【摘要】：磷元素不論是對于人體還是植物都是必不可少的化學(xué)元素,在很多方面起著不可替代的作用。磷礦作為一種重要的不可再生的自然礦產(chǎn)資源,最常見且分布最廣的磷礦是磷灰石,磷礦從礦石中提取后轉(zhuǎn)化成肥料原材料和工業(yè)化學(xué)原料。在我國磷礦資源主要呈現(xiàn)出總體儲量大并且分布集中,但是磷礦品位較低的特點,主要以中低品位膠磷礦為主,雜質(zhì)多,不易開發(fā)利用。本文通過對主要磷化工工藝——濕法磷酸和熱法磷酸工藝以及尚未很好工業(yè)化的窯法磷酸工藝進行了介紹對比,分析了三種工藝之間的優(yōu)缺點:濕法磷酸雖然工藝簡單但是后續(xù)除雜工段繁瑣,且除鎂除氟仍是較難解決的問題,生產(chǎn)磷酸的濃度較低;窯法磷酸和熱法磷酸的生產(chǎn)原理相似,都是通過碳質(zhì)還原劑與硅質(zhì)以及磷礦發(fā)生還原反應(yīng),通過對主要的兩種窯法磷酸工藝對比,不論是KPA(美國西方石油公司窯法磷酸)工藝還是CDK(長沙礦冶研究院窯法磷酸)工藝在造球工藝上都有明顯的優(yōu)缺點,不能保證長期高效率的連續(xù)生產(chǎn),至今沒能很好的工業(yè)化。針對我國磷礦的分布特點,熱法磷酸工藝應(yīng)該是符合我國磷化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主流趨勢,該工藝產(chǎn)出的磷酸純度高質(zhì)量好,為了解決阻礙熱法磷酸工藝普遍工業(yè)化的能耗高的難題,一方面將速度發(fā)展的熔融還原法由煉鋼工藝引入磷礦的還原過程中可以明顯提高傳質(zhì)傳熱效率,另一方面通過燃燒塔內(nèi)余熱回收、添加劑助熔等方面進一步降低能耗,能夠大幅度地降低整個工藝過程中的能量消耗。在理論分析方面,論文從熱力學(xué)角度對碳質(zhì)還原劑還原磷礦的過程進行了分析。通過熱力學(xué)計算發(fā)現(xiàn),當(dāng)反應(yīng)物料為多硅配料預(yù)熔渣熔融還原時,理論反應(yīng)起始溫度為1211℃;當(dāng)反應(yīng)物料為多鈣配料預(yù)熔渣熔融還原時,理論反應(yīng)起始溫度為1452℃,明顯高于多硅配料的情況。熱力學(xué)計算結(jié)果表明預(yù)熔渣為多硅配料時能夠明顯降低反應(yīng)起始溫度,降低能耗。在此基礎(chǔ)上,本文先從單因素變量出發(fā)考察所選磷礦熔融還原過程的最佳反應(yīng)條件,然后利用三種主要碳源:活性炭、石墨粉以及焦炭進行混合作為混合碳源還原磷礦,探索性分析混合碳源對中低品位磷礦還原的效果。在對三種碳源的物性做了相關(guān)測試分析之后,實驗分別對幾種碳源單獨還原磷礦的效果做了對比,作為后續(xù)實驗的參照基準(zhǔn);而后以三種碳源兩兩混合探索混合碳源的還原效果,并將還原結(jié)果與單獨碳源還原的效果進行對比分析優(yōu)劣;最后將三種碳源混合起來還原磷礦,將還原結(jié)果與單獨碳源的結(jié)果進行對比分析優(yōu)劣。實驗結(jié)果表明,通過將碳源混合起來還原磷礦,碳源之間不論是兩兩混合還是三種混合都整體體現(xiàn)出一種協(xié)調(diào)效應(yīng),還原效果明顯提高,還原率最高達(dá)到98.7%。為了對產(chǎn)生這一協(xié)同效應(yīng)的原因進行分析,從還原效果改善明顯的兩兩混合的碳源比例中選取幾種比例做了相應(yīng)的XRD圖譜分析,認(rèn)為是混合碳源中的二氧化硅結(jié)晶度較高能夠更好地發(fā)揮其助熔劑的作用;同理,對三種碳源混合的情況,也做了類似的分析測試。另外,對于整個探索試驗中出現(xiàn)的極個別還原率下降的混合配比,通過XRD圖譜分析發(fā)現(xiàn)并不能很好的解釋這種反常的現(xiàn)象,緊接著利用SEM圖譜分析證明反常的混合配比的微觀形貌具有明顯特征改變,不利于還原反應(yīng)的發(fā)生。
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD97

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