梁靜 徐鐵兵 任鋼 劉慶輝

（河北省環(huán)境科學(xué)研究院 河北石家莊 050037）

磷石膏(CaSO4·2H2O)是生產(chǎn)磷肥、磷酸時排放出的固體廢棄物。隨著高濃度磷復(fù)肥、磷酸和洗滌劑工業(yè)的迅速發(fā)展，磷石膏廢渣急劇增加（每生產(chǎn)1t磷酸約排放5t磷石膏）。目前，世界磷石膏年排放量達(dá)2.8×108t，我國也已超過5000×104t，占工業(yè)副產(chǎn)石膏的70%以上[1-2]。

表1 我們部分磷肥企業(yè)磷石膏年排放量[2]

目前世界上磷石膏的處置方法主要有海洋排放、堆存和綜合利用幾種方式。全世界磷石膏的平均利用率僅為4.5%，中國的利用率不到10%，堆存仍是目前磷石膏的主要處置方式。設(shè)置堆場，不僅占地多、投資大、堆渣費用高，而且對堆場的地質(zhì)條件要求高，磷石膏長期堆積還會引起地表水及地下水的污染，開辟磷石膏更有價值的綜合利用途徑已迫在眉睫[3-4]。但是我國磷石膏的綜合利用在發(fā)展中面臨著開發(fā)利用處理過程復(fù)雜、投資較大、后延產(chǎn)品附加值低、利潤微薄等問題[5-7]。而這些問題的解決也非一朝一夕能夠完成?，F(xiàn)階段，主要的任務(wù)是在大力開展磷石膏綜合利用的同時要積極推進(jìn)磷石膏安全堆存。

1 磷石膏無害化處理的理論基礎(chǔ)

1.1 磷石膏的理化特性

磷石膏能溶于酸、銨鹽、甘油、微溶于水,不溶于乙醇。磷石膏因含有雜質(zhì)一般為淺黃、淺灰或灰黑色的細(xì)粉狀固體,含水率20%～30%,容重0.733～0.880g/cm3,粘性較大,流動性差,呈酸性,略有異味,主要成分為CaSO4·2H2O,并含有少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等重金屬離子及放射性元素,以及未分解的磷礦粉、P2O5、F-和游離酸等雜質(zhì)[3]，pH值明顯呈酸性，其組成列于表2。

表2 磷石膏組成（%）

1.2 無害化處理的理論基礎(chǔ)

尾礦是金屬或非金屬礦山開采出的礦石，經(jīng)破碎磨礦和分選等處理選礦廠選出有價值的精礦后排放的廢渣,通常以泥漿形式排入尾礦庫中露天堆存。據(jù)統(tǒng)計,礦山每開采1t的礦石,就會產(chǎn)生0.52t尾礦，我國金屬礦山尾礦堆存量達(dá)到25×108t[8-9]。

尾礦因在選磷過程中加入了碳酸鈉、水玻璃等輔助材料，尾礦庫回水略偏堿性。以某公司的尾礦為例，其原礦多元素分析如表3。尾礦中含有大量的鈣（主要是以碳酸鈣形式存在）。為此，考慮將磷石膏輸送到尾礦庫與尾礦混合堆存，在堆存的同時通過磷石膏中所含的P2O5、氟（主要以氟硅酸形式存在）與尾礦中的碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)，形成難溶于水的氟化鈣、磷酸鈣、磷酸氫鈣等物質(zhì)，在尾礦庫沉降，降低尾礦及回水中的pH值、P2O5、氟含量（見式1、2、3），從而減緩了磷石膏中的有害雜質(zhì)在堆存過程中的環(huán)境風(fēng)險。

表3 原礦多元素分析表

2 磷石膏無害化處理的實驗構(gòu)想

開展該實驗的主導(dǎo)思想是通過磷石膏與尾礦混合，去除磷石膏中的有害成分，提高磷石膏的pH值，與此同時降低尾礦漿的堿度，使混合物的浸出液滿足《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18599-2001）中對第Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物的要求，與此同時，磷石膏與尾礦混合后的上清液必須符合《磷肥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求，實現(xiàn)磷石膏無害化處理。具體的技術(shù)路線圖如圖1。

圖1 技術(shù)路線圖

3 效益分析

從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，對磷石膏進(jìn)行無害化處理，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢可以從尾礦庫庫容、建設(shè)尾礦庫的配套設(shè)施建設(shè)、投資費用和運(yùn)行管理幾個方面表現(xiàn)出來（見表4）。以某公司為例，單獨建設(shè)磷石膏尾礦庫，投資費用較高（14965萬元，不含租地費用），后期運(yùn)行需單獨配置磷石膏庫管理人員，單獨填筑子壩，對選礦尾礦庫總庫容影響較大。磷石膏無害化處理后不需單獨建設(shè)磷石膏尾礦庫，節(jié)省投資費用13345萬元，后期運(yùn)行只需配置選礦尾礦庫管理人員，只需填筑選礦尾礦庫子壩，對選礦尾礦庫總庫容影響較小。

表4 無害化處理前后經(jīng)濟(jì)投入對照表

從環(huán)保的角度，按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行了Ⅰ類固體廢物的鑒別，為磷石膏渣的有效合法處理奠定扎實的理論基礎(chǔ)，在磷石膏渣的無害化處理方面邁出第一步?？茖W(xué)合理的對磷石膏渣進(jìn)行無害化處理，符合節(jié)能減排的需要，節(jié)約了大量的占地面積，同時因處理工藝具有工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的特點，可以及時處理產(chǎn)生的廢渣，降低了因長時間堆放給周邊環(huán)境造成的環(huán)境風(fēng)險。

4 結(jié)語

實現(xiàn)磷石膏與尾礦漿的混合堆存于Ⅰ類庫，不僅可以節(jié)約占地，節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，便于企業(yè)后期運(yùn)行的環(huán)境管理；更是減輕污染，減輕環(huán)保監(jiān)管壓力的有效手段，有重要的研究價值。

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