[发明专利]双极膜法利用磷石膏制备硫酸的方法

说明书

本发明公开了一种双极膜法利用磷石膏制备硫酸的方法，该方法是通过膜分离的方式利用磷石膏制备硫酸和氯化钙，通过提高磷石膏的溶解度，并提高料室渗透压，达到提高磷石膏的转化率的效果，实现双极膜法利用磷石膏制备硫酸的目的。本发明为双极膜法制备硫酸提供一种有效途径，可对磷石膏固体废弃物进行循环利用，磷石膏的转化率较高，为工业生产提供重要技术支撑。

技术领域

本发明涉及磷化工的可持续发展技术，特别是双极膜法利用磷石膏制备硫酸的方法。

背景技术

我国拥有世界磷矿资源的8.3%左右，资源占有率位居世界第三，磷矿和磷肥产量为世界第二，同时，我国磷肥消费量位居世界第一，占世界总消费量的29.7%左右，是世界最大的磷肥进口国之一。目前，在磷化工生产磷酸的方法当中，最主要的方法是采用湿法生产，即利用硫酸分解磷矿，得到主要产物磷酸和硫酸钙。这种硫酸钙称为磷石膏。每生产1吨磷酸，要用2.5吨硫酸处理4吨磷酸盐，在这个生产过程中就会产生5吨磷石膏。一般情况下，磷石膏可以作为工业原料，生产水泥或其它建筑材料，联产硫酸铵和碳酸钙，或制作制硫酸铵、硫酸钾铵、氮磷钾复合肥及氯化钙等，但由于磷石膏中含有许多杂质，影响其应用。因此，大量排放的磷石膏固体废弃物，对磷化工可持续发展带来障碍，为了促进磷石膏的应用，以及硫资源的循环利用，开发了双极膜法利用磷石膏制备硫酸及氯化钙的工艺与技术。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种双极膜法利用磷石膏制备硫酸的方法。本发明为双极膜法制备硫酸提供一种有效途径，可对磷石膏固体废弃物进行循环利用，磷石膏的转化率较高，为工业生产提供重要技术支撑。

本发明的技术方案：双极膜法利用磷石膏制备硫酸的方法，通过膜分离的方式利用磷石膏制备硫酸和氯化钙，通过提高磷石膏的溶解度，并提高料室渗透压，达到提高磷石膏的转化率的效果，实现双极膜法利用磷石膏制备硫酸的目的。

前述的双极膜法利用磷石膏制备硫酸的方法中，所述方法是通过膜分离的方式利用磷石膏制备硫酸和氯化钙，通过添加盐酸、硝酸或硫酸，利用盐酸、硝酸或硫酸溶解提高磷石膏的溶解度，并通过添加高分子强电解质，提高料室渗透压，进而提高膜堆工作时酸室中酸的浓度，达到提高磷石膏的转化率的效果，实现双极膜法利用磷石膏制备硫酸的目的。

前述的双极膜法利用磷石膏制备硫酸的方法中，所述方法按以下步骤进行：

（1）将磷石膏与水用球磨机研磨成浆，然后稀释成固含量为4%—20%之间的浊液，加入5%-20%浓盐酸、浓硝酸或浓硫酸，加热搅拌后固液分离，将滤液置于由双极膜、阴离子膜及阳离子膜构成的膜堆料液罐中，同时加入高分子强电解质物质有效提高料室渗透压；

（2）在膜堆酸室及碱室加入水，极室中加入电解质，分别在两个极室通入直流电源，控制电压在5—50V之间，打开各室循环泵，双极膜在电场作用下开始工作；

（3）料液灌中钙离子透过阳离子交换膜进入碱室中与氢氧根离子形成氢氧化钙溶液或沉淀，硫酸根离子或氯离子透过阴离子膜进入酸室中与氢离子形成硫酸溶液、硝酸溶液或盐酸溶液，继续在料室中加入新鲜滤液，直至酸室中硫酸、硝酸或盐酸浓度增大；

（4）当酸室中物质浓度达到饱和状态时，取出溶液，将酸室中硫酸、硝酸或盐酸蒸馏分离，得到的盐酸与碱室中氢氧化钙反应生成氯化钙产品。

前述的双极膜法利用磷石膏制备硫酸的方法中，所述膜堆是指由两个双极膜、一个阳离子膜及一个阴离子膜为基本单元构成的膜分离系统；

前述的双极膜法利用磷石膏制备硫酸的方法中，所述滤液是指磷石膏与硝酸、硫酸或盐酸溶液反应生成的钙盐及酸液形成的混合溶液，钙离子浓度在5-15%之间；

前述的双极膜法利用磷石膏制备硫酸的方法中，所述高分子强电解质物质是指聚乙酰胺或聚丙烯酸，其质量浓度为2-10%；