湿法磷酸工艺对磷石膏品质的影响

论文摘要

磷石膏是湿法磷酸工业生产排放的副产物,年排放量达到5000万t。由于品质不稳定,无法得到大量利用,目前主要以废弃物的形式堆积存放。这不仅占用土地面积,还会对周围环境造成破坏,影响社会的可持续发展。磷石膏晶体结构和杂质的影响使其直接利用难度较大,需经多道工序预处理后才能满足使用要求。这些不仅增加了处理成本,而且目前的处理手段无法大批量利用磷石膏。因此,通过提高磷石膏品质来降低它的利用难度显得十分必要。磷石膏之所以杂质多、晶形差,主要原因是当今湿法磷酸工艺盲目追求高萃取率而忽视了磷石膏品质。通过适当地调整工艺条件,降低磷石膏中的杂质含量（特别是残磷含量）,优化磷石膏的晶体形貌,是提高磷石膏品质的一个有效途径。通过模拟湿法磷酸工艺,分别研究了磷矿粉、萃取工艺和洗涤工艺对磷石膏品质的影响。对磷石膏性能影响较大的因素是可溶磷含量、共晶磷含量和晶体形貌,文中以此评价磷石膏品质的好坏。分析三种不同种类的磷矿石的化学成分,并以这三种矿粉为原材料在相同条件下反应制得磷石膏,测试其残磷的含量发现:含有Fe元素较多的磷矿石所得的磷石膏中共晶磷含量较高,而含P元素较多的磷矿生产的磷石膏可溶磷含量较高。矿粉细度对共晶磷含量的影响要大于对可溶磷含量的影响,但对晶体形貌的影响不显著。萃取条件对磷石膏品质的影响很大:适当提高液相SO3浓度可以降低溶液的过饱和度,改善结晶环境,石膏晶形较好,颗粒均匀,残磷含量低;提高搅拌速率可显著降低共晶磷的含量,但不利于结晶和降低可溶磷含量;反应时间2.5h～3.5h之间时,残磷含量较低,晶形稳定;随着液相P2O5浓度的提高,反应速率下降,残磷含量增加,晶体细化,尤其是在浓度超过20%以后,磷石膏品质大幅降低;提高反应温度,晶体尺寸变大,其形状变化不显著;低品位磷矿应采用较高的液固比,液固比为4:1时,石膏晶形良好,残磷含量较低。改变洗涤工艺中洗涤温度、洗涤液固比、洗涤次数和絮凝剂的掺量后发现:洗涤工艺主要影响磷石膏中可溶磷含量,适量的絮凝剂能明显改善洗涤效果。该研究表明,合理调整湿法磷酸工艺可以提高磷石膏品质,这从源头上找到了解决磷石膏难利用问题的方法。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 我国磷矿资源
• 1.2 磷酸生产工艺
• 1.2.1 热法工艺生产磷酸
• 1.2.2 湿法工艺生产磷酸
• 1.2.3 窑法工艺生产磷酸
• 1.3 湿法磷酸工艺研究现状
• 1.3.1 磷矿
• 1.3.2 反应温度
• 3 浓度'>1.3.3 液相SO₃浓度
• 2O₅ 浓度'>1.3.4 液相P₂O₅浓度
• 1.3.5 反应料浆固含量
• 1.3.6 搅拌强度
• 1.3.7 杂质
• 1.3.8 反应时间
• 1.3.9 溶液过饱和度
• 1.3.10 回浆
• 1.3.11 助剂
• 1.3.12 超声
• 1.3.13 微波
• 1.4 影响磷石膏品质的因素
• 1.4.1 晶体形态
• 1.4.2 杂质
• 1.5 课题提出的目的和意义
• 1.6 课题的研究方案和研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 原材料
• 2.1.1 磷矿粉
• 2.1.2 硫酸
• 2.1.3 磷酸
• 2.1.4 聚丙烯酰胺
• 2.2 实验方法及试验仪器
