泥磷回收产品的净化提纯研究

论文摘要

近年来,世界各国由于能源供应紧张,电价不断上涨,对环保的要求不断加强,致使国外黄磷生产规模和产量逐年下降,磷化工产业重心开始向中国转移。云南磷矿资源储量排名全国第一,是我国及至世界的主要黄磷产区。磷化工产业是云南省的主要经济支柱之一,其中作为重要基础原料的黄磷是云南省的主要创汇产品。而在黄磷生产过程中产生的固体废物泥磷,由于产生量较大、污染相对比较严重,成为目前环境治理的首要目标。从可持续发展的角度出发,利用泥磷与碱液反应制取次磷酸钠是一种有效的治理手段,并且次磷酸钠作为一种还原剂,在化学镀、电镀、食品加工、机械等行业都有广泛应用,具有很高的经济附加值。采用此种方法,一方面可以提高磷的回收率；另一方面还可以减少其对环境的污染。本研究是以泥磷与碱液反应制取的次磷酸钠溶液为研究对象,进行提纯除杂的研究。采用曝气+石灰—铁盐法去除次磷酸钠产品中的砷、氟杂质；采用结晶+乙醇蒸馏—重结晶法分离亚磷酸钠,最终达到提高次磷酸钠纯度与泥磷综合利用的要求。本研究的主要研究内容包括：根据泥磷制取的次磷酸钠产品中杂质的性质,选择出有效可行的除杂方法,以利于砷、氟都可以得到高效的去除；采用单因素实验方法,考察氢氧化钙用量、硫酸亚铁用量、初次曝气时间等因素对砷、氟去除效率的影响,并确定最适宜的实验条件；根据泥磷制取的次磷酸钠产品中亚磷酸钠的含量、性质,选择出经济可行的去除方法,以期进一步提高泥磷中磷的回收利用率；采用单因素实验方法考察乙醇浓度、乙醇用量、溶解温度等因素对分离出的亚磷酸钠与次磷酸钠纯度的影响,并初步确定其最适宜实验条件；根据单因素实验结果,设计出4因素3水平的正交实验,验证各影响因素交互作用下最适宜的实验条件；对采用曝气+石灰—铁盐法的除杂过程与采用结晶+乙醇蒸馏—重结晶法分离亚磷酸钠的过程进行机理分析。砷、氟去除的最适宜的条件：氢氧化钙用量1.6g、硫酸亚铁用量0.7g、初次曝气时间6h、再次曝气时间12h、pH=8.6、振荡时间40min、静置时间60min,砷、氟的去除率分别可达81.37%、96.12%；砷、氟在次磷酸钠产品中的含量分别降低到0.36%、0.0008%。分离亚磷酸钠实验最适宜的条件：乙醇浓度90%、乙醇用量50m1、溶液pH7.65、溶解温度45℃、结晶温度65℃、重结晶温度70℃时,次磷酸钠纯度与亚磷酸钠纯度均较高,经过除杂后的次磷酸钠溶液,再通过结晶+乙醇蒸馏—重结晶处理后,次磷酸钠纯度与亚磷酸钠纯度分别可以达到98.77%、99.19%。在最适宜实验条件下,通过除杂与分离两个阶段处理后,再次对砷、氟的含量进行测定,测定结果是砷、氟的含量均小于0.001%,次磷酸钠的含量接近工业级水平（99%）,而亚磷酸钠纯度已经达到99.19%。此外,对除杂与分离过程进行机理分析,根据实验条件推断出两个过程中可能发生的化学反应及反应过程中推动力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 研究的主要内容
• 1.3 研究的创新点
• 第二章 文献综述
• 2.1 泥磷简介
• 2.1.1 泥磷来源
• 2.1.2 泥磷的组成及性质
• 2.1.3 泥磷的处理方法
• 2.2 次磷酸钠简介
• 2.2.1 次磷酸钠的性质
• 2.2.2 次磷酸钠的应用
• 2.2.3 次磷酸钠的制取方法
• 2.3 亚磷酸钠的性质及用途
• 2.3.1 亚磷酸钠的性质
• 2.3.2 亚磷酸钠的用途
• 2.3.3 亚磷酸钠的去除方法
• 2.4 砷的的性质及去除方法
• 2.4.1 砷的性质
• 2.4.2 砷的去除方法
• 2.5 氟的性质及去除方法
• 2.6 提纯方法
• 2.6.1 物理方法
• 2.6.2 化学方法
• 2.6.3 综合法
• 2.7 本章小结
• 第三章 实验设计及分析方法
• 3.1 实验方法及流程
• 3.1.1 次磷酸钠溶液成分分析
• 3.1.2 杂质去除方法选择及实验流程
• 3.1.3 亚磷酸钠的去除
• 3.2 实验仪器及试剂
• 3.2.1 去除砷、氟杂质所用的主要仪器设备、装置及试剂
• 3.2.2 分离亚磷酸钠所用的主要仪器设备、装置及试剂
• 3.3 实验分析方法
• 3.3.1 泥磷成分的分析
• 3.3.2 次磷酸钠含量和亚磷酸钠含量的测定
• 3.3.3 砷的测定
• 3.3.4 氟的测定
• 3.4 本章小结
• 第四章 实验结果及讨论
• 4.1 泥磷中磷的存在形式及含量
• 4.2 次磷酸钠溶液组成成分及其含量
• 4.3 杂质的去除单因素实验
• 4.3.1 氢氧化钙用量
• 4.3.2 硫酸亚铁用量
• 4.3.3 初次曝气时间
• 4.3.4 再次曝气时间
• 4.3.5 pH值
• 4.3.6 振荡时间
• 4.3.7 静置时间
• 4.3.8 小结
• 4.4 分离亚磷酸钠单因素实验
• 4.4.1 溶剂浓度
• 4.4.2 溶剂用量
• 4.4.3 溶解温度
• 4.4.4 溶液pH值
• 4.4.5 结晶温度
• 4.4.6 重结晶温度
• 4.4.7 小结
• 4.5 分离亚磷酸钠正交实验
• 4.6 本章小结
• 第五章 机理分析
• 5.1 除砷、氟机理分析
• 5.1.1 氟的去除机理
• 5.1.2 砷的去除机理
• 5.2 结晶过程机理分析
• 5.2.1 磷元素及其氧化态的性质
• 5.2.2 体系达到过饱和状态
• 5.2.3 成核过程
• 5.2.4 晶体生长
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表的论文及专利
• 附录B 泥磷组分的测定
• 附录C 次磷酸钠的测定
• 附录D 砷的测定
• 附录E 氟的测定