本發(fā)明涉及工業(yè)固體廢棄物資源化利用與廢水處理，具體涉及一種利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法。

背景技術(shù)：

1、磷石膏是濕法生產(chǎn)磷酸工藝過程中產(chǎn)生的一般工業(yè)固體廢棄物，其主要成分為caso4·2h2o。

2、硫酸鉀作為一種重要的無氯鉀肥，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有不可替代的作用。用磷石膏生產(chǎn)硫酸鉀的方法中，雖然存在一步法和兩步法兩種主要途徑，但一步法在實(shí)際應(yīng)用中面臨一些挑戰(zhàn)。一步法通常是以氨為催化劑，通過磷石膏與氯化鉀的直接反應(yīng)來生產(chǎn)硫酸鉀。這種方法在工藝上相對簡單，能夠直接生成目標(biāo)產(chǎn)物。然而，其主要問題在于副產(chǎn)物氯化鈣的難以回收和潛在的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。由于氯化鈣在反應(yīng)過程中大量產(chǎn)生，如果不能有效地進(jìn)行回收和利用，將會對環(huán)境造成不良影響，這也限制了一步法的工業(yè)化應(yīng)用。

3、重金屬污染具有高生物毒性、持久性、難降解等特點(diǎn)，它可以通過食物鏈在動(dòng)植物體內(nèi)富集，導(dǎo)致其毒性成倍放大，嚴(yán)重影響水生生態(tài)。

4、納米羥基磷灰石常以化學(xué)鍵或靜電作用方式與重金屬離子反應(yīng)，對重金屬離子具有較強(qiáng)的吸附能力，同時(shí)又不會過多地引入其他雜質(zhì)離子，不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。羥基磷灰石(hpa)是一種環(huán)境友好型生物材料，其成分與人體骨豁硬組織的化學(xué)成分相似，對人體無毒、副作用。

5、因此，若能采用磷石膏在制備硫酸鉀的同時(shí)，聯(lián)產(chǎn)納米羥基磷灰石，對磷石膏的資源化利用具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法，其用磷石膏與工業(yè)氯化鉀通過復(fù)分解反應(yīng)來制取硫酸鉀肥，同時(shí)利用其副產(chǎn)物氯化鈣來制備納米羥基磷灰石來吸附水中的重金屬，從而達(dá)到“以廢治廢”的目的，擴(kuò)展磷石膏的利用途徑。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法，包括以下步驟：

4、1)將磷石膏和氯化鉀放入氨水-乙醇混合溶液中進(jìn)行溶解，得到漿料a；

5、2)將所述漿料a離心分離，得到濾液b和濾渣；

6、3)將所述濾液b蒸發(fā)結(jié)晶，得到氯化鈣；

7、4)將所述濾渣水洗后離心分離，得到濾液c；

8、5)將所述濾液c蒸發(fā)結(jié)晶，得到硫酸鉀；

9、6)將所述氯化鈣溶于水后，加入磷酸，調(diào)整溶液ph≥10.5，然后，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間后，洗滌，離心分離，真空干燥，得到納米羥基磷灰石。

