化工工艺学-第三章-无机化学矿物加工利用

聊城大学2013级化工(huàgōng)工艺学讲义无机(wújī)化工单元工艺-姜松聊城大学化学化工学院Tel-mail：jiangsong006@163.com无机化学矿物加工利用精品资料概述(ɡàishù)无机化工多以天然矿物资源为原料生产无机酸、碱、盐及化学肥料和其他精细无机化学品。大多数无机化工产品都涉及到矿物的化学加工，如无机盐、硫酸、磷肥及钾肥等。此外，大多数金属(除金、银、铜及铂等)在自然界状态下多以硫化物、氧化物、碳酸盐和硅酸盐等形态(xíngtài)存在，从这些矿物中回收和生产纯金属及它们的盐类化合物也涉及到化学矿物的加工问题。精品资料1）镁矿菱镁矿、白云石、水镁石等，主要用于生产(shēngchǎn)镁盐、氧化镁及耐火材料等。2）石灰石矿石灰石，主要用来生产(shēngchǎn)碳酸盐、钙盐及石灰。3）硼矿纤维硼镁矿、硼镁铁矿，可用来加工生产(shēngchǎn)硼砂、硼酸、硼及铁等。4）硫矿硫磺矿、硫铁矿，用于生产(shēngchǎn)硫酸和硫磺。5）钾矿钾石盐、光卤石、明矾石等，用于生产(shēngchǎn)钾盐、硫酸钾、硫酸铝及氧化铝等。无机化学矿物(kuàngwù)种类精品资料6）磷矿氟磷灰石、氯磷灰石等，用于制备(zhìbèi)磷酸、磷肥和磷酸盐。7）铝矿铝土矿、水硬铝石、水软铝石、三水铝石、膨润土、高岭土等，用于生产铝化合物、分子筛及催化剂载体。8）盐矿岩盐、海盐、湖盐等，用于制造纯碱、烧碱、硫化碱、泡花碱、盐酸、氯乙烯及建筑材料等除少数品位较高的矿物开采出来后不需经初步加工即可利用外，大多数化学矿物需经过一系列的物理或化学过程处理后才能转化为人们(rénmen)所需要的化工产品。精品资料化学矿物加工(jiāgōng)的方法和原理矿石的精选是利用矿石中各组分的物理及化学性质上的差别使有用成分富集的一种方法。精选方法主要有手选、重力选、磁选及浮选等。1、手选一种人工选矿方法，即根据矿石的颜色、色泽等外表特征进行选择，以提高矿石的品位。优点：简便易行；缺点：需大量(dàliàng)劳动力，仅适用于小规模生产。一、矿石的精选精品资料2、重力选利用矿石中各组分比重的差异进行(jìnxíng)选别的一种精选方法。介质：水、有机溶剂、气流或方铅矿等配制的悬乳液。3、磁选利用矿石的磁化系数的差异进行(jìnxíng)选矿的一种方法。非磁性：镁矿、石灰石矿、硼矿等强磁性：磁铁矿、磁黄铁矿、钛磁铁矿等弱磁性：赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、钛铁