• 2.2.1 磷石膏的制备
• 2.2.2 可溶磷的测定
• 2.2.3 共晶磷的测试
• 2.2.4 液相离子浓度测定
• 2.2.5 扫描电镜观测
• 2.2.6 偏光显微镜观测
• 2.2.7 粒度分布测定
• 2.2.8 细度测定
• 2.3 实验条件的选取
• 2.3.1 反应温度
• 2.3.2 反应时间
• 2.3.3 搅拌速率
• 2O₅ 浓度'>2.3.4 液相P₂O₅浓度
• 3 浓度'>2.3.5 液相SO₃浓度
• 2.3.6 料浆液固比
• 2.3.7 磷矿粉细度
• 2.3.8 磷矿石品位
• 2.3.9 洗涤工艺
• 2.4 小结
• 3 磷矿对磷石膏品质的影响
• 3.1 磷矿品位对磷石膏品质的影响
• 3.2 矿粉细度对磷石膏品质的影响
• 3.2.1 矿粉细度对反应速率的影响
• 3.2.2 矿粉细度对石膏结晶过饱和度的影响
• 3.2.3 矿粉细度对残磷含量的影响
• 3.3 小结
• 4 萃取工艺对磷石膏品质的影响
• 3浓度对磷石膏品质的影响'>4.1 液相SO₃浓度对磷石膏品质的影响
• 3 浓度对结晶过饱和度的影响'>4.1.1 液相SO₃浓度对结晶过饱和度的影响
• 3 浓度对反应速率的影响'>4.1.2 液相SO₃浓度对反应速率的影响
• 3 浓度对晶体形貌的影响'>4.1.3 液相SO₃浓度对晶体形貌的影响
• 3 浓度对共晶磷含量的影响'>4.1.4 液相SO₃浓度对共晶磷含量的影响
• 3 浓度对可溶磷含量的影响'>4.1.5 液相SO₃浓度对可溶磷含量的影响
• 4.2 搅拌速率对磷石膏品质的影响
• 4.2.1 搅拌速率对共晶磷含量的影响
• 4.2.2 搅拌速率对晶体形貌的影响
• 4.2.3 搅拌速率对可溶磷含量的影响
• 4.3 反应时间对磷石膏品质的影响
• 4.3.1 反应时间对共晶磷含量的影响
• 4.3.2 反应时间对晶体形貌的影响
• 4.3.3 反应时间对可溶磷含量的影响
• 2O₅ 浓度对磷石膏品质的影响'>4.4 液相P₂O₅浓度对磷石膏品质的影响
• 2O₅ 浓度对反应速率的影响'>4.4.1 液相P₂O₅浓度对反应速率的影响
• 2O₅ 浓度对共晶磷含量的影响'>4.4.2 液相P₂O₅浓度对共晶磷含量的影响
• 2O₅ 浓度对晶体形貌的影响'>4.4.3 液相P₂O₅浓度对晶体形貌的影响
• 2O₅ 浓度对可溶磷含量的影响'>4.4.4 液相P₂O₅浓度对可溶磷含量的影响
• 4.5 反应温度对磷石膏品质的影响
• 4.5.1 反应温度对反应速率和过饱和度的影响
• 4.5.2 反应温度对晶体形貌的影响
• 4.5.3 反应温度对残磷含量的影响
• 4.6 料浆液固比对磷石膏品质的影响
• 4.6.1 料浆液固比对晶体形貌的影响
• 4.6.2 料浆液固比对残磷含量的影响
• 4.7 小结
• 5 洗涤工艺对磷石膏品质的影响
• 5.1 洗涤温度对可溶磷含量的影响
• 5.2 洗涤液固比对可溶磷含量的影响
• 5.3 洗涤次数对可溶磷含量的影响
• 5.4 絮凝剂掺量对可溶磷含量的影响
• 5.4.1 絮凝剂的作用机理
• 5.4.2 PAM 掺量对可溶磷含量的影响
• 5.5 小结
• 6 调整工艺对磷石膏品质的影响
• 7 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录