清潔型脲硫酸復肥研究

【摘要】：本文根據(jù)我國磷復肥生產(chǎn)工藝的特點，針對現(xiàn)行磷復肥生產(chǎn)過程中存在的問題，對脲硫酸分解磷礦制備磷復肥的工藝技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究，具體研究內(nèi)容如下： 1．針對脲硫酸復肥制備的理化基礎(chǔ)，對脲硫酸酸解反應(yīng)體系的有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如脲硫酸的密度、粘度、反應(yīng)熱、比熱容、熔點、相變熱等進行了測定與關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)脲硫酸溶液的粘度(η)與溫度(T)之間存在如下關(guān)系： 脲硫酸體系的粘度與酸解劑配比間呈非單調(diào)變化關(guān)系；不同配比的脲硫酸溶液，當加入第1mol尿素于1mol硫酸中時，混合過程放熱速率最大，當加入尿素達到一定量后，混合過程不再放熱。 2．針對濕法磨礦的特點，在考察系統(tǒng)液相平衡的基礎(chǔ)上，利用尿素系小分子，分子間的靜電結(jié)合力弱，在動態(tài)中有與水相似的性質(zhì)，開發(fā)出了用于清潔型脲硫酸復肥生產(chǎn)的礦漿減水技術(shù)和清潔型脲硫酸分解磷礦制備磷復肥的新工藝技術(shù)，實驗考察了脲硫酸復肥生產(chǎn)新工藝中影響磷礦分解率的各種因素，如酸解劑用量與配比、反應(yīng)溫度、攪拌強度、磷礦粉細度、活化劑加入等，并優(yōu)化出了工藝技術(shù)條件。 3．利用兩級吸收裝置采用氟離子選擇性電極法，研究了脲硫酸分解磷礦過程中影響氟逸出率的各種因素，結(jié)果表明酸解劑配比是最主要的影響因素；進而從氟硅酸溶液蒸氣壓、pH值、反應(yīng)溫度等方面分析尿素加入對氟逸出率的影響；通過X-ray衍射分析發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中尿素與氟硅酸溶液的反應(yīng)產(chǎn)物為氟硅酸脲，確定了氟的賦存形式。同時指出降低氟逸出率的主要原因在于脲合質(zhì)子中較強的O…H…O氫鍵的絡(luò)合效應(yīng)，抑制了氟硅酸的分解。在優(yōu)化工藝條件下，氟逸出率可降至7％以下。 4．利用X-ray衍射分析和化學分析方法對脲硫酸分解磷礦過程進行了系統(tǒng)研究，認為脲硫酸酸解磷礦的主反應(yīng)過程包括兩個階段： 第一階段為脲硫酸分解磷礦生成尿素磷酸和四尿素硫酸鈣，第二階段為磷酸分解磷礦生成尿素磷酸二氫鈣，尿素和一部分磷酸二氫鈣生成尿素磷酸和磷酸氫鈣(這是產(chǎn)品中枸溶性磷的主要形式)。 鄭州大學博士學位論文 整個反應(yīng)過程中，氟的行為: 月萬+及凡分HZSi凡 4CO(刀萬2)2+HZSi凡一{[(N萬2)2 co]ZH}2召氓 5.根據(jù)酸解磷礦過程的反應(yīng)原理，對第一階段脈硫酸分解磷礦反應(yīng)動力學進 行了研究，得到脈硫酸分解磷礦第一階段反應(yīng)動力學方程為: ;=華二554.61。xp(一擎).。，】0809 口了大l 第一階段反應(yīng)為一級反應(yīng)，與硫酸分解磷礦第一階段反應(yīng)速率相比，加入尿 素使第一階段反應(yīng)速率減慢。 在MSMPR結(jié)晶器中對硫酸鈣結(jié)晶動力學進行了研究，結(jié)果表明，脈硫酸代 替硫酸的酸解體系，使CaSO;起晶時間明顯延長(延長50%以上)，晶體生長速 率加快，懸浮液密度增加50%以上?；罨瘎┑募尤耄钩珊怂俾蕼p小，成長速率 增大，晶習發(fā)生改變，晶形變粗。 6.以保康礦為基礎(chǔ)，對脈硫酸分解磷礦的宏觀反應(yīng)動力學進行了研究，得到 在磷礦粒度為0.1 10”n們n刃.174們以們以，反應(yīng)溫度為339K一359K和酸解劑配比為尿素: 硫酸=2 .0一3.6:1(mol)的條件下，服硫酸分解磷礦過程的宏觀動力學方程為: 生。(尋牛)一刀玉=，34362exp〔理參旦)q。一凡一 1 IUU一式，I式I 該方程能比較滿意地描述這一過程的動力學關(guān)系，為工藝條件的優(yōu)化和反應(yīng) 器的設(shè)計提供了理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：脲硫酸 酸解劑 復合肥料 清潔工藝 氟逸出率 反應(yīng)動力學 結(jié)晶動力學
