【摘要】：我國磷酸主要采用濕法磷酸工藝,即用磷礦和硫酸、硝酸、鹽酸等強(qiáng)酸反應(yīng)將磷酸萃取出來,但磷礦中大部分的氟會進(jìn)入磷酸,不僅嚴(yán)重影響磷酸的后續(xù)使用,也不利于對磷礦伴生氟資源的綜合利用。目前,國內(nèi)外對濕法磷酸的除氟凈化的研究主要是針對粗磷酸的,在酸解的過程中直接對氟進(jìn)行脫除的研究鮮有報(bào)道。本論文主要研究在濕法磷酸工藝反應(yīng)過程中進(jìn)行脫氟,避免后期對磷酸進(jìn)行再次凈化,縮短濕法磷酸的生產(chǎn)工藝。首先對所用磷礦的工藝特性全面分析,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供理論依據(jù)。之后分別研究了改變濕法磷酸工藝條件、加入鈉鹽以及氣提法對石膏及磷酸中氟含量的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)磷礦成分及工藝特性分析:其中P_2O_5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.1%,屬于中品位磷礦,CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為41.63%,MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.86%,SiO_2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.32%,F質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.31%。對磷礦的抗阻緩性和反應(yīng)活性進(jìn)行分析可知反應(yīng)活性為99.43%,抗阻緩系數(shù)為3.25,即磷礦的反應(yīng)活性較高,抗阻緩性較強(qiáng)。對磷礦進(jìn)行發(fā)泡性能進(jìn)行分析可知泡沫穩(wěn)定指數(shù)較高為2197 mL·min,屬于嚴(yán)重發(fā)泡的低品位磷礦。(2)濕法磷酸工藝條件對脫氟的影響研究:通過改變反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、液固比、轉(zhuǎn)速來考查磷酸及石膏中氟含量,最后通過響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化。得出以下結(jié)論:對磷酸中氟含量變化影響最大的是反應(yīng)溫度,交互作用最大的是反應(yīng)溫度與液固比;對石膏中氟含量影響最大的是液固比,交互作用最大的是反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間。得出的優(yōu)惠條件:反應(yīng)時(shí)間53.33 min,反應(yīng)溫度64.44℃,液固比為3.04,此時(shí)磷酸中氟含量0.18%;反應(yīng)時(shí)間60.36 min,反應(yīng)溫度65.68℃,液固比為3.5,此時(shí)的石膏中氟含量為最低0.27%。(3)鈉鹽對濕法磷酸工藝脫氟的研究:通過研究不同脫氟劑、脫氟劑用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間來考查磷酸及石膏中氟含量,最后通過響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化。得出以下結(jié)論:對磷酸中氟含量變化影響最大的是反應(yīng)溫度,交互作用最大的是反應(yīng)溫度與碳酸鈉用量;對石膏中氟含量影響最大的是反應(yīng)溫度,交互作用最大的是碳酸鈉用量與反應(yīng)時(shí)間。得出的優(yōu)惠條件:反應(yīng)時(shí)間117.6 min,反應(yīng)溫度74.25℃,碳酸鈉用量為104.5%,此時(shí)的磷酸中氟含量0.068%。石膏中的氟含量最低的優(yōu)惠工藝條件并沒有合適的預(yù)測結(jié)果。(4)氣提法對濕法磷酸工藝脫氟的研究:主要研究通氣速率、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度和加酸時(shí)間對石膏及磷酸中氟含量的影響,最后通過正交實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化。得出以下結(jié)論:對于石膏中氟含量來說,對實(shí)驗(yàn)影響最大的因素是反應(yīng)溫度,對于磷酸中氟含量來說,對實(shí)驗(yàn)影響最大的因素是反應(yīng)溫度。對石膏中氟含量來說最佳因素為反應(yīng)溫度50℃、反應(yīng)時(shí)間120 min、通氣速率500mL/min、加酸時(shí)間為90 s,此條件下得到石膏中氟含量為0.45%,磷酸中氟含量為0.18%;對磷酸來說最佳因素為反應(yīng)溫度60℃、反應(yīng)時(shí)間120 min、通氣速率700 mL/min、加酸時(shí)間為60 s,此條件下得到的石膏中氟含量為0.51%,磷酸中氟含量為0.15%;
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ126.35
【圖文】：

