[发明专利]特效磷矿化学无极分离法

权利要求书

1.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。

2.Ca5F(PO4)3+5H2SO4+2H2O= 3H3PO4+5CaSO4·2H20+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；

酸解反应的宏观反应过程包括5个步骤：

反应物从溶液主体扩散通过液体膜；

反应物进一步扩散通过硫酸钙固体膜；

在磷矿表面进行反应；

生成的可溶性产物通过硫酸钙薄膜；

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 。

3.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，mm；

再由化学计量关系和质量守恒可得：

·3 1T儿；s)·尸A=(}耵R：)·P^一(}1TR：)‘P(4)

式中 — —磷矿转化率，％ ；

R — —磷矿颗粒的半径，mm；

R —— 初始磷矿半径，mm；

= 1一(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：

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；

l，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；，

R；，kl及D，而尺；与c；、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；

 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；

4 Relationship between —In k and 1／T

最小二乘法线性回归得：

k=1．058 X 10 exp(一40．53／RT)(R=0．998)

E =40．53 kJ／mol，k；=1．058 X 10 ；

活化能值(E；)>20 kJ／mol，<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丽-40．53． c2l78

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≤d；≤0．110 mm ，338 K≤ 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。