【海川化工科技前沿】青岛能源所开发出工业副产石膏资源化高值化利用新技术

青岛能源所开发出工业副产石膏资源化高值化利用新技术

                               
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工业副产石膏包括磷石膏、脱硫石膏、钛石膏、氟石膏、聚乳酸石膏、柠檬酸石膏、芒硝石膏、盐石膏、硼石膏和陶瓷企业的模具石膏等，国内年排放量高达2.58亿吨（其中磷石膏和脱硫石膏占85%），约占工业固废总量的6%。目前，历史堆存量已超过11亿吨。传统堆存、填埋和倾倒等处理方式不仅占用大量土地资源，还存在较大的生态环境隐患和安全风险，是名副其实的“膏三多”（存量多、增量多、隐患多）。

如何实现巨量工业副产石膏的资源化循环利用，一直是国家和企业关注的焦点问题。2022年，工信部等八部门联合印发《关于加快推动工业资源综合利用的实施方案》，要求到2025年工业副产石膏综合利用率达到73%，但目前实际利用率仅61.6%，且存在技术含量低、附加值低、处理成本高等问题，资源化利用经济性差、依靠补贴的现状难以取得根本性突破。因此，亟需对工业副产石膏进行无害化、资源化、高端化（“三化”）的梯次利用，尤其是解决其利用率和工艺技术经济性问题。

为有效应对工业副产石膏“三多三化”带来的挑战，青岛能源所绿色反应分离与过程强化技术中心提出了“以废治废”的技术路线，开发了工业副产石膏资源化、高端化、规模化利用的新技术、新工艺和新装备，通过将石膏废渣的资源化利用与CO2固定和利用相结合（历史堆存和年排放的工业副产石膏可分别矿化固定CO2超过5亿吨和1.1亿吨），利用国内低廉的含碳化工原料（如碳酸铵和碳酸氢铵，由浓氨水和CO2反应固碳），成功合成了高纯、高附加值的无氯含硫钾肥-硫酸钾（盐类里少见的“战略资源”，国内70%由氯化钾转化制备），本技术为大量盐碱地及喜钾忌氯蔬菜（如土豆、红薯、西红柿、红辣椒、甜菜等）和经济作物（如水果、烟草和茶叶）等提供优质肥料。

该技术具有以下显著的特点：

1.实现资源化和高值化利用：以传统KCl和NH4HCO3/(NH4)2CO3为原料，低浓度氨水(~5 wt.%)为调和剂，将钙和硫元素分别转化为碳酸钙和高价值的硫酸钾。一吨硫酸钾产品的盈利可达近千元，工业应用前景广阔。

2.开创制备高纯产品的新工艺：本项目通过工艺创新，尤其是加入可重复利用的相转移试剂以及采用连续流反应技术等，大幅提高了石膏浆浓度（[Ca2+]≥2 mol/L）和反应转化速率，成功制备出包括工艺可调纳米和微米碳酸钙、氯化铵和硫酸钾在内的三种高纯产品，尤其是优等品/一等品农用硫酸钾，大幅提高了该工艺路线的技术经济性，为工业副产石膏的规模化、高值化利用提供了“动力源”。

3.开发节能降本增效关键技术：采用常温、常压的温和反应条件，结合有特色的二步法石膏转化技术（如下式所示），降低反应操作和多组分晶体的分离成本。此外，通过绿色、可重复利用的相转移试剂和液氨或醇类的温和精馏，显著降低了能耗和生产成本。




4.研制过程强化专用装备：为了增强大型反应器高氯条件下的抗腐蚀性能（常规耐腐蚀搅拌反应器≤200 m3），提高反应器内混合和传质性能并控制结晶产品的粒度及其分布，团队研发出新型、高效、与生产工艺相适配、反应分离一体化且易于工业放大的环流式反应结晶装备，可一步实现工业耐腐蚀反应器的无级放大（≥1000 m3），创造了规模经济效益。

研究团队以磷石膏为原料，首先筛选出可满足工业规模化生产需要、绿色且低廉的相转移试剂，以促进石膏的溶解；其次，以可重复利用的相转移试剂及含有饱和产物的混合母液为模拟溶液，实现了低溶解度副产石膏的高效浸出、杂质高效分离，以及反应速率的大幅提高；然后，在常温、常压环境条件下，成功制备出高纯产品，无硫酸铵、硫酸钾铵和氯化钾铵等杂质生成。最后，对相转移试剂的循环利用效果进行了系统性研究，证明了其良好的可重复利用性。

本研究首次打通了工业副产石膏制备优质无氯农用硫酸钾的合成路线，突破了常规转化技术普遍存在且难以解决的硫酸钾质量差的瓶颈问题，为工业副产石膏废渣的规模化消纳和低成本生产高价值产品提供了重要的基础数据和理论依据，具有重要的理论和工业应用价值。

相关研究成果近期发表在传统化工期刊The Canadian Journal of Chemical Engineering上，肖航和张海东助理研究员及黄青山研究员为论文的共同通讯作者。该研究成果相关技术已申请国家发明专利一项，该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金及青岛能源所“分析技术开发”计划等项目资助。(文/图 肖航)

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https://bbs.hcbbs.com/thread-5700372-1-1.html
(出处: 海川化工论坛)