方式。设置堆场，不仅占地多、投资大、堆渣费用高，而且对堆场的地质条件要求高，磷石膏长期堆积还会引起地表水及地下水的污染，开辟磷石膏更有价值的综合利用途径已迫在眉睫[3-4]。但是我国磷石膏的综合利用在发展中面临着开发利用处理过程复杂、投资较大、后延产品附加值低、利润微薄等问题[5-7]。而这些问题的解决也非一朝一夕能够完成。现阶段，主要的任务是在大力开展磷石膏综合利用的同时要积极推进磷石膏安全堆存。

1 磷石膏无害化处理的理论基础

1.1 磷石膏的理化特性

磷石膏能溶于酸、铵盐、甘油、微溶于水,不溶于乙醇。磷石膏因含有杂质一般为浅黄、浅灰或灰黑色的细粉状固体,含水率20%～30%,容重0.733～0.880g/cm3,粘性较大,流动性差,呈酸性,略有异味,主要成分为CaSO4·2H2O,并含有少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等重金属离子及放射性元素,以及未分解的磷矿粉、P2O5、F-和游离酸等杂质[3]，pH值明显呈酸性，其组成列于表2。

表2 磷石膏组成（%）

1.2 无害化处理的理论基础

尾矿是金属或非金属矿山开采出的矿石，经破碎磨矿和分选等处理选矿厂选出有价值的精矿后排放的废渣,通常以泥浆形式排入尾矿库中露天堆存。据统计,矿山每开采1t的矿石,就会产生0.52t尾矿，我国金属矿山尾矿堆存量达到25×108t[8-9]。

尾矿因在选磷过程中加入了碳酸钠、水玻璃等辅助材料，尾矿库回水略偏碱性。以某公司的尾矿为例，其原矿多元素分析如表3。尾矿中含有大量的钙（主要是以碳酸钙形式存在）。为此，考虑将磷石膏输送到尾矿库与尾矿混合堆存，在堆存的同时通过磷石膏中所含的P2O5、氟（主要以氟硅酸形式存在）与尾矿中的碳酸钙发生反应，形成难溶于水的氟化钙、磷酸钙、磷酸氢钙等物质，在尾矿库沉降，降低尾矿及回水中的pH值、P2O5、氟含量（见式1、2、3），从而减缓了磷石膏中的有害杂质在堆存过程中的环境风险。

表3 原矿多元素分析表

2 磷石膏无害化处理的实验构想

开展该实验的主导思想是通过磷石膏与尾矿混合，去除磷石膏中的有害成分，提高磷石膏的pH值，与此同时降低尾矿浆的碱度，使混合物的浸出液满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）中对第Ⅰ类一般工业固体废物的要求，与此同时，磷石膏与尾矿混合后的上清液必须符合《磷肥工业水污染物排放标准》的相关要求，实现磷石膏无害化处理。具体的技术路线图如图1。

图1 技术路线图

3 效益分析

从经济角度出发，对磷石膏进行无害化处理，其经济优势可以从尾矿库库容、建设尾矿库的配套设施建设、投资费用和运行管理几个方面表现出来（见表4）。以某公司为例，单独建设磷石膏尾矿库，投资费用较高（14965万元，不含租地费用），后期运行需单独配置磷石膏库管理人员，单独填筑子坝，对选矿尾矿库总库容影响较大。磷石膏无害化处理后不需单独建设磷石膏尾矿库，节省投资费用13345万元，后期运行只需配置选矿尾矿库管理人员，只需填筑选矿尾矿库子坝，对选矿尾矿库总库容影响较小。

表4 无害化处理前后经济投入对照表

从环保的角度，按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》进行了Ⅰ类固体废物的鉴别，为磷石膏渣的有效合法处理奠定扎实的理论基础，在磷石膏渣的无害化处理方面迈出第一步。科学合理的对磷石膏渣进行无害化处理，符合节能减排的需要，节约了大量的占地面积，同时因处理工艺具有工业化连续生产的特点，可以及时处理产生的废渣，降低了因长时间堆放给周边环境造成的环境风险。