專利名稱：從含磷污泥中回收元素磷的方法
技術領域：
本發明涉及一種從含磷污泥中回收元素磷的方法。具體地，它涉及這樣一種方法把污泥熔化、加入氧化劑和水、攪拌污泥使含磷液滴聚結成與污泥中的污物分離的純磷連續相。
通過在電爐中加熱磷酸鹽巖石、碳和沙，可以制造元素磷。在電爐中放出的磷蒸汽含有固體雜質，如熔渣、磷酸鹽巖石、沙和焦炭，這導致在磷蒸汽冷凝到液體形式時形成污泥。一般來說，含磷污泥聚集在這種液態磷層的頂部。
含磷污泥通常儲存在室外的池子中。通過回收磷或把污泥轉變成有用的產品來定期減少儲存的污泥量是必要的。這種處理需要把磷與雜質分離。
在美國專利US 3,436,184和3,515,515中，描述了一種通過向污泥中加入鉻酸來減少含磷污泥的磷含量的方法。該方法僅僅除去了污泥中的一部分磷。
根據本發明的一個方面，提供了一種用間歇過程從含水、污物、和不連續相形式的元素磷的污泥中回收元素磷的方法，包括(A)熔化所述污泥；(B)形成由所述污泥與按污泥中的所述元素磷的重量計約為0.5-3重量％的氧化劑和按污泥的重量計約為75-400重量％的水組成的混合物；(C)攪拌所述混合物，直至形成元素磷的連續相；和(D)從所述混合物中分離所述連續的元素磷相。
優選的是，所述氧化劑選自鉻酸、過氧化氫、硝酸、臭氧和氧氣。
方便的是所述氧化劑是鉻酸。
有利的是，在步驟(D)之后，把所述分離后的元素磷連續相過濾或者離心處理。
方便的是所述元素磷連續相通過沉降分離。
優選的是，所述污泥含有約5-80重量％的元素磷。
有利的是所述污物是碳細粉、熔渣、沙和磷酸鹽巖石的混合物。
方便的是在電爐中加熱磷酸鹽巖石、碳和沙時產生所述污泥。
優選的是所述步驟(C)的攪拌以約150-300轉/分的轉速進行約15-30分鐘。
根據本發明的另一個方面，提供了一種用間歇過程從含水、污物和約5-80重量％不連續相形式的元素磷的污泥中回收元素磷的方法，包括(A)在約55-75℃的溫度下熔化所述污泥；(B)形成所述污泥與其量為污泥量的約1-4倍并含有約0.5-3重量％鉻酸的水溶液的混合物；(C)攪拌所述混合物，直至所述元素磷形成連續相；和(D)從所述混合物中分離所述元素磷的連續相。
優選的是，在步驟(D)之后把所述分離后的元素磷連續相過濾或離心處理。
方便的是，所述元素磷的連續相通過沉降分離。
有利的是，所述污泥含有約5-80重量％的元素磷。
優選的是，所述泥土是碳細粉、熔渣、沙和磷酸鹽巖石的混合物。
方便的是，在電爐中加熱磷酸鹽巖石、碳和沙時產生所述污泥。
優選的是，所述步驟(C)的攪拌以約150-300轉/分的轉速進行約15-30分鐘。
有利的是，把所述分離后的元素磷連續相過濾。
在向加熱后的含磷污泥中加入氧化劑水溶液然后攪拌時，形成與污泥中的污物分離的磷的連續相。因此，與現有技術的方法不同，在本發明的優選的方法中，可以回收污泥中近全部的元素磷。
本發明的方法可以用于任何含有約0.5-9重量％元素磷(通常以P4形式存在)、約2-80重量％水和約2-60重量％“污物”的含磷污泥，污物一般是各種固體如碳細粉、熔渣(鈣-鋁的硅酸鹽)、沙和磷酸鹽巖石的混合物。本發明的方法特別適合于含有約5-80重量％元素磷的含磷污泥。
在文獻中，含磷污泥被描述成水包磷的乳液。在不受限于任何理論時，本申請人認為，含磷污泥中的磷是由磷液滴組成的不連續相。這種液滴也可能含有水和細的污物。由于其表面可能被部分氧化并且可能帶有電荷以及污物和水，所以，它們不能聚結。在本發明中，在加入氧化劑然后劇烈攪拌時，該氧化劑清洗了含磷液滴的表面，使得它們可以聚結。在提純過程中，磷與污物和水分離。該方法必須以間歇法進行，因為過分攪拌將導致清洗后的磷形成懸浮在水溶液中的細磷顆粒乳液.從該乳液中分離磷是困難的。