矿、软锰矿、水锰矿相对磁性化学矿物磁选过程示意图精品资料4、浮选泡沫(pàomò)浮选的简称，即利用矿石中各组分被溶剂（水或其他溶剂）润湿程度的差异而进行的选矿方法。精品资料泡沫分离(fēnlí)装置精品资料泡沫浮选(fúxuǎn)矿物的流程精品资料根据(gēnjù)作用机制不同，浮选剂可分为如下五类：1）捕获剂使某些矿物表面生成一层憎水薄膜，使矿物易于与气泡结合并随气泡上升。捕获剂分子中含有极性和非极性基团，极性基团吸附在矿物表面，而非极性基团则伸向水侧使矿物具有憎水性。精品资料2）起泡剂起泡剂一般是表面活性物质，含有极性和非极性基团，能定向吸附在空气和水的界面上，极性基面向水侧，而非极性基朝向空气。常用(chánɡyònɡ)的起泡剂：松节油、桉树油、煤焦油、甲酚某些高级醇。精品资料3）抑制剂为增加矿石中某些非上浮组分的亲水性而使之完全沉降，提高浮选效果。主要有水玻璃、氨水、石灰、氰化物等。4）调节剂为了改变浮选介质的pH，调节其他药剂的作用，消除有害离子的影响和调节矿浆(kuànɡjiānɡ)的分散度和絮凝度，主要有石灰、碳酸钠、磷酸盐、硫化钠、硫酸等。精品资料5）解毒剂在矿物和水中往往存在一些能阻止矿物表面形成憎水膜使浮选不能进行(jìnxíng)的物质，这类物质统称为浮选毒物。为消除或减弱它们的负面作用，通常添加石灰、纯碱、碳酸钡、硫酸锌、硫酸铁等作为解毒剂。在选矿时，如将有用矿物成分浮入泡沫产物中，而将脉石矿物留在矿浆中，则称其为正浮选；反之，则称为反浮选。精品资料1、煅烧煅烧是将矿石在低于熔点的温度下加热分解，除去挥发性组分的过程。煅烧过程主要发生的物理(wùlǐ)和化学变化有：①热分解。除去化学结合水，CO2，NOx等挥发性杂质，在较高温度下，氧化物还可能发生固相反应，形成有活性的化合状态；②再结晶。可得到一定的晶形、晶体大小、孔结构和比表面；③微晶适当烧结，以提高机械强度。二、矿石(kuàngshí)的热化学加工矿石的热化学处理可分为煅烧、焙烧和烧结。精品资料2、焙烧矿石在低于熔点的温度下，与空气、氯气、氢气等气体或反应剂发生化学反应，改变化学组成(zǔchénɡ)与物理性质的过程。焙烧过程有加添加剂和不加添加剂两种类型。精品资料1）不加添加剂的焙烧也称煅烧，按用途可分为：①分解矿石，如CaCO3化学加工制成CaO，同时制得CO2；②活化矿石，目的在于改变(gǎibiàn)矿石结构，使其易于分解，例如：高岭土焙烧脱水，使其结构疏松多孔，易于进一步生产氧化铝；③脱除杂质，如脱硫、脱除有机物和吸附水等；④晶型转化，如焙烧二氧化钛使其改变(gǎibiàn)晶型，改善其使用性质。按生产工艺可分为烧胀法和烧结法两种。烧胀法是将原料加热至熔融温度，产生气体使其膨胀。烧结法通过加热使某些原料熔化，将整个颗粒黏结在一起。精品资料2）加添加剂的焙烧添加剂可以是气体或固体，固体添加剂兼有助熔剂的作用，使物料熔点降低，以加快(jiākuài)反应速度。按添加剂的不同有多种类型：氧化焙烧还原焙烧硫酸化焙烧氯化焙烧氧化钠焙烧挥发焙烧精品资料①氧化焙烧粉碎(fěnsuì)后的固体原料在氧气中焙烧，使其中的有用成分转变成氧化物，同时除去易挥发的砷、锑、硒、碲等杂质。在硫酸工业中，硫铁矿焙烧制备二氧化硫是典型的氧化焙烧。冶金工业中氧化(yǎnghuà)焙烧应用广泛，例如：硫化铜矿、硫化锌矿、辉钼矿经氧化(yǎnghuà)焙烧得氧化(yǎnghuà)铜、氧化(yǎnghuà)锌、氧化(yǎnghuà)钼，同时得到二氧化(yǎnghuà)硫。精品资料②还原焙烧在矿石或盐类中添加还原剂进行高温处理，常用的还原剂是碳。在制取高纯度产品时，可用氢气、一氧化碳(yīyǎnghuàtàn)或甲烷作为焙烧还原剂。无机盐生产中，重晶石(BaSO4＞85%)的化学加工主要采用还原焙烧法。经浸取制得硫化钡溶液(róngyè)，可作为制取其他钡化合物的原料。精品资料③氯化焙烧在碳存在下，将矿石氯化的过程。金属氯化物具有熔点低、挥发性高、较易被还原、常温下易溶于水及其他溶剂等特点(tèdiǎn)，化工生产常利用上述特性，借助氯化焙烧实现金属的分离、富集、提取和精炼的目的。金红石在流化床中加氯气进行氯化焙烧，生成四氯化钛，经进一步加工可得二氧化钛。

