以雪硅钙石为晶种回收废水中磷及其再利用研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ansonliu
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磷,对于所有的生命形式都是不可缺少的营养元素,是一种不可再生、不可替代的资源,也是造成水体富营养化的重要元素。合成雪硅钙石具有不含重金属和磷,自身能提供OH-和Ca2+等优点,并可极大地促进磷酸盐的结晶沉淀,所以合成雪硅钙石是一种污水磷回收的理想晶种。同时,磷肥对农作物的增产起着重要作用。世界上84%-90%的磷矿用于生产各种磷肥,是工业上磷肥生产的主要原料。磷矿资源匮乏且不可再生,而磷矿主要是氟磷灰石[Ca10(PO46F2],极难溶于水,容易造成氟的污染。因此将来的发展趋势已不仅仅是去除污水中的磷,而且对污水中的磷还要进行回收再利用,从而降低磷矿开采量,提高磷矿使用年限。利用合成雪硅钙石回收磷的反应在24小时基本达到平衡。通过热力学计算得到磷回收过程的△G﹤0,△S值为正值,△H﹥0,表明结晶过程为吸热反应,吸附结晶过程是有利进行的;动力学分析表明,速率常数随着温度的升高而增大,反应级数随温度的升高而减小。课题组前期实验得出的合成雪硅钙石回收磷的优化条件为:pH=8、Ca/P=2(摩尔比)、晶种用量22.4g/L、振荡速度140r/min。在此优化条件下,改进回收方法,加大晶种和模拟废水的用量。经55次重复回收磷实验,回收效果稳定,除磷率可达82%。55次回收磷后所得产物的含磷量高达35.02%,已符合富磷矿标准,可以作为冷冻法制取硝酸磷肥的原料。通过XRD、FTIR、SEM和EDS的方法对回收产物进行表征,证明回收的磷主要以结晶度不高的羟基磷灰石的形态存在。对养猪场实际废水进行磷回收实验,在钙磷摩尔比为2,pH值为8,晶种浓度为12g/L的优化条件下,雪硅钙石对实际废水中无机磷的回收率达89.08%。实验结果说明合成雪硅钙石对实际废水中的磷也有较好的回收效果。冷冻法制取硝酸磷肥的酸解探索实验中,HNO3浓度低并不影响酸解后溶出磷的量,且在室温下静置较短时间就可以溶出较多的磷。探索实验结果表明室温下用55%的HNO3静置2h可溶出98.28%的磷;室温下用40.6%的HNO3静置1h也可溶出95.23%的磷。说明以雪硅钙石回收磷容易被再利用。通过进一步实验研究,得到酸解阶段的优化条件为HNO3浓度为55%,用量为理论值的290%,酸解时间为2h;而冷冻结晶阶段的优化条件为冷冻结晶时间在6~8h,冷冻温度为-5℃。
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