在本發明的方法的第一步中，熔化含磷污泥。隨著磷熔化，污泥變得更具流動性。約55-75℃的溫度通常是符合要求的，因為更低的溫度可能不能熔化污泥，更高的溫度則沒有必要。
在本發明的方法的第二步中，向熔化后的污泥中加入氧化劑。可以使用的氧化劑的實例包括鉻酸、過氧化氫、硝酸、臭氧和氧氣。優選的氧化劑是鉻酸，因為它具有快速可控的反應速率。鉻酸優選的是以CrO3在水中的溶液形式加入，因為以溶液形式處理更容易。1-4重量％的鉻酸溶液是優選的。所用的氧化劑量應該為污泥中存在的元素磷量的0.5-3重量％。更少的氧化劑可能是無效的，更多的氧化劑則沒有必要。氧化劑的優選量約為1-3重量％。
還必須向污泥中加入水，來幫助污物從元素磷中漂出來。水可以單獨加入，也可以與氧化劑一起加入。加水量按污泥的重量計應該為約75-400重量％，因為水有利于泥土從污泥中去除，但是太多的水是不必要的并且不能提供其它益處。水的優選量約為90-150重量％。
在本發明的方法的第三步中，攪拌熔化后的污泥和氧化劑的溶液。這是一個重要步驟，因為攪拌對于清洗磷、除去污物和形成元素磷的連續相是必須的。也就是說，充分攪拌污泥以便釋放出污物，產生清潔的元素磷，但是攪拌不能太過，以免形成水包磷的乳液。產生這種結果的攪拌要求在約150-300轉/分進行約15-30分鐘。一旦形成磷的連續相，就應該停止攪拌，因為額外的攪拌可能把元素磷破壞成液滴，形成水包磷的乳液，阻礙純元素磷的回收。
在攪拌完成后，使反應物沉降至少30分鐘，以使磷沉降成單獨的相。重的污物(如石子、熔渣等)沉淀到反應器底部。相鄰的層是元素磷，其密度約為1.8g/cc。在元素磷頂上的是懸浮在水中的更細的污物。然后可以分離污泥的各種成分。所得的元素磷的純度一般約90-99重量％，如果使其離心或過濾，其純度可以提高到99.9重量％。代替沉降，也可以過濾或離心處理全部反應物來回收磷，但是沉降是優選的，因為它使得只處理磷相更容易。
下列實施例進一步說明本發明。通過把作為冷凍層的磷與其余反應物分離獲得分析數據。
實施例1-6在2升的帶有不銹鋼攪拌器(2英寸長曲面槳葉)的樹脂燒瓶中，把含有49.4重量％磷、23.3重量％污物和27.3重量％水(4種測定值的平均值)的P4污泥(熔化后的或固體的)的稱重后試樣加入到500克各種濃度鉻酸溶液中，該攪拌器具有改變速度的能力。把燒瓶放在大的Pyrex水浴中，該水浴用浸入式加熱器加熱到65-75℃并用磁性攪拌器以100轉/分的轉速攪拌15分鐘。當污泥是固體時，可以使污泥在攪拌開始前熔化。在攪拌停止后，使反應物沉降1/2小時。磷作為分離的層沉降在底部，較重的污物沉淀在磷層下面，較輕的污物在磷層頂上，更細的污物懸浮在水層中。
使沉淀的磷層冷凍并從含水污物懸浮液中除去，或者以熔融層的層除去并過濾或離心處理。下表給出了所用的條件和結果
上述實施例表明，約3-4重量％的鉻酸濃度是最佳的，并且使用更高濃度的鉻酸不會提供任何優點。
實施例7和8重復實施例4但攪拌速率不同。下表給出結果
上述實施例表明，在更高的攪拌速度下，獲得了污物與磷產品更好的分離。
實施例9-14重復實施例4、7和8但攪拌時間不同。下表給出結果
*絨毛狀均勻乳液。即使在10個月后，也沒有分離的P4層。
這些實施例表明，在攪拌時間延長，直至不能分離磷的臨界時間為止，可獲得泥土與磷產品的更好分離。
實施例15-23重復實施例4和7但鉻酸溶液量和濃度不同。下表給出結果
上述實施例表明，更高的攪拌速率導致磷產品中的污物更少，并且在這種更高的攪拌速度下，1.5-3.0重量％的鉻酸濃度比低攪拌速度下3-4重量％的鉻酸濃度更有效。
