[发明专利]特效磷矿化学无极分离法

说明书

一、         领域 

特效磷矿化学无极分离法属于无机化学领域。

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¨J。 

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±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(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。

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。

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，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： 

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；

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。