精品资料④硫酸(liúsuān)化焙烧硫酸(liúsuān)化焙烧是使某些金属硫化物矿石焙烧转化为易溶于水的硫酸(liúsuān)盐的一种焙烧加工过程。闪锌矿(ZnS)经硫酸(liúsuān)化焙烧制得硫酸(liúsuān)锌、硫化铜经硫酸(liúsuān)化焙烧制得硫酸(liúsuān)铜等。精品资料⑤挥发焙烧将硫化物矿石在空气中加热，使矿物中的有效组分转变为挥发性氧化物，以气态形式将其分离出来的一种(yīzhǒnɡ)焙烧过程。典型的挥发焙烧-火法炼锑：锑矿石(Sb2S3)在空气中加热氧化为挥发性的Sb2O3。精品资料⑥氧化钠化焙烧通过添加适量的钠化剂(如Na2CO3、NaCl和Na2SO4)等，焙烧后使矿物中的有用成分转化(zhuǎnhuà)为易溶于水的钠盐，进一步加工成所需的化工产品。如在锆英石制二氧化锆的过程中，即采用碳酸钠为钠化剂。精品资料3、烧结烧结是将矿粉和石灰、纯碱、硫酸钠、亚硫酸钠等烧结剂混合，在高于炉料(lúliào)熔点的温度下发生化学反应的过程。烧结地面砖采用铬矿纯碱(chúnjiǎn)烧结法先制取铬酸钠。钙镁磷肥由CaO，MgO，P2O5和SiO2四个主要成分组成。其中CaO，P2O5来自磷矿，MgO，SiO2来自助熔剂。精品资料反应温度不同。焙烧和煅烧都在低于炉料熔点的高温下进行，烧结在高于炉料熔点的高温下进行。烧结是物料配加还原剂、助熔剂(róngjì)的化学转化过程。焙烧是原料与空气、氯气等气体以及添加剂发生化学反应，煅烧是物料发生分解反应，失去结晶水或挥发组分。烧结、焙烧(bèishāo)和煅烧的区别精品资料矿石的湿法加工是利用适宜的溶剂使矿石中有用组分(zǔfèn)转入到溶液中，然后再将溶液进一步加工。如有用组分(zǔfèn)是水溶性的，可用水作为溶剂；如有用组分(zǔfèn)是水不溶性的，可用酸碱盐的溶液作为溶剂。三、矿石(kuàngshí)的湿法加工精品资料1、溶解当矿石中不溶性组分较少，用溶剂处理后的残渣很少，这种过程称为溶解。根据溶解过程的性质，溶解可分为(fēnwéi)：1）物理溶解溶解时，溶质的化学组成没有变化。钾石盐(KCl·NaCl)2）化学溶解溶解时，溶质与溶剂之间发生了化学反应。【磷灰石溶解于硝酸时生成H3PO4和Ca(NO3)2并放出HF气体】。3）水化反应现代物理化学观点，任何溶解过程完全没有化学变化的情况是不存在的。大多数可溶性无机盐矿物溶解于水时，其阴阳离子均会发生水化反应。精品资料盐类的正负离子处于晶体状态时，存在(cúnzài)晶格能，当其溶解于水中时要释放出水化能。