實施例24-38使用150克不同鉻酸溶液，對各種不同的污泥使用與前面的實施例相同的程序。在這些實施例中使用280轉/分的攪拌速率。下表給出結果
上述實驗表明，用這種方法可以成功處理由不同磷和污物組成的污泥。
在本說明書中，“包括”指的是“包括或由...組成”，“包含”指的是“包含或由....組成”以其具體形式或借助實現所公開的功能的措施表達的上述描述或下列權利要求書或附圖
中描述的特征，或者獲得所公開的結果的方法或過程，需要時可以單獨地或者以這些特征的任何組合應用于以其各種形式來實現本發明。
權利要求
1.一種從含有水、污物和不連續相形式的元素磷的污泥中回收元素磷的方法，它以間歇法進行，包括(A)熔化所述污泥；(B)形成由所述污泥與按污泥中的所述元素磷的重量計約為0.5-3重量％的氧化劑和按污泥的重量計約為75-400重量％的水組成的混合物；(C)攪拌所述混合物，直至形成連續的元素磷相；和(D)從所述混合物中分離所述連續的元素磷相。
2.根據權利要求1的方法，其中，所述氧化劑選自鉻酸、過氧化氫、硝酸、臭氧和氧氣。
3.根據權利要求1的方法，其中，所述氧化劑是鉻酸。
4.根據權利要求1、2或3的方法，其中，在步驟(D)之后，把所述分離后的元素磷連續相過濾或離心處理。
5.根據前面的權利要求的任一項的方法，其中，所述元素磷的連續相通過沉降分離。
6.根據前面的權利要求的任一項的方法，其中，所述污泥含有約5-80重量％的元素磷。
7.根據前面的權利要求的任一項的方法，其中，所述污物是碳細粉、熔渣、沙和磷酸鹽巖石的混合物。
8.根據前面的權利要求的任一項的方法，其中，在電爐中加熱磷酸鹽巖石、碳和沙時產生所述污泥。
9.根據前面的權利要求的任一項的方法，其中，所述步驟(C)的攪拌是以約150-300轉/分的轉速進行約15-30分鐘。
10.一種從含有水、污物和約5-80重量％不連續相形式的元素磷的污泥中回收元素磷的方法，它以間歇法進行，包括(A)在約55-75℃的溫度下熔化所述污泥；(B)形成所述污泥與其量為污泥量的約1-4倍并含有約0.5-3重量％鉻酸的水溶液的混合物；(C)攪拌所述混合物，直至所述元素磷形成連續相；和(D)從所述混合物中分離所述元素磷的連續相。
11.根據權利要求11的方法，其中，在步驟(D)之后，把所述分離后的元素磷連續相過濾或離心處理。
12.根據權利要求10或11的方法，其中，所述元素磷連續相通過沉降分離。
13.根據權利要求1-12的任一項的方法，其中，所述污泥含有約5-80重量％的元素磷。
14.根據權利要求10-13的任一項的方法，其中，所述污物是碳細粉、熔渣、沙和磷酸鹽巖石的混合物。
15.根據權利要求10-14的任一項的方法，其中，在電爐中加熱磷酸鹽巖石、碳和沙時產生所述污泥。
16.根據權利要求10-15的任一項的方法，其中，所述步驟(C)的攪拌是以約150-300轉/分的轉速進行約15-30分鐘。
17.根據權利要求10-16的任一項的方法，其中，把所述分離后的元素磷連續相過濾。
全文摘要
公開了一種從含有水、污物和元素磷的污泥中回收元素磷的方法。在第一步中,把污泥熔化。形成由熔化的污泥與以污泥中所述元素磷的重量計約為0.5－3重量%氧化劑,以及以污泥的重量計約為75－400重量%水組成的混合物。攪拌該混合物,直至形成元素磷的連續相。從該混合物中分離提純的磷相。
文檔編號C01B25/01GK1377324SQ0081382
公開日2002年10月30日 申請日期2000年7月27日 優先權日1999年8月10日
發明者M·S·薩蘭, J·R·布洛克斯, D·C·波茨 申請人:格倫·斯普林斯控股公司