特效磷矿化学无极分离法制造技术

本发明专利技术特效磷矿化学无极分离法温度为338—348K，磷矿粒度为0．110～0．075mm和硫酸的浓度为22．0％一25．0％的条件下，用粒径不变的缩芯模型来描述工业硫酸分解织金含稀土磷矿化学反应过程；硫酸分解磷矿粉的化学反应方程式Ca5F(PO4)3+5H2SO4+nH20=3H3PO4+5CaSO4·nH2O+HFT，根据副产品硫酸钙的水和度不同，反应式(1)中的n值取决于硫酸钙结晶的形式，在不同的温度和磷酸浓度下可以有5种形式J，目前主要以湿法流程居多。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】一、领域属于无机化学领域。二、简介根据湿法制磷酸工艺，采用工业硫酸分解织金含稀土磷矿，研究了反应温度、磷矿粒度和硫酸浓度对贵州织金含稀土磷矿分解率的影响。反应温度为338— 348 K，磷矿粒度为0.110?0.075 mm和硫酸的浓度为22.0% 一 25.0%的条件下，用粒径不变的缩芯模型来描述工业硫酸分解织金含稀土磷矿化学反应过程。推导出了该过程的理论模型和实验数据的回归模型，方差分析表明模型可靠。为工艺条件的优化和反应器的设计提供了理论依据。我国磷矿资源丰富，大部分集中在云南、贵州和四川I等地，由于各矿床的磷矿形成原因和地理位置的不同，造成不同地区的磷矿其组成和结构不同，而磷矿的反应特性又与其结构和组成密切相关。磷矿的酸解反应过程是一个复杂的多相反应过程，它包括反应物和生成物在各相及其界面膜中的扩散，发生化学反应，不溶性矿物沉积于磷矿颗粒表面形成固体膜三个步骤..Jo在磷矿酸解方面研究，我国目前局限在某些具体磷矿酸分解相关的研究。还没有一套成熟理论。目前尚无关于贵州织金含稀土磷矿酸解反应过程的系统研究。本文以织金含稀土磷矿，用硫酸分解织金含稀土磷矿，对其酸解反应过程的动力学特性进行了研究。本研究旨在弄清硫酸分解织金含稀土磷矿反应过程的特征，影响反应进行的主要因素，建立其数学模型，为利用织金含稀土织金含稀土磷矿酸解过程的动力学模型及检验硫酸分解磷矿粉的化学反应方程式 Ca5F(P04)3+5H2S04+nH20= 3H3P04+5CaS04.nH20+HF T (I)根据副产品硫酸钙的水和度不同，反应式(I)中的η值取决于硫酸钙结晶的形式，在不同的温度和磷酸浓度下可以有5种形式J，目前主要以湿法流程居多。Ca5F(P04)3+5H2S04+2H20= 3H3P04+5CaS04.2H20+HF t (2)酸解反应动力学织金含稀土磷矿的酸解反应过程是一个复杂的多相反应过程，磷矿与酸反应后，一方面生成液体磷酸，另一方面还要生成固体硫酸钙。反应一旦进行，必然伴随有硫酸钙生成并附着于磷矿石的表面，形成硫酸钙包裹层。因此，对此液固反应过程采用收缩未反应芯模型是适合的。酸解反应的宏观反应过程包括5个步骤:1)反应物从溶液主体扩散通过液体膜；2)反应物进一步扩散通过硫酸钙固体膜；3)在磷矿表面进行反应； 4)生成的可溶性产物通过硫酸钙薄膜；5)生成的可溶性产物通过液体膜进入液流主体。即包括两个液膜扩散、两个固膜扩散和一个化学反应过程。其中硫酸钙结晶的生成及结晶的大小、形状等会对整个磷矿的酸解过程产生较大影响。硫酸分解织金含稀土磷矿的模型设被磷酸分解的磷矿颗粒为球形，随反应进行，颗粒不断缩小，将反应视为一级不可逆反应。由球形颗粒特性，单位时间内单颗颗粒内固相反应物A的反应速率为:=PA=丢(扣:)=?警(3)式中P--磷矿密度，mL ；M -磷矿的分子量；￡-时间，s ；JR -未反应磷矿芯半径，_。再由化学计量关系和质量守恒可得: ?3 IT 儿。s).尸 A=(}耵 R:).Ρ~ — OlTR:) ‘Ρ(4) 式中--憐矿转化率，％ ；R--磷矿颗粒的半径，mm ；R -初始磷矿半径，mm。= I 一(R:.R )，联系式(3)、式(4)进行推导，求解得到磷酸分解磷矿的缩芯模型:一扣+蠢c篙+惫川 ++ 面(I+ 惫一 2 ) j 式中￡——反应时间，S ； --速率常数，s?；b—产物磷酸二氢钙的化学计量系数；I，s--分别代表液相和固体； D--内扩散系数。t=0 时，R =R分解率=1 一(R:.R:)，其影响因素有R。，Rukl及D，而尺。与Ct)、J}、t有关，故的影响因素有硫酸初浓度C，反应温度，磷矿粒径，反应时间t。