本发明涉及一种磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，属于冶金化工领域。
背景技术
磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣,其主要成分为硫酸钙（caso4），其含量一般可达到70～90%左右。此外，磷石膏还含有多种杂质：未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等。磷石膏一般呈粉状，外观一般是灰白、灰黄、浅绿等色，含：有机磷、硫氟类化合物有毒有害物，容重0.733-0.88g/cm3，颗粒直径一般为5～15um，ph1.5～3.0。我国每年排放磷石膏约2000万吨，累计排量近亿吨。磷石膏在建材方面的利用率不到5%，大量磷石膏渣场占用土地，严重污染环境。
高铁赤泥是赤泥种类中的一种，其因为铁含量非常高而得名，其铁含量可以达到30%左右，如广西和云南地区的赤泥，均是铁含量非常高的高铁赤泥。同时，赤泥中普遍存在大量的硅和铝。拜耳高铁赤泥的主要成分为：铝硅酸钠：1.7na2o·sio2·al2o3和赤铁矿fe2o3；碱度非常高：ph值12左右，且有一定的放射性，直接导致赤泥在建材方面的利用难度非常大。目前，赤泥综合利用率不足4%。对于赤泥的处理，国内外氧化铝厂大都将赤泥在堆场堆放，筑坝湿法堆存。我国每吨赤泥每年的堆存维护费用高达35元。2018年1月1日起，国家还要开征环保税25元/吨，因此，大大增加了赤泥的处理成本。
粉末速凝剂是水泥速凝剂中的一种，呈粉末状。是通过将铝酸钠粉末、硫酸铝粉末、二氧化硅粉末以及其他添加剂混合后制得，现目前的粉末速凝剂所需的铝酸钠粉末通常是通过购买方式获得，成本较高。
现目前，针对磷石膏和高铁赤泥的综合利用的技术很少，基本上集中在建材和铺路等传统领域，而这就造成了磷石膏和赤泥中大量高价值成分被浪费，附加值非常低。而通过磷石膏和高铁赤泥综合提铁并将溶出液联产粉末速凝剂的工艺，未见报道。
发明目的
本发明的目的在于，提供一种磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法。本发明具有磷石膏和高铁赤泥处理成本低，附加值高，铝酸钠溶液纯度高，速凝剂性能好，成本低的特点。
本发明的技术方案
一种磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，包括如下步骤：
1）将磷石膏、高铁赤泥、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；
2）将步骤1）制得的熟料研磨后加水溶出，并进行固液分离，分别得液体和残渣；
3）向步骤2）分离得到的残渣中加入浮选剂，浮选出硫化铁，将硫化铁焙烧得氧化铁；
4）将步骤2）分离得到的液体在氮气的保护下静置1-2天，然后取上清液，将上清液加热蒸发使其结晶，得铝酸钠晶体；
5）将铝酸钠晶体烘干后研磨成粉，得铝酸钠粉，然后将铝酸钠粉、硫酸铝粉、二氧化硅粉和萘磺酸盐甲醛缩合物搅拌均匀，即得粉末速凝剂。
前述的磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，所述步骤1）的生料中，磷石膏和高铁赤泥按照1：0.7-1.5重量比的比例混合。
前述的磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，所述步骤1）的生料中，添加剂添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的10-25%。
前述的磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，步骤1）中，所述的高铁赤泥为拜耳法生产氧化铝产生的赤泥，其中fe2o3的含量高于20%；所述添加剂为硫酸钠、碳酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
前述的磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，步骤1）中，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑；焙烧温度为1000-1350℃，焙烧时间为0.5-2小时。
前述的磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，步骤2）中，所述溶出时的液固体积比为4-6:1。
