[新闻]:磷矿加工中资源综合利用是磷化工产业发展的必由之路

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2018-11-07

在磷矿工业化利用以来的很长一段时间内,其价值关注集中在磷元素方面,主要采用电热法或化学湿法将其中的磷元素以不同的形态中分离出来,制备元素磷、磷酸,再进一步生产各类磷化物和磷酸盐产品。

磷矿中的其他元素,以及热法加工过程中加入炭转化成的CO、湿法加工过程中加入酸根离子转化成的各种钙盐,其大部分在很长一段时间内被当作废弃物排至自然界,对生态环境造成负面影响。 这些废弃物的量是巨大的,我国湿法磷酸生产每年副产磷石膏约7000万t,电热法黄磷每年副产高浓度CO气体近30亿m3。 使磷矿中的各种矿物质,以及加工过程中进入系统的各种物质得到充分利用是磷化工领域的不断追求。 迄今为止,这一领域已有若干技术得到产业化应用:黄磷炉渣在建材方面的应用;黄磷炉尾气作为燃料在能源方面的应用以及在化工方面制甲酸、甲酸盐;氟硅酸制氟硅酸盐、氢氟酸;磷石膏制建材,制硫酸联产水泥(或钙质建材原料),制硫酸钾、硫酸铵等化工产品;从湿法磷酸中提取铀、碘等。

磷矿加工过程中,进入系统的磷矿和其他原料,除进入湿法磷酸产品的那一部分物料外,均从选矿及后续加工的各个加工过程陆续被排出成为废弃物,不仅浪费了资源,而且对生态环境造成负面影响,还派生出了解决这些“三废”的环境治理项目。 为达到治理目的,技术难度同样很高,投资也十分巨大。 在磷化加工过程中进一步努力将进入系统的所有资源尽可能地转化成为有价值的产品,是当代磷化工工作者的历史责任。 磷矿中除磷之外的多种元素,氟的加工目标比较明确,正如《“十三五”国土资源规划》中将磷和氟资源都划入战略性矿产资源,在磷矿加工过程中回收氟资源具有十分重要的意义。 主要做法是在湿法磷酸生产过程中应尽可能将其转化为氟硅酸,再转化为氢氟酸,这样就纳入氟化工产业去了。

磷矿中硅元素含量也相对较高,但由于地壳中硅元素占比较大,天然高品位的含硅矿石比较容易获得,磷矿石中硅资源的利用易被忽视,但仍有大量文献报道利用湿法磷酸加工过程的硅质副产物生产白炭黑等化工产品的研究。 磷矿石中镁元素含量随不同矿区、不同风化程度有较大变化,镁与磷含量比随着开采程度深入而增大,总体呈增长趋势。 镁作为一种中量营养元素进入化肥是有益的,但是镁会导致加工过程物料黏度增加及所生成的镁盐结晶影响湿法磷酸的加工和使用。

如将镁在物料预处理过程中分离出来,然后在化肥使用时按需求比例加入是一个可取的方法,目前已有了很好的开端。 在黄磷生产时,磷矿中的钙进入炉渣,在建材工业上得到利用。 在生产过磷酸钙肥料时,可作为化肥中的钙质中量元素,在生产重钙时二次矿中的钙也得到利用。 在磷石膏利用领域中的钙无论是用于直接生产石膏建材,还是当作水泥的钙质配料,都在建材方面得到利用;但磷石膏体量过大,再加工成本较高且产品价值较低,加工过程中还可能造成二次污染,磷石膏利用目前仍是困扰行业的难题。 从磷酸中提取碘已经取得了工业化应用成果。 磷矿中铁和铝含量呈上升趋势,云南磷矿这一情况尤为突出,浮选除铁、铝的技术目前尚没有明显突破。

铁和铝的存在影响湿法磷酸加工,铝的存在还影响氟从磷酸中的脱除。 有机溶剂萃取技术的应用得到了净化磷酸,铁、铝、镁等金属阳离子以及其他杂质被富集在萃余酸里。 即使忽视铁、铝、镁的综合利用,因为农业和其他需求对磷化工产品提出了更高的新标准,萃余酸的使用也可能受到挑战。

磷矿石中铬、铅等其他一些微量元素的存在与铁、铝对磷酸的生产及使用有同样影响,只是其含量更小,对高品质要求产品的影响更大,脱除难度也更大。 已有文献报道从磷矿石中提取稀土金属的研究,主要看特殊赋存条件下的经济性。 对于黄磷炉尾气化工利用,只要能将其净化到满足碳一化工对CO气体的指标要求,剩下的生产产量就不是大问题了,这方面已取得很大进展,但其工业化应用的经济性还有待进一步努力。 前人已经在磷矿石加工资源综合利用这条坎坷的道路上走了几十年,在发展观念面临重大转折,以及整体工业技术高度发展的今天,这一创新课题尤其显得重要,并且也增加了实现的可能性。

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