化工工藝學(xué)第三章33無(wú)機(jī)化學(xué)礦物加工利用

1、化工工藝學(xué)化工工藝學(xué)3.3無(wú)機(jī)化學(xué)礦物加工利用無(wú)機(jī)化學(xué)礦物加工利用3.3.1 概述概述 無(wú)機(jī)化工多以天然礦物資源為原料生產(chǎn)無(wú)機(jī)無(wú)機(jī)化工多以天然礦物資源為原料生產(chǎn)無(wú)機(jī)酸、堿、鹽及化學(xué)肥料和其他精細(xì)無(wú)機(jī)化學(xué)品。酸、堿、鹽及化學(xué)肥料和其他精細(xì)無(wú)機(jī)化學(xué)品。 大多數(shù)無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品都涉及到礦物的化學(xué)加大多數(shù)無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品都涉及到礦物的化學(xué)加工，如無(wú)機(jī)鹽、硫酸、磷肥及鉀肥等。此外，大工，如無(wú)機(jī)鹽、硫酸、磷肥及鉀肥等。此外，大多數(shù)金屬在自然界狀態(tài)下多以硫化物、氧化物、多數(shù)金屬在自然界狀態(tài)下多以硫化物、氧化物、碳酸鹽和硅酸鹽等形態(tài)存在，從這些礦物中回收碳酸鹽和硅酸鹽等形態(tài)存在，從這些礦物中回收和生產(chǎn)純金屬及它們的鹽

2、類化合物也涉及到化學(xué)和生產(chǎn)純金屬及它們的鹽類化合物也涉及到化學(xué)礦物的加工問(wèn)題。礦物的加工問(wèn)題。 無(wú)機(jī)化學(xué)礦物的種類繁多，主要的礦物品種有：無(wú)機(jī)化學(xué)礦物的種類繁多，主要的礦物品種有：（1）鎂礦）鎂礦 菱鎂礦、白云石、水鎂石等，主要用于生產(chǎn)鎂鹽、氧化鎂及耐火菱鎂礦、白云石、水鎂石等，主要用于生產(chǎn)鎂鹽、氧化鎂及耐火材料等。材料等。（2）石灰石礦）石灰石礦 石灰石，主要用來(lái)生產(chǎn)碳酸鹽、鈣鹽及石灰。石灰石，主要用來(lái)生產(chǎn)碳酸鹽、鈣鹽及石灰。（3）硼礦）硼礦 纖維硼鎂礦、硼鎂鐵礦，可用來(lái)加工生產(chǎn)硼砂、硼酸、硼及鐵等。纖維硼鎂礦、硼鎂鐵礦，可用來(lái)加工生產(chǎn)硼砂、硼酸、硼及鐵等。（4）硫礦）硫礦 硫磺礦、硫鐵礦，

3、用于生產(chǎn)硫酸和硫磺。硫磺礦、硫鐵礦，用于生產(chǎn)硫酸和硫磺。（5）鉀礦）鉀礦 鉀石鹽、光鹵石、明礬石等，用于生產(chǎn)鉀鹽、硫酸鉀、硫酸鋁及鉀石鹽、光鹵石、明礬石等，用于生產(chǎn)鉀鹽、硫酸鉀、硫酸鋁及氧化鋁等。氧化鋁等。3.3.1 概述概述（6）磷礦）磷礦 氟磷灰石、氯磷灰石等，用于制備磷酸、磷肥和磷酸鹽。氟磷灰石、氯磷灰石等，用于制備磷酸、磷肥和磷酸鹽。（7）鋁礦）鋁礦 鋁土礦、水硬鋁石、水軟鋁石、三水鋁石、膨潤(rùn)土、高嶺鋁土礦、水硬鋁石、水軟鋁石、三水鋁石、膨潤(rùn)土、高嶺土等，用于生產(chǎn)鋁化合物、分子篩及催化劑載體。土等，用于生產(chǎn)鋁化合物、分子篩及催化劑載體。（8）鹽礦）鹽礦 巖鹽、海鹽、湖鹽等，用于制造純堿

