焙烧磷尾矿处理含磷污水的研究

谢 娟，刘 旭，陶绍程，何 薇

（1.中低品位磷矿及其共伴生资源高效利用国家重点实验室，贵州 贵阳550014；2.瓮福（集团）有限责任公司，贵州 贵阳550001）

我国是一个磷矿储量较大的国家，磷矿储量占世界第三[1]。但是90%以上磷矿品位不高，一般采取浮选的方法富集磷矿，富集磷矿获得磷精矿的同时也产生大量的尾矿[2]。由于磷尾矿的利用价值低，其作为一种工业废弃物被长期堆放，对环境造成危害。同时，在磷复肥生产过程中，不可避免地产生大量含磷污水，如何高效稳定处理含磷污水已成为当前磷化工领域的研究热点。目前，含磷污水处理方法很多，主要有化学沉淀法、吸附法、离子交换法、结晶法、生物法及电化学法等[3,4]。

为高效稳定处理无机含磷污水，实现磷的可持续利用，改善厂区周边水域环境，本文研究了利用焙烧尾矿处理无机含磷污水工艺，使高浓度含磷污水达到国家排放标准，该技术将为磷化工企业污水处理开辟一条新的途径。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

尾矿取自瓮福矿区选矿厂，集团每年磷矿采选产生的近90万t磷尾矿，其中高镁尾矿约60万t，将尾矿粉碎到120～200μm后放在马弗炉中900℃下焙烧1～1.5h至恒重，烧失率达到38%既得尾矿焙烧灰，备用。

采用X射线荧光光谱法[5]测定其含量，结果见表1。

表1 尾矿及尾矿焙烧灰的主要成分及含量（%）Tab.1 Main components and contents of tailings and roasting ash of tailings（%）

含磷污水取自乌江34号泉眼，测得原水中磷含量为70～150×10-6，未达环保要求。

ICS 2100离子色谱仪（赛默飞世尔科技（中国）有限责任公司）；SX-10-12箱式电阻炉（上海一恒科学仪器有限公司）；WGL-230B鼓风干燥箱（天津泰斯特仪器有限公司）；恒温磁力搅拌器（上海力辰仪器科技有限公司）；电子天平（上海力辰仪器科技有限公司）；ZSX PrimusⅡ型x射线荧光光谱仪（上海思百吉仪器系统有限公司帕纳科部）。

1.2 实验原理及方法

磷尾矿中主要成分是白云石，经约900℃焙烧后得到主要成分是CaO、MgO和氟磷灰石的尾矿焙烧灰，加水消化，煅白中的CaO、MgO转化成Ca（OH）2和Mg（OH）2。用于治理乌江34号泉眼原水，可以形成钙镁磷酸沉淀盐，滤液中磷含量降低至≤5×10-6，从而治理泉水达到环保指标。其反应机理如下：

将尾矿焙烧灰和乌江34号泉眼原水在常温下按一定比例进行沉淀反应，反应时间1h，搅拌速率150r·min-1。反应结束后分离悬浮液和底部磷矿物，再将悬浮液过滤，得到悬浮沉淀物及滤液。分析底部磷矿物、悬浮沉淀物及滤液中的磷含量。

1.3 分析方法

磷含量的检测采用离子色谱法[6]和磷钼酸喹啉重量法[7]，沉淀物含量的检测采用X射线荧光光谱法。

2 结果与讨论

为使乌江34号泉眼原水的磷含量降低至5×10-6以下，达到环保要求。考察尾矿焙烧灰的投入量对原水中磷含量的影响。结果见表2。

表2 尾矿焙烧灰的投入量对原水中磷含量的影响Tab.2 Effect of the amount of tailings roasting ash on the phosphorus content in the raw water

由表2可以看出，随着液固比的增大，滤液中磷含量逐渐增大，当液固比小于1000∶0.46时，滤液中磷含量小于5×10-6，达到环保要求。进一步做了放大实验，由第8组实验数据可知，当液固比取1000∶0.6时，得到滤液中磷含量为0.37×10-6，将8号实验的底部磷矿物和悬浮沉淀物洗涤烘干测得其组分结果见表3。

表3 底部磷矿物和悬浮沉淀物含量（%）Tab.3 Bottom phosphorus mineral content and suspended sediment content（%）

由于底物磷矿物中氧化镁含量过高，不建议碳化除镁获取磷精矿。悬浮沉淀物和底部磷矿物混合成分P2O5约25.0%，MgO约18.5%。此外，实验发现，采用尾矿焙烧灰处理泉水，反应后悬浮沉淀物絮凝沉降速度快，过滤速度快，可以不添加使用絮凝剂。

3 结论

（1）实验证明采用磷尾矿焙烧用于乌江34号泉眼治理具有技术可行性。为我国磷尾矿的利用提供了一条行之有效的技术途径。同时为含磷污水的处理提供了一条新途径，既降低成本又减少环境污染。

（2）具体工艺和指标：将尾矿焙烧灰和乌江34号泉眼原水在常温下按一定比例进行沉淀反应，反应时间1h，通过放大实验证明，当液固比取10000∶6时，即1t原水，需投入0.6kg尾矿焙烧灰，相当于0.97kg尾矿焙烧所得，沉淀反应后，所得滤液中磷含量约为0.4×10-6，达到环保小于5×10-6的要求，过滤所得悬浮沉淀物约为0.71kg，底部磷矿物约为0.26kg。

（3）悬浮沉淀物和底部磷矿物建议用作磷镁肥、复合肥或普钙原料。底部磷矿物加适量硫酸反应，再与悬浮沉淀物混合活化磷镁，造粒成磷镁肥，预计磷镁肥颗粒养分为P2O5约19%，MgO约14%，作BB肥使用。