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2003
【分類號】：TQ444
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-8
• 目錄8-10
• 1 緒論10-21
• 1.1 農(nóng)業(yè)對復混肥料的需求10
• 1.2 過磷酸鈣在我國磷肥工業(yè)中的地位10-12
• 1.3 尿素過磷酸鈣系列復混肥存在的問題12
• 1.4 本課題的意義及項目來源12-13
• 1.5 尿素過磷酸鈣復肥工藝國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.6 本文主要研究內(nèi)容18-20
• 1.7 本章小結(jié)20-21
• 2 脲硫酸復肥制備的理論基礎(chǔ)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測定21-40
• 2.1 脲硫酸復肥制備的理論基礎(chǔ)21-26
• 2.2 脲硫酸的有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測定26-38
• 2.2.1 脲硫酸溶液的密度測定26
• 2.2.2 脲硫酸溶液的粘度性質(zhì)測定26-32
• 2.2.3 尿素硫酸混合過程熱效應(yīng)測定32-35
• 2.2.4 脲硫酸熔點、相變熱測定35-37
• 2.2.5 脲硫酸的比熱容測定37-38
• 2.3 本章小結(jié)38-40
• 3 脲硫酸復肥新工藝開發(fā)及工藝條件初探40-52
• 3.1 脲硫酸復肥新工藝開發(fā)設(shè)計40-42
• 3.2 實驗原料及組成分析42-43
• 3.3 礦漿減水技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用43-44
• 3.4 脲硫酸分解磷礦過程工藝條件的初步探索44-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 4 清潔型脲硫酸復肥工藝中氟的逸出規(guī)律與賦存形式52-67
• 4.1 傳統(tǒng)酸解磷礦過程中含氟廢氣的逸出及其治理52-53
• 4.2 脲硫酸分解磷礦過程中氟逸出規(guī)律的研究53-56
• 4.3 反應(yīng)溫度和酸解液pH值對氟逸出率的影響56-57
• 4.4 尿素加入對氟硅酸系統(tǒng)蒸氣壓的影響57-63
• 4.5 脲硫酸分解磷礦過程中氟的賦存形式分析63-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 5 脲硫酸分解磷礦過程的反應(yīng)機理研究67-98
• 5.1 脲硫酸分解磷礦過程反應(yīng)原理67-75
• 5.2 脲硫酸分解磷礦過程第一階段反應(yīng)動力學研究75-85
• 5.2.1 實驗設(shè)計76-77
• 5.2.2 實驗數(shù)據(jù)處理方法77-79
• 5.2.3 脲硫酸分解磷礦反應(yīng)動力學79-83
• 5.2.4 硫酸分解磷礦反應(yīng)動力學83-85
• 5.2.5 脲硫酸與硫酸分解磷礦第一階段反應(yīng)的比較85
• 5.3 脲硫酸分解磷礦結(jié)晶動力學研究85-96
• 5.3.1 MSMPR結(jié)晶器數(shù)學模型的建立85-88
• 5.3.2 脲硫酸分解磷礦結(jié)晶動力學實驗88-91
• 5.3.3 實驗結(jié)果與討論91-96
• 5.4 本章小結(jié)96-98
• 6 脲硫酸分解磷礦的工程化應(yīng)用研究98-119
• 6.1 脲硫酸分解磷礦過程描述98-99
• 6.2 脲硫酸分解磷礦宏觀反應(yīng)動力學研究99-113
• 6.3 脲硫酸分解保康磷礦的優(yōu)化工藝條件113-115
• 6.4 新工藝對其他磷礦的適應(yīng)性115-117
• 6.5 技術(shù)經(jīng)濟水平與環(huán)境效益分析117
• 6.6 本章小結(jié)117-119
• 7 結(jié)論119-122
• 參考文獻122-129
• 附錄129-137
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的論文137-138
• 致謝138

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