前述的磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，步骤3）中，所述硫化铁是置于35-50%的富氧环境下，在800-1000℃下焙烧1-5小时。
前述的磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，步骤5）中，所述铝酸钠粉、硫酸铝粉和二氧化硅粉的细度为150-200目。
前述的磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，步骤5）中，所述粉末速凝剂按重量份计，由铝酸钠粉15-20份、硫酸铝粉30-40份、二氧化硅粉10-20份和萘磺酸盐甲醛缩合物6-12份组成。
前述的磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，所述粉末速凝剂按重量份计，由铝酸钠粉18份、硫酸铝粉35份、二氧化硅粉15份和萘磺酸盐甲醛缩合物9份组成。
本发明通过将磷石膏和赤泥反应、重组，使之成为有用物质。原理的总反应式为：
caso4（磷石膏）+na2o·sio2·al2o3（高铁赤泥）→na2o·al2o3+cao·sio2↓+[硫]
从该反应式可知，用磷石膏中的cao与赤泥中的sio2生成原硅酸钙（2cao·sio2↓）后，得到可溶性极好的铝酸钠（na2o·al2o3）。反应式中的[硫]，是指通过生料加改性剂工艺，生成的金属硫化物，其主要成分为fes；浸出熟料中的铝酸钠后，将得到的沉淀物浮选即可得到fes。
有益效果
1、本发明通过将一直以来长期困扰人们的磷石膏和高铁赤泥两种污染废渣作为主要原料进行反应，通过添加添加剂和改性剂后在高温下焙烧即可，相较于传统单独以磷石膏或高铁赤泥作为原料进行反应来提取回收有价物质的工艺，本发明的处理工艺更加的简单，成本更加的低廉。同时，还进一步解决了磷石膏和高铁赤泥的堆存问题，增加了磷石膏和高铁赤泥的应用，对缓解环境污染具有重要意义。
2、本发明通过以磷石膏和高铁赤泥作为原料进行反应，根据本发明反应原理，在焙烧后可以得到以硅酸盐、硫化物（主要为硫化铁）和铝酸钠为主的物质，而通过简单的浮选以及水溶出工艺即可将铁、硫和铝等成分进行分离，成功的提取了磷石膏和高铁赤泥中的有价成分，大大提高了磷石膏和高铁赤泥的附加值。
3、本发明通过焙烧工艺处理，熟料通过水溶浸出后，溶液中的溶质以铝酸钠为主，而其它无机杂质几乎不溶于水，同时不含有机杂质，因此，浸出液中铝酸钠的纯度可高达99%以上，具有纯度高的优点。
4、本发明通过以溶出的高纯铝酸钠溶液作为原料，制备速凝剂，可以大大提高速凝剂的性能，同时，降低速凝剂的生产成本。
为进一步证明本发明的有益效果，发明人做了如下实验：
按照我国建材行业标准jc477-2005《喷射混凝土用速凝剂》中的要求，对本发明粉末速凝剂的性能进行测试。
a、制备水泥净浆用于检测凝结时间。分别取本发明实施例1-5制得的速凝剂制备5组水泥净浆，每组水泥净浆中含水泥1000g、水350g、速凝剂55g；然后记录5组水泥净浆的初凝时间和终凝时间。
b、制备砂浆用于检测抗压强度。分别取本发明实施例1-5制得的速凝剂制备5组砂浆，每组砂浆中含水泥900g、水450g、砂石1350g、速凝剂55g；然后记录5组砂浆的1天抗压强度和28天抗压强度比。结果见表1
由上表的测试结果可见，使用本发明制备的粉末速凝剂，其性能指标可达到行业标准jc477-2005的要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：一种磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，步骤如下：
1）将磷石膏和高铁赤泥按照1：0.7重量比的比例混合，然后加入硫酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料，硫酸钠添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，无烟煤的混合比例为生料总重量的10%；将生料送入工业回转窑内在1000℃焙烧2小时，制得熟料；
2）将步骤1）制得的熟料研磨后加水按液固体积比为4:1溶出，并进行固液分离，分别得液体和残渣；
3）向步骤2）分离得到的残渣中加入浮选剂，浮选出硫化铁，将硫化铁置于35%的富氧环境下，在800℃下焙烧5小时得氧化铁；
4）将步骤2）分离得到的液体在氮气的保护下静置1天，然后取上清液，将上清液加热蒸发使其结晶，得铝酸钠晶体；