水化能>晶格能时，则盐类不能溶解。水化能<晶格能时，则盐类能够(nénggòu)溶解。晶格能又叫点阵能。它是在反应时1mol离子化合物中的正、负离子从相互分离的气态结合成离子晶体时所放出的能量。水化能是物质溶于大量水中成为无限稀释溶液时所释放的能量。精品资料2、浸取浸取是应用溶剂将固体混合物中可溶组分提取出来的过程，又称为固体萃取。浸取所处理的物料，有天然的或经火法处理的矿物，也有生物物质，如植物的根、茎、叶、种子等。1）浸取的分类①物理浸取单纯(dānchún)的溶质溶解过程，所用的溶剂有水、醇或其他有机溶剂。②化学浸取用于处理矿物，常用酸、碱及一些盐类的水溶液，通过化学反应，将某些组分溶出。③细菌浸取用于处理某些硫化金属矿，靠细菌的氧化作用，将难溶的硫化物转变为易溶的硫酸盐而转入浸出液中。精品资料2）浸取法分离可溶组分的步骤(bùzhòu)①溶剂与固体物料密切接触，使可溶组分转入液相，成为浸出液。②浸出液与不溶固体（残渣）的分离。③用溶剂洗涤残渣，回收附着在残渣上的可溶组分。④浸出液的提纯与浓缩，取得可溶组分的产品。⑤从残渣中回收有价值的溶剂。精品资料3）影响浸取的因素对于有化学反应的浸取过程，影响浸取速率的因素主要为：①温度浸取反应属于液固反应，当浸取过程属于化学反应控制时，浸取速度随温度升高而增快；当浸取过程属于外扩散控制时，温度对浸取速度的影响不显著。②溶剂浓度浸取速度随浸取剂浓度的增大而增快。但当其浓度超过某一值时，有效组分的浸取效率提高并不明显，相反却增加了其他组分的溶解。因此，实际生产实践中，应根据产品(chǎnpǐn)的收率及产品(chǎnpǐn)质量的要求，控制适宜的浓度，避免杂质过多的浸出。精品资料③矿物粒径浸取速度随矿粉粒度减小而增大(zēnɡdà)。粒径越小，固液两相接触的表面积越大。但粒径也不能太小，太小会增加粉碎成本。粒径太大，浸取时间会增大(zēnɡdà)。④孔隙率及孔径分布固体物料的孔隙率越高，则可溶性组分的浸取便越容易。⑤搅拌强度浸取过程是液相扩散控制时，搅拌对浸取有较大影响。搅拌强度越大，则扩散速度越快，浸取速度越快。浸取过程是化学反应控制时，搅拌强度对浸取速度影响不大，但也必须充分搅拌以免固体沉降。此外，矿浆密度及浸取物的物理化学性质等对浸取速率也有影响。浸取时间应依据有用组分的回收率和杂质最小污染程度及生产强度等确定。精品资料4）浸取流程及设备浸取过程一般采用逆流方式进行。浸取设备有间歇式、半间歇式、连续式。按固体原料的处置(chǔzhì)方式，浸取设备又可分为固定床、移动床、分散接触式。按溶剂与固体原料的接触方式，可将浸取设备分为单级接触、多级接触与微分接触型。精品资料无机化学矿物加工(jiāgōng)利用一、酸浸取(jìnqǔ)磷矿制磷酸

磷矿是生产磷酸、磷肥及磷酸盐的原料，天然磷矿石分两大类：磷灰石和磷块岩，主要成分都是氟磷酸钙[Ca5F(PO4)3]-【3Ca3(PO4)2·CaF2】1、湿法磷酸生产原理

用硫酸分解磷矿制磷酸的方法称为硫酸法，也称为萃取法或湿法，是磷酸生产中应用最广泛的方法，在技术上最成熟，经济上最合理，其产量在磷酸产量中占绝对优势。精品资料1）主要化学反应硫酸浸取分解磷矿是液固相反应过程，反应过程中为避免磷矿颗粒表面被硫酸钙包裹(bāoguǒ)，延缓或阻碍反应的进行：实际上是用循环磷酸料浆来分解磷矿，即用磷酸与硫酸的混酸来分解磷矿。反应分两步进行，第一步是磷矿与磷酸生成磷酸一钙，第二步是磷酸一钙再与硫酸反应生成磷酸与硫酸钙。Ca5F(PO4)3+7H3PO4→5Ca(H2PO4)2+HF5Ca(H2PO4)2+5H2SO4+5nH2O→10H3PO4+5CaSO4·nH2O精品资料①氟

磷矿中的氟在酸解时会生成HF，再与磷矿中活性SiO2形成氟硅酸。氟存留在磷酸中会增大磷酸溶液的腐蚀性，大部分氟以SiF4形态逸出，回收加工为氟盐，并消除(xiāochú)了污染。磷矿中所含杂质(zázhì)的影响②SiO2

磷矿中含有少量SiO2，与生成的HF转化为挥发性低和腐蚀性弱的氟硅酸。若SiO2过高，会增大设备、管道和搅拌浆的腐蚀，并增加料浆粘度，降低分离硫酸钙时的过滤强度。精品资料③碳酸盐

磷矿中通常会有少量石灰石等碳酸盐矿物，主要成分为CaCO3、MgCO3。CaO在酸解时生成CaSO4，增大硫酸的消耗定额；MgO全部进入磷酸溶液中，中和掉磷酸中的第一个氢离子，并增加溶液粘度，对结晶(jiéjīng)、过滤、浓缩过程不利。碳酸盐分解时放出CO2，溶液形成泡沫，造成逸出损失。CaCO3+H2SO4→CaSO4+CO2+H2OMgCO3+H2SO4→MgSO4+CO2+H2O精品资料④铁、铝化合物

