近日，青岛能源所绿色反应分离与过程强化技术中心黄青山研究员带领的研究团队在前期工业副产石膏高值化利用技术的基础上持续优化，形成了新工艺和新装备，并进行了100 L规模的小型中试验证，取得以下进展：

1.开发出全程无氨的新技术路线：针对升级燃煤电厂对氨的使用限制，开发出全程无氨的新技术路线，可彻底摆脱生产企业对氨的困扰。该技术能够充分利用我国大量、廉价的碳酸氢铵，将石膏中的钙元素转化为碳酸钙（将杂质多且难处理的碳酸钙作路基、填埋材料或建筑材料，其中的重金属和少量放射性元素可“锁”在不溶产物碳酸钙颗粒内部；将杂质少或易处理的碳酸钙用作脱硫或高端填料等）；再通过富氯钾肥-氯化钾将石膏中的硫酸根转化为高价值无氯钾肥-硫酸钾（硫酸钾在我国年需求量350万吨，全球约为720万吨，可同时实现补硫和补钾，尤其适合忌氯作物和喜钾作物，起到提质增产作用），同时副产氯化铵（为水稻、玉米、小麦、油菜、棉花等提供铵态氮肥）。

2.开发了不同预处理方式和添加剂耦合的新工艺：在预处理方面，针对含杂较多的磷石膏，采用二氧化碳超临界干燥技术（如图1），不仅实现了磷石膏低成本的深度干燥，还实现了微量磷和氟化物以及有机物等杂质的高效萃取和浓缩；在添加剂使用方面，针对不同应用场景，开发出了不同的工艺路线，不仅实现了绿色添加剂（包括相转移试剂、结晶促进剂等）的循环利用并生产出优等农用硫酸钾，甚至在不需任何添加剂的情况下，亦可合成硫酸钾合格品，不同工艺路线合成的农用硫酸钾产品指标如表1所示，大幅提高了该技术的经济性。

图1 CO₂超临界萃取干燥和除杂

表1 磷石膏转化为高品质无氯硫酸钾不同工艺路线的关键指标

3.开发系列抗高氯、大型、过程强化新装备：通过普通碳钢和耐氯腐蚀衬里相结合，可实现低成本、大型反应器（≥2000 m³）的科学设计和无级放大，大幅降低了投资成本；通过微分散技术开发出的特殊内构件，可强化反应物料间的传递（包括混合、传质和传热等）和反应，提高产量并降低能耗。

4.完成100 L小型中试验证：在常温（15 ^oC<T<30 ^oC）、常压的温和条件下，以磷石膏为原料，完成了硫酸钙两步法转化成硫酸钾的中试实验验证（如图2所示），一次性合成了约3.5公斤高质量的优等农业硫酸钾和高纯氯化铵（如图3所示）。

图2 100 L中试工艺验证实验

图3 中试部分产品示例

5.提高硫酸钾产品附加值：为提高农用硫酸钾的利用率、防止其高浓度溶出对农作物的伤害，在合成高品质硫酸钾的基础上，开发了大颗粒硫酸钾造粒技术，进一步优化了助剂配方，产品不仅可实现硫酸钾肥效的可控、缓慢释放，而且抗压强度高、流动性好，适合机械化施肥。

研究团队开发了新的磷石膏预处理工艺并打通了全程无氨的新技术路线，通过工艺优化提高了氧化钾含量、钾收率以及生产效率；通过母液循环利用研究，实现了废水的近零排放。通过多批次100 L中试实验，在一定规模上验证了工业副产石膏制备优质无氯农用硫酸钾技术路线的可行性、可靠性和稳定性，为工业副产石膏的规模化消纳、突破经济性瓶颈及工业一步放大打下了坚实的基础，具有重要的应用价值。(文/图 肖航)