10、可選地，步驟1)中所述磷石膏和所述氯化鉀質(zhì)量比為1∶1。

11、可選地，步驟1)中所述磷石膏和所述氯化鉀的總質(zhì)量與所述氨水-乙醇混合溶液的質(zhì)量比為1∶10-1∶12。

12、可選地，步驟3)中所述蒸發(fā)結(jié)晶的結(jié)晶溫度為200℃，結(jié)晶時(shí)間不小于24h。

13、可選地，步驟5)中所述蒸發(fā)結(jié)晶的結(jié)晶溫度為200℃，結(jié)晶時(shí)間不小于18h。

14、可選地，步驟6)中所述溶液ph為10.5-11.0。

15、可選地，步驟6)中所述攪拌反應(yīng)的攪拌速率≥500rpm，攪拌時(shí)間為≥6h。

16、可選地，步驟6)中所述真空干燥的干燥溫度為70℃-80℃，干燥時(shí)間為48h。

17、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法具有以下優(yōu)勢：

18、1.本發(fā)明制備的納米羥基磷灰石對水中pb2+的最大吸附容量為1400mg/g、cu2+的最大吸附容量為450mg/g、zn2+的最大吸附容量為538mg/g、cd2+的最大吸附容量為900mg/g，這是因?yàn)橄鄬τ诔Ｒ?guī)方法制備的納米羥基磷灰石，本發(fā)明制備的納米羥基磷灰石含有羥基顆粒尺寸減小，有利于重金屬離子的吸附；另一方面從溶解沉淀機(jī)理的角度來講，顆粒減小后，溶解速度會加快，有利于縮短平衡時(shí)間，加快去除進(jìn)度。

19、2、本發(fā)明通過創(chuàng)新的“一步法”工藝，不僅成功實(shí)現(xiàn)了磷石膏這一工業(yè)副產(chǎn)物的資源化利用，將其轉(zhuǎn)化為高附加值的硫酸鉀產(chǎn)品，還針對該過程中不可避免產(chǎn)生的廢液問題，提出了一個(gè)高效且環(huán)保的解決方案，也即利用制備過程產(chǎn)生的廢液制備納米羥基磷灰石，這一方案的提出為解決長期以來困擾化工行業(yè)的廢棄物處理問題開辟了新的途徑。

20、3、本發(fā)明所探索的廢液處理路徑，旨在通過一系列精心設(shè)計(jì)的化學(xué)反應(yīng)和分離技術(shù)，如化學(xué)沉淀，將廢液中的有害物質(zhì)進(jìn)行有效分離和轉(zhuǎn)化，使其達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)或進(jìn)一步回收利用的標(biāo)準(zhǔn)。這一過程中，不僅減少了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，還實(shí)現(xiàn)了資源的最大化利用，符合當(dāng)前綠色化學(xué)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念。同時(shí)本發(fā)明制備方法簡單、成本較低、可以變廢為寶且具有環(huán)境友好，可實(shí)現(xiàn)批量綠色生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法，其特征在于，步驟1)中所述磷石膏和所述氯化鉀質(zhì)量比為1∶1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法，其特征在于，步驟1)中所述磷石膏和所述氯化鉀的總質(zhì)量與所述氨水-乙醇混合溶液的質(zhì)量比為1∶10-1∶12。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法，其特征在于，步驟3)中所述蒸發(fā)結(jié)晶的結(jié)晶溫度為200℃，結(jié)晶時(shí)間不小于24h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法，其特征在于，步驟5)中所述蒸發(fā)結(jié)晶的結(jié)晶溫度為200℃，結(jié)晶時(shí)間不小于18h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法，其特征在于，步驟6)中所述溶液ph為10.5-11.0。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法，其特征在于，步驟6)中所述攪拌反應(yīng)的攪拌速率≥500rpm，攪拌時(shí)間為≥6h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法，其特征在于，步驟6)中所述真空干燥的干燥溫度為70℃-80℃，干燥時(shí)間為48h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種利用磷石膏制備硫酸鉀肥料和納米羥基磷灰石的方法。本發(fā)明的制備方法包括以下步驟：1)將磷石膏和氯化鉀放入氨水?乙醇混合溶液中進(jìn)行溶解，得到漿料A；2)將漿料A離心分離，得到濾液B和濾渣；3)將濾液B蒸發(fā)結(jié)晶，得到氯化鈣；4)將濾渣水洗后離心分離，得到濾液C；5)將濾液C蒸發(fā)結(jié)晶，得到硫酸鉀；6)將氯化鈣溶于水后，加入磷酸，調(diào)整溶液PH≥10.5，然后，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間后，洗滌，離心分離，真空干燥，得到納米羥基磷灰石。本發(fā)明用磷石膏與工業(yè)氯化鉀通過復(fù)分解反應(yīng)來制取硫酸鉀肥，同時(shí)利用其副產(chǎn)物氯化鈣來制備納米羥基磷灰石來吸附水中的重金屬，從而達(dá)到“以廢治廢”的目的，擴(kuò)展磷石膏的利用途徑。

技術(shù)研發(fā)人員：李逢雨,張敬雯,熊安琪,何東升,陳金毅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/7