磷矿中的铁、铝杂质(zázhì)会增大磷酸溶液的粘度，降低酸的质量，并在浓缩时在设备中结垢生成难溶的中性磷酸盐。Fe(H2PO4)3+2H2O→FePO42H2O+2H3PO4Al(H2PO4)3+2H2O→AlPO42H2O+2H3PO4精品资料⑤钾、钠化合物

磷矿中钾、钠离子首先与氟硅酸反应生成氟硅酸钾、钠，会在反应、过滤(guòlǜ)及浓缩系统的设备与管线中析出结垢，在贮存系统中形成淤渣，导致装置开车率下降与P2O5损失增大。⑥锶、镧等稀土金属化合物

磷灰石在矿中的稀土金属氧化物对半水物硫酸钙转化为二水物起延缓作用。⑦氯、碘

氯和碘是萃取磷酸中最不希望存在的杂质，它们会使磷酸溶液具有极强的腐蚀性。应避免这两种杂质进入磷酸生产系统。精品资料2）硫酸钙的晶型和生产方法分类在湿法磷酸生产过程中，根据液相中磷酸与硫酸的浓度，系统的温度不同，有三种硫酸钙的水合物结晶与溶液处于平衡状态，它们(tāmen)是无水物CaSO4(硬石膏)、二水物CaSO4·2H2O(二水石膏)和半水物α-CaSO4·0.5H2O(α半水石膏)。结晶形态俗称晶系密度g/ml化学组成/%SO3CaOH2OCaSO4硬石膏斜方晶系2.5258.841.20CaSO4·2H2O生石膏单斜晶系2.3246.632.520.9α-CaSO4·0.5H2O熟石膏六方晶系2.73各种硫酸钙水合物结晶区域CaSO4精品资料①二水物法(DH)制湿法磷酸

这是目前世界(shìjiè)上应用最广泛的方法，有多槽流程和单槽流程，其中又分无回浆与有回浆流程，以及真空冷却与空气冷却流程。二水物法湿法磷酸一般含P2O528～32％，磷总收率93～97％。湿法磷酸(línsuān)生产方法湿法磷酸生产方法往往以硫酸钙出现的形态来命名。二水物法(DH)的优缺点：优点：对磷矿的适应性和工艺的可靠性，稳定性较强;缺点：磷的总收率较低:洗涤不完全；少量磷酸溶液进入硫酸钙晶体空穴中，磷酸一钙结晶后与硫酸钙结晶层交替生长；磷矿颗粒表面形成硫酸钙膜使磷矿萃取不完全。精品资料②半水-二水物法(HH/DH)制湿法磷酸

先使硫酸钙形成半水物结晶，后再重结晶为二水物。这样可使硫酸钙晶格中的P2O5全部释放出来，P2O5总收率达98～98.5％，同时提高(tígāo)了磷石膏纯度，扩大了它的应用。半水-二水物法流程根据产品酸的浓度又可分为稀酸流程(HRC)和浓酸流程(HDH)两种。前者半水物结晶不过滤直接水化为二水物再过滤分离，产品酸含P2O530~32％；后者从半水物料浆分出产品酸，含P2O545％，滤饼送入水化槽重结晶为二水物。精品资料③二水-半水物(DH/HH)法制湿法磷酸

