湿法磷酸反应过程脱氟技术研究

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我国磷酸主要采用湿法磷酸工艺,即用磷矿和硫酸、硝酸、盐酸等强酸反应将磷酸萃取出来,但磷矿中大部分的氟会进入磷酸,不仅严重影响磷酸的后续使用,也不利于对磷矿伴生氟资源的综合利用。目前,国内外对湿法磷酸的除氟净化的研究主要是针对粗磷酸的,在酸解的过程中直接对氟进行脱除的研究鲜有报道。本论文主要研究在湿法磷酸工艺反应过程中进行脱氟,避免后期对磷酸进行再次净化,缩短湿法磷酸的生产工艺。首先对所用磷矿的工艺特性全面分析,为后续实验提供理论依据。之后分别研究了改变湿法磷酸工艺条件、加入钠盐以及气提法对石膏及磷酸中氟含量的影响。主要研究内容和结论如下:(1)磷矿成分及工艺特性分析:其中P2O5质量分数为29.1%,属于中品位磷矿,CaO质量分数为41.63%,MgO质量分数为1.86%,SiO2质量分数为8.32%,F质量分数为3.31%。对磷矿的抗阻缓性和反应活性进行分析可知反应活性为99.43%,抗阻缓系数为3.25,即磷矿的反应活性较高,抗阻缓性较强。对磷矿进行发泡性能进行分析可知泡沫稳定指数较高为2197 mL·min,属于严重发泡的低品位磷矿。(2)湿法磷酸工艺条件对脱氟的影响研究:通过改变反应温度、反应时间、液固比、转速来考查磷酸及石膏中氟含量,最后通过响应面实验设计对实验条件进行优化。得出以下结论:对磷酸中氟含量变化影响最大的是反应温度,交互作用最大的是反应温度与液固比;对石膏中氟含量影响最大的是液固比,交互作用最大的是反应温度与反应时间。得出的优惠条件:反应时间53.33 min,反应温度64.44℃,液固比为3.04,此时磷酸中氟含量0.18%;反应时间60.36 min,反应温度65.68℃,液固比为3.5,此时的石膏中氟含量为最低0.27%。(3)钠盐对湿法磷酸工艺脱氟的研究:通过研究不同脱氟剂、脱氟剂用量、反应温度、反应时间来考查磷酸及石膏中氟含量,最后通过响应面实验设计对实验条件进行优化。得出以下结论:对磷酸中氟含量变化影响最大的是反应温度,交互作用最大的是反应温度与碳酸钠用量;对石膏中氟含量影响最大的是反应温度,交互作用最大的是碳酸钠用量与反应时间。得出的优惠条件:反应时间117.6 min,反应温度74.25℃,碳酸钠用量为104.5%,此时的磷酸中氟含量0.068%。石膏中的氟含量最低的优惠工艺条件并没有合适的预测结果。(4)气提法对湿法磷酸工艺脱氟的研究:主要研究通气速率、反应时间、反应温度和加酸时间对石膏及磷酸中氟含量的影响,最后通过正交实验对实验条件进行优化。得出以下结论:对于石膏中氟含量来说,对实验影响最大的因素是反应温度,对于磷酸中氟含量来说,对实验影响最大的因素是反应温度。对石膏中氟含量来说最佳因素为反应温度50℃、反应时间120 min、通气速率500mL/min、加酸时间为90 s,此条件下得到石膏中氟含量为0.45%,磷酸中氟含量为0.18%;对磷酸来说最佳因素为反应温度60℃、反应时间120 min、通气速率700 mL/min、加酸时间为60 s,此条件下得到的石膏中氟含量为0.51%,磷酸中氟含量为0.15%;
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