实验数据的拟合模型根据理论模型，将所列实验数据，结合化学反应的阿累尼乌斯方程，磷矿的分解率为: ?一 = d.e.c 式中--磷矿分解率，％ ;d -粒度，mm;C。--硫酸浓度，％ ；卜热力学温度，K; l，m 都是待定系数。按阿累尼乌斯经验公式:k=。exp( —)，作一 In.专的关系图，% IN 4。I / T Fig.4 Relat1nship between —In k and I / T最小二乘法线性回归得: k=l.058 X 10 exp ( — 40.53 / RT) (R=0.998) E =40.53 kj / mol，k。=1.058 X 10。活化能值(E。)>20 kj / mo I, <60 kj / mol,可定性判据过程属于扩散与化学反应的联合控制。在考虑实验考察的各因素，回归到的数学模型为:d._0_28.e HB _40.53.c2178模型检验采用F检验]:F=，在不同温度下计算分解率，分别得到不同的分解率。模型的 F 检验值 F=70.56，>>F (a=0.01)=3.01。回归方程非常显著，置信度在99.98%以上，实验回归模型非常显著。结论:(1)用25%工业硫酸分解织金含稀土磷矿，在实验条件下，对于粒度在160?200目范围的磷矿用粒径不变的缩芯模型来表述其分解过程是合适的。(2)实验所得模型为::d 勰.e 而-40.万 53.c2I78，0.075 InlTl 彡 d。彡 0.110 mm，338 K彡T?〈348 K, 22%^ C ^ 25%，其用F检验该模型是显著的。(3)通过此模型，较好地描述织金含稀土磷矿的酸解过程主要以扩散为主，为以织金含稀土磷矿为原料生产磷酸、磷肥和磷矿资源综合利用提供了一定的理论依据，对生产具有指导作用。在应用于我国的磷肥工业中受到了很多限制J磷矿中的F不仅影响磷矿的化学反应性和化学加工性能，并且还与磷矿的成矿年代和成矿条件密切相关，作者对世界各地600莎个磷矿(组成)样本进行统计研究的结果:1.磷矿中的P。O / F(质量)与磷矿成矿年代和成矿条件有关。成矿年代愈久，P O / F比愈高，热成因磷矿的P:0 / F高于水成岩磷矿，2.同一地区的矿，由于受热程度的不同，P O / F比不同，即磷矿中的P。O/ F对同一地区来说有不只一个的分布规律。磷矿组成的地区特征，不仅反映在P O。/ F上,更明显的反映Fe z0。Al O0, MgO, CaO、II一石英和酸不溶物之间的相对含量上。通常认为磷矿中的CaO含量愈低愈好，似乎CaO除了消耗硫酸之外，对磷矿的化学反应性和化学加工性能无任何直接或间接的影响，其实不然。例如众所公认的优质矿一摩洛哥磷矿，它的CaO / P:0 (质量)可达1.5 9，而国内一些磷精矿的CaO / P O (质量)大多在1.44—1.48之间。可是对一些酸法生产磷复肥的广家，宁愿多消耗一些酸而用摩洛哥矿，而不愿使吊低CaO / P=O比的国内矿。因此CaO / P O (质量)并不能作为评债磷矿质量的指标。根据笔者研究结泉认为,磷矿中的F / CaO(质量)却是评价磷矿质量的一个重要指标。当磷矿中的F / CaO(质量)大于0.06时均有良好的化学反应性能。磷矿物中豹氟磷矿(石)是由磷矿物和共生矿--白云石方解石等矿物组成。而磷矿物是由含氟磷酸钙盐和胶结物等伴生矿组成。磷矿物中的含氟磷酸钙常写作 Ca。(本文档来自技高网...

【技术保护点】
特效磷矿化学无极分离法反应温度为338—348 K，磷矿粒度为0．110～0．075 mm和硫酸的浓度为22．0％ 一25．0％ 的条件下，用粒径不变的缩芯模型来描述工业硫酸分解织金含稀土磷矿化学反应过程；硫酸分解磷矿粉的化学反应方程式Ca5F(PO4)3+5H2SO4+nH20= 3H3PO4+5CaSO4·nH2O+HF T (1)根据副产品硫酸钙的水和度不同，反应式(1)中的n值取决于硫酸钙结晶的形式，在不同的温度和磷酸浓度下可以有5种形式 J，目前主要以湿法流程居多。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴月梅，
申请(专利权)人：上海泉灵信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31