P2O5总收率达99％。磷石膏含结晶水少，有利于制造硫酸与水泥，产品酸含P2O535％左右。④半水物法(HH)湿法磷酸

可得含P2O540～50％的高浓度磷酸。晶格磷损失大，收率只有(zhǐyǒu)92%，产生的半水物不纯，工业上只用过有限的矿种。精品资料3）CaSO4-H3PO4-H2O体系(tǐxì)相平衡各种硫酸钙水合物在水中的溶解度曲线1.CaSO4·2H2O2.CaSO4Ⅱ3.α-CaSO4Ⅲ4.β-CaSO4Ⅲ5.α-CaSO4·0.5H2O6.β-CaSO4·0.5H2O7.脱水(tuōshuǐ)后的α-CaSO4·0.5H2O8.脱水(tuōshuǐ)后的β-CaSO4·0.5H2O除二水物外，溶解度均随温度升高而降低。40℃97℃精品资料CaSO4-H3PO5-H2O体系的相平衡图硫酸钙只有两种稳定(wěndìng)的晶体:二水物和无水物Ⅱ。α半水物在虚线的上侧区域Ⅲ是介稳定的，二水(èrshuǐ)物在两条转化曲线(实线与虚线)之间的区域Ⅱ是介稳定的。目前的生产方法都是无水物Ⅱ是稳定的条件下进行的；实际生产的晶体均是介稳状态的二水物和α半水物。精品资料2、湿法磷酸生产工艺条件(tiáojiàn)的选择1）工艺的主要部分：磷酸与硫酸的混酸浸取并分解磷矿生成磷酸与硫酸钙；硫酸钙晶体的分离与洗净。2）工艺条件目标：达到最大的P2O5利用率和最低的硫酸用量。磷矿浸取与分解工序磷矿分解率要高；减少由于磷矿粉被包裹和HPO42-同晶取代SO42-所造成的P2O5损失；硫酸钙晶体粗大、均匀、稳定(wěndìng)，过滤强度和洗涤效率高，减少P2O5损失。精品资料3）工艺(gōngyì)条件的选择A.液相SO3浓度：在二水物制湿法磷酸时，SO3控制在0.015～0.025g/ml。矿种不同，浓度范围有一定差异。B.反应温度：二水物流程反应温度控制在65～80℃，半水物流程控制在95～105℃。C.料浆中P2O5浓度：稀磷酸浓度。二水法中25～30%，但当矿中杂质含量增加时，22~25%。D.料浆中固含量：提高液相含量会改善操作条件，但降低设备生产能力(shēnɡchǎnnénɡlì)。二水物流程液固比为(2.5～3):1，半水物流程为(3.5～4):1。若磷矿中镁、铁、铝杂质高，液固比应适当高一些。精品资料E.回浆：返回料浆可提供晶种，防止局部游离硫酸浓度过高，并可降低过饱和度和减少新生(xīnshēng)晶核，以获得粗大、均匀的硫酸钙晶体。实际生产中，回浆量为加入物料量的100～150倍左右。F.反应时间（或反应槽容积）：指反应槽内平均停留时间，由反应槽容积决定，延长反应时间可使石膏结晶长大，并消除过饱和度，提高过滤能力。G.料浆搅拌搅拌：有利于颗粒表面更新和消除局部区域游离硫酸浓度过高，加快传热、传质速度，防止包裹现象和消除泡沫。搅拌强度不应过高，以免晶体破碎。精品资料磷酸(línsuān)生产流程主流程：磷矿石的湿法研磨（磨矿）→磷矿的浸取↓磷酸(línsuān)浓缩←回磷酸(línsuān)系统←料浆的过滤←料浆的冷却副流程：1、反应过程中含氟尾气的吸收2、再结晶系统4）生产(shēngchǎn)工艺流程精品资料A.磷矿的磨碎：大型生产装置选用球磨与棒磨；中小型装置选用弹性较大的环辊式或辊式干湿磨机。B.磷矿的浸取反应(fǎnyìng)条件：激烈搅拌和料浆高速循环对于二水物生产工艺，反应(fǎnyìng)系统可以采用多槽串联，也可采用单槽或多格单槽。对于半水物和再结晶的生产工艺，必须采用多槽反应(fǎnyìng)系统。C.料浆的冷却：鼓风冷却和真空闪蒸冷却。D.料浆的过滤：橡胶带式真空过滤机，盘式真空过滤机和转台式真空过滤机。精品资料E.回磷酸系统：将洗涤液与部分滤液配制回磷酸，返回反应系统，以维持反应料浆所需的液固比。F.湿法磷酸的浓缩：采用真空蒸发浓缩磷酸。结垢问题：能否长期、稳定运行的关键。结垢的主要组成：硫酸钙、氟硅酸钾、磷酸铁等，生产过程中要采用有效措施延缓与阻止结垢。G.含氟气体的吸收：生产过程中所逸出的氟化物应进行吸收，使之符合(fúhé)环保规定。H.再结晶系统：对半水物－二水物流程或二水物－半水物流程，需将硫酸钙的结晶进行转化，回收的P2O5返回反应系统，滤饼作副产物使用。精品资料浸取工序(gōngxù)-反应槽轴流泵反应(fǎnyìng)消化槽反应槽是由6格相同的方槽组成，消化槽是由3格相同方槽组成，采取混凝土槽加内部衬胶衬砖，顶部配有搅拌装置，采用双层四叶浆。精品资料1.用强制循环低位真空蒸发冷却料浆，移出反应(fǎnyìng)余热，并将含氟尾气送到洗涤系统，经处理达标后排放。2.结构：整个内壁都要衬胶，圆筒、底部及中隔墙外衬碳砖，顶部锥体部份只需衬胶。低位闪冷室轴流泵真空(zhēnkōng)闪蒸冷却精品资料转盘式真空(zhēnkōng)过滤机转盘式过滤机它能将离散的难溶固体颗料或结晶体从液体中分离，同时还能实现(shíxiàn)对吸附形成的滤饼进行多次洗涤功能。精品资料翻盘式过滤机:一种连续运转的真空(zhēnkōng)过滤设备。翻盘(fānpán)式过滤机每只滤盘水平旋转一周完成加料→初滤→过滤→洗涤（洗涤次数可调节）→滤盘翻转卸渣→冲洗滤布再生→滤盘吸干→滤盘复位水平至下一个加料点，再进入下一轮连续操作。精品资料浓缩(nónɡsuō)工序-浓缩(nónɡsuō)主装置蒸发器雾沫分离器第一(dìyī)氟吸收塔第二氟吸收塔浓缩循环泵精品资料5）典型(diǎnxíng)的湿法磷酸生产工艺①二水物法(DH)典型的二水物法工艺流程有雅可布斯-道尔科Ⅱ流程和罗纳-布朗流程。二水物的工艺条件(tiáojiàn)为：成品磷酸浓度28～30％P2O5，液相游离SO30.25～0.35g/mL，反应温度75～85℃，停留时间4～8小时，料浆液固重量比2.0～3.0，P2O5得率93～97％。精品资料典型单槽二水(èrshuǐ)物法制湿法磷酸流程图精品资料②半水物-二水物稀酸再结晶(jiéjīng)法(HRC)典型的半水-二水物稀酸再结晶(jiéjīng)法工艺流程有日产H流程。这类流程先制得半水物结晶(jiéjīng)，然后重结晶(jiéjīng)为二水物，经过滤得30～35％的磷酸。工艺条件为：半水和二水系统中磷酸浓度相同，均为30～35。首先在80～100℃温度下获得半水物结晶(jiéjīng)，然后将料浆送入二水物再结晶(jiéjīng)槽内，在有回浆提供晶种的条件下降至50～65℃,使半水物转变为二水物，采用一半过滤分离磷石膏。本工艺P2O5的总得率可达98％。精品资料日产H法工艺流程(ɡōnɡyìliúchénɡ)精品资料③半水物-二水物浓酸法(HDH)

