本发明属于磷化工生产领域，具体涉及一种磷酸生产过程中产生的固体废弃物磷石膏的精制方法及装置。
背景技术：
磷石膏是我国磷化工生产中最主要的工业副产品，是磷肥企业在生产过程中排出的以二水硫酸钙为主要成分的沉淀物。每生产一吨P2O5 就要排放4.5～5.5吨磷石膏，颜色呈灰色或微黄色，pH值在2至4之间，化学成分比较复杂。
目前，我国磷石膏年排放量5000万吨，基本采用堆存处理，累计排放量超过2亿吨。其中湖北地区副产磷石膏达到1800万吨。而我国磷石膏资源化综合利用率还不到 10％，其中湖北目前利用约80万吨左右，利用率不到5%。目前绝大部分磷石膏露天堆置，不仅侵占大片土地，且可溶性磷和氟等随雨水浸出，引起土壤、水系的严重污染，给人类的生存环境造成了危害。
磷石膏的深加工利用取决于磷石膏的纯度、杂质含量、白度等要求，单一的方法很难达到精制磷石膏的目的，不能满足磷石膏的深加工需求，国内磷石膏利用有一定的发展，但受限于磷石膏杂质含量高，纯度低的特点，难以开发利用。传统的磷石膏预处理方法为常规水洗法，一般存在效率偏低、水洗废水容易造成二次污染等问题。
技术实现要素：
本发明的目的提供一种磷石膏精制的方法及装置，解决环境污染问题，具有技术水平高、产业化风险小、市场应用广泛的特点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种磷石膏精制的方法，具体步骤为：
1）将磷石膏进行干式破碎，破碎至尺寸为30~75mm；然后进行湿式破碎，再进行筛分，细度在2mm以下的备用，细度在2mm以上的再次进行湿式破碎；
2）将步骤1）得到的2mm以下磷石膏与洗涤药剂进行中和，使PH值达到中性，同时进行加温搅拌；洗涤中和之后的磷石膏经过旋流分离，旋流分离出的细料进行沉淀即可得到精制磷石膏；旋流分离出的粗料进入重力分离器，通过重力分离器去除含金属氧化物的杂质，得到精制磷石膏。
进一步地，所述的洗涤药剂为氧化钙与水按重量比1:4-6进行配制。
优选的方案中，所述的洗涤药剂为硫酸、液氨、水、环己烷按重量比1.1：0.38：1：0.1进行混合制得。
进一步地，所述每吨磷石膏加入12-16升洗涤药剂。
进一步地，所述的磷石膏是陈化半年以上磷石膏，其水分小于10wt%。
进一步地，所述的湿式破碎、筛分及洗涤中和过程中需要加水，加水量以磷石膏计分别为1、1.5及0.2m3/t，旋流分离出的细料沉淀后的水返回上述加水环节循环使用。
进一步地，旋流分离出的细料沉淀后的水返回到湿式破碎环节循环使用。
本发明还涉及采用所述的方法进行磷石膏精制的装置，包括依次设置的干式破碎机、湿式破碎机、混合槽和旋流分离设备；旋流分离设备连接有重力分离器及沉淀槽。
该磷石膏精制装置还包括洗涤剂配制槽，其通过泵及管道连接至混合槽；还配有料斗，其通过皮带机连接干式破碎机；干式破碎机与湿式破碎机之间也设有皮带机。
所述旋流分离设备为螺旋旋流器。
本发明的有益效果：
1）由于磷石膏具有一定粘性，通过采用湿式破碎步骤，可将磷石膏矿浆破碎细度到2mm。可改善硬化体的孔隙率，提高后续产品的强度，同时利于磷石膏中杂质的去除；针对磷石膏中的不溶性金属杂质，通过将磷石膏粉碎成细小颗粒，由于杂质颗粒和磷石膏颗粒粒径不一样，通过旋流分离和重力分离可达到分离的目的。
2）采用洗涤药剂进行中和，具有吸附能力，将可溶性杂质吸附成沉淀或通过配合耦合作用，吸附在固相中，通过后续的旋流分离和重力分离，能够快速有效的去除磷石膏中的杂质，而且采用氧化钙加水配制，现配现用，能够充分利用CaO加水制取Ca(OH)2时的反应热，减少磷石膏矿浆矿液混合槽加温搅拌需要的蒸汽用量，降低成本。
3）采用有机溶液作为洗涤药剂进行中和时，在硫酸体系中将二水硫酸钙分解为无水硫酸钙，同时采用非极性有机溶剂高效萃取不可溶杂质，可获得高纯、高白无水硫酸钙；水溶性杂质去除率可达到80%以上，非水溶性杂质去除率可达到45%以上。
4）传统方案中，磷石膏处理的技术瓶颈主要为洗涤水的用量大，环保压力大，难以推广应用，而本发明洗涤水可循环利用，无废水排放，
本发明采用物理粉碎、化学中和及重力分离技术，工艺路线短、成本低廉，污水可循环利用，降低了污水处理费用，最大限度地降低了处理成本。能够解决制约磷石膏深加工的技术瓶颈，解决制约磷化工发展的环保污染问题，促进我国磷化工行业可持续发展。