5）将铝酸钠晶体烘干后研磨成粉，得铝酸钠粉，然后将铝酸钠粉15份、硫酸铝粉30份、二氧化硅粉10份和萘磺酸盐甲醛缩合物6份搅拌均匀，即得粉末速凝剂；铝酸钠粉、硫酸铝粉和二氧化硅粉的细度为150目。
实施例2：一种磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，步骤如下：
1）将磷石膏和高铁赤泥按照1：0.9重量比的比例混合，然后加入碳酸钠和碳混合并研磨制成生料，碳酸钠添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的14%；将生料送入工业隧道窑内在1000℃焙烧1.6小时，制得熟料；
2）将步骤1）制得的熟料研磨后加水按液固体积比为4.5:1溶出，并进行固液分离，分别得液体和残渣；
3）向步骤2）分离得到的残渣中加入浮选剂，浮选出硫化铁，将硫化铁置于38%的富氧环境下，在850℃下焙烧4小时得氧化铁；
4）将步骤2）分离得到的液体在氮气的保护下静置1天，然后取上清液，将上清液加热蒸发使其结晶，得铝酸钠晶体；
5）将铝酸钠晶体烘干后研磨成粉，得铝酸钠粉，然后将铝酸钠粉16份、硫酸铝粉32份、二氧化硅粉13份和萘磺酸盐甲醛缩合物7份搅拌均匀，即得粉末速凝剂；铝酸钠粉、硫酸铝粉和二氧化硅粉的细度为160目。
实施例3：一种磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，步骤如下：
1）将磷石膏和高铁赤泥按照1：1.1重量比的比例混合，然后加入烧碱和煤矸石混合并研磨制成生料，烧碱添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的18%；将生料送入工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑内在1200℃焙烧1.2小时，制得熟料；
2）将步骤1）制得的熟料研磨后加水按液固体积比为5:1溶出，并进行固液分离，分别得液体和残渣；
3）向步骤2）分离得到的残渣中加入浮选剂，浮选出硫化铁，将硫化铁置于42%的富氧环境下，在900℃下焙烧3小时得氧化铁；
4）将步骤2）分离得到的液体在氮气的保护下静置2天，然后取上清液，将上清液加热蒸发使其结晶，得铝酸钠晶体；
5）将铝酸钠晶体烘干后研磨成粉，得铝酸钠粉，然后将铝酸钠粉18份、硫酸铝粉36份、二氧化硅粉15份和萘磺酸盐甲醛缩合物9份搅拌均匀，即得粉末速凝剂；铝酸钠粉、硫酸铝粉和二氧化硅粉的细度为170目。
实施例4：一种磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，步骤如下：
1）将磷石膏和高铁赤泥按照1：1.3重量比的比例混合，然后加入硫酸钠和煤矸石混合并研磨制成生料，硫酸钠添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的22%；将生料送入工业回转窑内在1280℃焙烧0.8小时，制得熟料；
2）将步骤1）制得的熟料研磨后加水按液固体积比为5.5:1溶出，并进行固液分离，分别得液体和残渣；
3）向步骤2）分离得到的残渣中加入浮选剂，浮选出硫化铁，将硫化铁置于46%的富氧环境下，在950℃下焙烧2小时得氧化铁；
4）将步骤2）分离得到的液体在氮气的保护下静置1天，然后取上清液，将上清液加热蒸发使其结晶，得铝酸钠晶体；
5）将铝酸钠晶体烘干后研磨成粉，得铝酸钠粉，然后将铝酸钠粉19份、硫酸铝粉38份、二氧化硅粉17份和萘磺酸盐甲醛缩合物11份搅拌均匀，即得粉末速凝剂；铝酸钠粉、硫酸铝粉和二氧化硅粉的细度为190目。
实施例5：一种磷石膏和高铁赤泥提铁联产粉末速凝剂的方法，步骤如下：
1）将磷石膏和高铁赤泥按照1：1.5重量比的比例混合，然后加入烧碱和无烟煤混合并研磨制成生料，烧碱添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，无烟煤的混合比例为生料总重量的25%；将生料送入工业立窑内在1350℃焙烧0.5小时，制得熟料；
2）将步骤1）制得的熟料研磨后加水按液固体积比为6:1溶出，并进行固液分离，分别得液体和残渣；
3）向步骤2）分离得到的残渣中加入浮选剂，浮选出硫化铁，将硫化铁置于50%的富氧环境下，在1000℃下焙烧1小时得氧化铁；
4）将步骤2）分离得到的液体在氮气的保护下静置2天，然后取上清液，将上清液加热蒸发使其结晶，得铝酸钠晶体；
5）将铝酸钠晶体烘干后研磨成粉，得铝酸钠粉，然后将铝酸钠粉20份、硫酸铝粉40份、二氧化硅粉20份和萘磺酸盐甲醛缩合物12份搅拌均匀，即得粉末速凝剂；铝酸钠粉、硫酸铝粉和二氧化硅粉的细度为200目。