圖 1.1 世界螢石分布圖 圖 1.2 世界磷礦分布圖利用，不僅可以減少環(huán)境污染還能夠緩解螢石日益減少的壓力[14]。目前，國內(nèi)處理磷肥行業(yè)中氟污染的問題的方法主要是用水吸收含氟氣體從而生成氟硅，然后在對氟硅酸進(jìn)行后續(xù)處理。其中，含氟氣體主要來源于兩部分：1）普生產(chǎn)過程中溢出的含氟氣體；2）濕法磷酸濃縮的過程中[15]。但隨著國內(nèi)磷肥業(yè)市場及工藝的變化，氟回收的主要產(chǎn)品氟硅酸鈉的生產(chǎn)過程，導(dǎo)致利用價(jià)值低價(jià)格下滑嚴(yán)重，市場也逐漸萎縮。表 1.1 碳氟磷灰石的組成礦物名稱 化學(xué)式化學(xué)組成/%CaO P2O5CO2F H2O氟磷灰石Ca10P4O24F256.0842.58-41.870.00-0.443.80-3.610.00-Ca0.1810P5.9C0.10O23.9(F,OH)2.1微碳氟磷灰石Ca10P5.9C0.10O23.9(F,OH)2.156.0841.87-40.810.44-1.103.80-3.420.09-Ca0.4510P5.75C0.25O23.75(F,OH)2.25低碳氟磷灰石Ca10P5.75C0.25O23.75(F,OH)2.2556.0840.81-39.041.10-2.203.80-3.420.27-Ca0.63PCO(F,OH)

大部分集中在摩洛哥、美國、中國、約旦等國家（如圖1.2）。我國磷礦儲備量占四分之一，大約 150 億噸，主要集中在四川、云南、貴州、湖南和湖北五個(gè)省份[8,9]。我國磷肥近年來的發(fā)展相當(dāng)?shù)难杆伲磕暧糜跐穹姿嵘a(chǎn)的磷礦就能達(dá)到 2000 萬噸以上。磷礦石的形成方式很多，我國一半以上都屬于沉積巖型磷塊巖，這種塊巖的主要成分是碳氟磷灰石，因此我國的磷礦也屬于此系列。其主要的化學(xué)成分表如表 1.1 所示[10]。目前，國內(nèi)有兩種常用的生產(chǎn)磷肥的方法：1）用強(qiáng)酸直接和磷礦反應(yīng)生成普鈣；2）用混酸和磷礦反應(yīng)濕法磷酸，在對得到的粗酸進(jìn)行凈化、中和得到磷銨或重鈣[11]。目前，國內(nèi)磷肥的年產(chǎn)量非常大，其中每年生產(chǎn)普鈣 560 萬噸、磷酸一銨 180 萬噸、磷酸二銨 193 萬噸、重

鄨競鬮麓帕鐗漣杵?DF-101S 河南省予華儀器有限公司3.2.2 實(shí)驗(yàn)流程圖圖 3.1 實(shí)驗(yàn)流程圖3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟1）用分析天平稱取 20 g 的磷礦粉，并用量筒量取適量的蒸餾水，將兩者在燒杯中混合均勻；2）打開電熱恒溫水浴鍋，并將裝有磷礦和水的燒杯放入達(dá)到設(shè)定溫度的水浴鍋中，打開攪拌器并預(yù)熱 5 分鐘；3）稱取足量的硫酸并逐滴加入到反應(yīng)液中，待硫酸加入完畢開始計(jì)時(shí)，反應(yīng)一定的時(shí)間后將反應(yīng)液用真空泵進(jìn)行抽濾得到濾液（磷酸）和濾餅，將濾餅用蒸餾水沖洗 3 次，然后讓濾餅自然風(fēng)干，得到干燥的石膏；4）最后，用氟離子選擇法（GB/T 22549-2008）分別測定石膏和濾液中的氟含量。濕石膏磷酸攪拌 加熱反應(yīng)過濾風(fēng)干干石膏磷 礦蒸餾水硫酸

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2796257