附图说明
图1是磷石膏精制的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1：
一种磷石膏精制的方法，具体步骤为：
1）将磷石膏进行干式破碎，破碎至尺寸为30~75mm；然后进行湿式破碎，再进行筛分，细度在2mm以下的备用，细度在2mm以上的再次进行湿式破碎；
2）将步骤1）得到的2mm以下磷石膏与洗涤药剂进行中和，使PH值达到中性，同时进行加温搅拌；洗涤中和之后的磷石膏经过旋流分离，旋流分离出的细料进行沉淀即可得到精制磷石膏；旋流分离出的粗料进入重力分离器，通过重力分离器去除含金属氧化物的杂质，得到精制磷石膏。
所用的洗涤药剂为氧化钙与水按重量比1:4-6进行配制，且每吨磷石膏加入15升洗涤药剂。洗涤中和时升温至80摄氏度左右。通过检测，该杂质去除率可达到65%以上。
实施例2：
一种磷石膏精制的方法，具体步骤为：
1）将磷石膏进行干式破碎，破碎至尺寸为30~75mm；然后进行湿式破碎，再进行筛分，细度在2mm以下的备用，细度在2mm以上的再次进行湿式破碎；
2）将步骤1）得到的2mm以下磷石膏与洗涤药剂进行中和，使PH值达到中性，同时进行加温搅拌；洗涤中和之后的磷石膏经过旋流分离，旋流分离出的细料进行沉淀即可得到精制磷石膏；旋流分离出的粗料进入重力分离器，通过重力分离器去除含金属氧化物的杂质，得到精制磷石膏。
所述的洗涤药剂为硫酸、液氨、水、环己烷按重量比1.1：0.38：1：0.1进行混合制得。
对采用上述方法进行精制前与进行精制后的磷石膏中的杂质进行对比，具体数据见表1。
表1
可见，采用有机溶液对磷石膏原料除杂工艺可实现硅、氟、磷等杂质高效脱除，萃取介质高效循环，磷、氟、铝杂质富集回收。精制提纯后重金属含量大幅减少，磷含量减少，白度增加，平均粒径由一定程度的减小，水溶性杂质去除率可达到80%以上。非水溶性杂质去除率可达到45%以上。
优选的方案中，待精制的磷石膏选择是陈化半年以上磷石膏，其水分小于10wt%。
优选的方案中，所述的湿式破碎、筛分及洗涤中和过程中需要加水，加水量以磷石膏计分别为1、1.5及0.2m3/t，旋流分离出的细料沉淀后的水返回上述加水环节循环使用。
如图1所示，一种磷石膏精制的装置，包括依次设置的干式破碎机1、湿式破碎机2、混合槽3和旋流分离设备4；旋流分离设备4连接有重力分离器5及沉淀槽6。
进一步地，该磷石膏精制装置还包括洗涤剂配制槽，其通过泵及管道连接至混合槽3；还配有料斗7，其通过皮带机连接干式破碎机1；干式破碎机与湿式破碎机之间也设有皮带机。
进一步地，所述旋流分离设备4为螺旋旋流器。螺旋旋流器工作原理：螺旋旋流器是一种利用流体压力产生旋转运动的装置。当磷石膏料浆以一定的速度进入旋流器，遇到旋流器器壁后被迫作回转运动。由于所受的离心力不同，料浆中的固体粗颗粒所受的离心力大，能够克服水力阻力向器壁运动，并在自身重力的共同作用下，沿器壁螺旋向下运动，细而小的颗粒大部分水则因所受的离心力小，未及靠近器壁即随料浆做回转运动。在后续给料的推动下，料浆继续向下和回转运动，于是粗颗粒继续向周边浓集，而细小颗粒则停留在中心区域，颗粒粒径由中心向器壁越来越大，形成分层排列。随着料浆从旋流器的柱体部分流向锥体部分，流动断面越来越小，在外层料浆收缩压迫之下，含有大量细小颗粒的内层料浆不得不改表方向，转而向上运动，形成内旋流，自溢流管排出，成为溢流，而粗大颗粒则继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终由底流口排出，成为沉浆。
所采用的重力分离器的工作原理：利用重力密度差即重力场中的重度差来实现的，当料浆进入分离器后冲击入口转换装置。该冲击使得动量突然变化，并在重力的作用下，使磷石膏料浆中的重金属落向分离器的底部，并进入重力沉降段。
所采用的湿式破碎机基本工作原理：电动机带动转子在破碎腔内高速旋转。物料自上部给料口给入机内，受高速运动的锤子的打击、冲击、剪切、研磨作用而粉碎。在转子下部，设有筛板、粉碎物料中小于筛孔尺寸的粒级通过筛板排出，大于筛孔尺寸的粗粒级阻留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨，最后通过筛板排出机外。