典型的半水物-二水物浓酸法流程有日产C流程。这类流程先制得半水物结晶，将半水系统中制得的料浆进行第一段过滤，获得含P2O540~50％的浓磷酸，滤饼(lǜbǐnɡ)经洗涤、再制浆后送入二水物系统再结晶。最后进行第二段过滤、洗涤，获得较纯净的二水物硫酸钙。工艺条件为：半水系统磷酸浓度为40~50％P2O5，液相中SO3/CaO摩尔比<1，反应温度100±5℃，反应时间2小时。料浆经过滤得成品酸，滤饼(lǜbǐnɡ)经洗涤、再制浆后加入二水系统。二水系统液相磷酸浓度10~25％P2O5，硫酸浓度5~15％，转化温度60~70℃，停留时间2小时左右。P2O5总得率98.5％左右。精品资料日产C法工艺流程(ɡōnɡyìliúchénɡ)精品资料④半水物法(HH)典型的半水物工艺流程有诺斯克-特罗半水物流程。半水物可直接制得浓度较高的磷酸(línsuān)。工艺条件为：成品磷酸(línsuān)的浓度约为38~50％P2O5，一般为40~45％P2O5。为获得粗大的半水物结晶，关键在于控制磷矿溶解槽中液相中的SO3/CaO的摩尔比小于1，即在硫酸量不足的条件下进行磷矿分解和半水物结晶。加入磷矿溶解槽中的硫酸量约为硫酸总用量的90％，槽内液相SO3浓度为0.01~0.02g/ml，其余10％硫酸补加于结晶槽内。浸取反应温度85~110℃,停留时间6~8小时，料浆液固(重量)比为3~4，P2O5得率94％左右。精品资料硫铁矿是硫化铁矿物的总称(zǒnɡchēnɡ)，它包括主要成分为FeS2的黄铁矿与主要成分为FenSn+1(n≥5)的磁硫铁矿。纯粹黄铁矿含硫53.45％，磁硫铁矿含硫36.5～40.8％。①原料预处理，包括原料破碎、配矿等。②硫铁矿焙烧(bèishāo)，SO2炉气制备。③净化，清除炉气中的有害杂质。④转化，SO2催化氧化制备SO3。⑤吸收，硫酸吸收SO3制发烟硫酸。

以硫铁矿为原料接触法生产硫酸的过程主要有5个工序：二、硫铁矿焙烧制硫酸原料气精品资料1）硫铁矿的焙烧反应(fǎnyìng)硫铁矿焙烧的主要化学反应(fǎnyìng)是FeS2的氧化，它分两步进行，首先是FeS2的热分解，尔后为分解产物的氧化。①2FeS2→2FeS+S2(g)＞500℃Fe2O3、FeO的比例取决于炉中氧的分压。实际上焙烧炉中过剩空气较少，故矿渣(kuànɡzhā)中的铁有Fe2O3和FeO两种形态。硫铁矿焙烧总的反应式为：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2↑3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2↑S2(g)+2O2→2SO2↑2FeS+3O2→2FeO+2SO2↑2FeO+0.5O2→Fe2O3②＞600℃精品资料硫铁矿的焙烧是强烈放热反应，除可供反应自热外，还需要移走反应余热(yúrè)。在空气中焙烧黄铁矿获得的含SO3炉气，理论最高浓度为16.2％。现代硫铁矿的焙烧都采用沸腾焙烧技术。工业上，为保证使硫铁矿中的硫尽量转化为二氧化硫，通常在600℃以上高温下进行焙烧。精品资料2）焙烧速度及其影响速度硫铁矿的焙烧过程①FeS2的分解。②O2向FeS2表面及内部扩散。③O2与FeS2在矿物颗粒(kēlì)表面及内部反应，生成的SO2自颗粒内部通过氧化铁层扩散出来。④硫蒸气向外扩散及与氧的反应。硫铁矿的焙烧过程属于气固非均相反应。由于是非均相反应，硫铁矿的焙烧速度不仅和化学反应速度有关，还涉及传热(chuánrè)和传质过程。精品资料硫铁矿焙烧(bèishāo)的lgk-1/T图①t=485~560℃，斜率很大，说明活化能很高；500℃，FeS2开始分解；属化学反应动力学控制阶段。②t=560~720℃，由化学反应动力学控制向扩散控制的转换阶段。③t=720~1155℃，斜率较小，活化能也较小，扩散控制阶段；T<650℃时，FeS2分解的速率常数<FeS氧化的速率常数，焙烧(bèishāo)过程属于化学反应控制。T>650℃时，FeS2分解的速率常数>FeS氧化的速率常数，焙烧(bèishāo)过程属于扩散控制。生产中，t=850~950℃，硫铁矿的焙烧过程属于氧扩散控制。精品资料①提高焙烧温度，可以加快扩散速率，850~950℃为宜，过高会导致烧渣熔结。②减小矿石粒度，有利于增加空气与矿石的接触面积，减小内扩散阻力，矿石平均粒径在0.24~0.7mm。③增加空气与矿粒之间的相对运动，采用(cǎiyòng)沸腾炉焙烧。④提高入炉空气中的氧含量。提高焙烧反应(fǎnyìng)速率的方法精品资料3）硫铁矿的预处理①破碎沸腾炉焙烧要求粒度在4~5mm，因此硫铁矿要经过粗碎和细碎。②配矿由于矿石产地不同，组成差别较大。为维持操作稳定和炉气成分均一，焙烧前应进行配矿处理，使原料(yuánliào)品位基本恒定。③脱水水量过多会造成原料(yuánliào)输送困难，进入