4、、燒堿、硫化堿、泡巖鹽、海鹽、湖鹽等，用于制造純堿、燒堿、硫化堿、泡花堿、鹽酸、氯乙烯及建筑材料等花堿、鹽酸、氯乙烯及建筑材料等 除少數(shù)除少數(shù)品位品位較高的礦物開(kāi)采出來(lái)后不需經(jīng)初步加工即可利較高的礦物開(kāi)采出來(lái)后不需經(jīng)初步加工即可利用外，大多數(shù)化學(xué)礦物需經(jīng)過(guò)一系列的物理或化學(xué)過(guò)程處理后用外，大多數(shù)化學(xué)礦物需經(jīng)過(guò)一系列的物理或化學(xué)過(guò)程處理后才能轉(zhuǎn)化為人們所需要的化工產(chǎn)品。才能轉(zhuǎn)化為人們所需要的化工產(chǎn)品。3.3.1 概述概述3.3.3 化學(xué)礦物加工的方法和原理化學(xué)礦物加工的方法和原理 一、礦石的精選一、礦石的精選 礦石的精選礦石的精選是利用礦石中各組分的物理及化學(xué)性質(zhì)上是利用礦石中各組分的物理及化學(xué)

5、性質(zhì)上的差別使有用成分富集的一種方法。的差別使有用成分富集的一種方法。 精選方法主要有手選、重力選、磁選及浮選等。精選方法主要有手選、重力選、磁選及浮選等。 1、手選、手選 是一種人工選礦方法，即根據(jù)礦石的顏色、色澤等外是一種人工選礦方法，即根據(jù)礦石的顏色、色澤等外表特征進(jìn)行選擇，以提高礦石的品位。表特征進(jìn)行選擇，以提高礦石的品位。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便易行；簡(jiǎn)便易行； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：需大量勞動(dòng)力，僅適用于小規(guī)模生產(chǎn)。需大量勞動(dòng)力，僅適用于小規(guī)模生產(chǎn)。 2、重力選、重力選 是利用礦石中各組分是利用礦石中各組分比重的差異比重的差異進(jìn)行選別的一種精進(jìn)行選別的一種精選方法。選方法。 介質(zhì)：介質(zhì)：水、有機(jī)溶

6、劑、氣流或方鉛礦等配制的懸乳液。水、有機(jī)溶劑、氣流或方鉛礦等配制的懸乳液。 3、磁選、磁選 是利用礦石的是利用礦石的磁化系數(shù)的差異磁化系數(shù)的差異進(jìn)行選礦的一種方法。進(jìn)行選礦的一種方法。 根據(jù)化學(xué)礦物的相對(duì)磁性，可將礦物分為：根據(jù)化學(xué)礦物的相對(duì)磁性，可將礦物分為： 強(qiáng)磁性：磁鐵礦、磁黃鐵礦、鈦磁鐵礦等。強(qiáng)磁性：磁鐵礦、磁黃鐵礦、鈦磁鐵礦等。 弱磁性：赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、鈦鐵礦、軟錳礦、弱磁性：赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、鈦鐵礦、軟錳礦、 水錳礦。水錳礦。 非磁性：鎂礦、石灰石礦、硼礦等。非磁性：鎂礦、石灰石礦、硼礦等。一、礦石的精選一、礦石的精選 4、浮選、浮選 泡沫浮選的簡(jiǎn)稱泡沫浮選的簡(jiǎn)稱，即

7、利用礦石中各組分被溶劑（水，即利用礦石中各組分被溶劑（水或其他溶劑）潤(rùn)濕程度的差異而進(jìn)行的選礦方法?；蚱渌軇?rùn)濕程度的差異而進(jìn)行的選礦方法。 根據(jù)作用機(jī)制不同，浮選劑可分為如下幾類：根據(jù)作用機(jī)制不同，浮選劑可分為如下幾類： （1）捕獲劑）捕獲劑 使某些礦物表面生成一層憎水薄膜，使礦物易于與使某些礦物表面生成一層憎水薄膜，使礦物易于與氣泡結(jié)合并隨氣泡上升。氣泡結(jié)合并隨氣泡上升。 捕獲劑分子中含有極性和非極性基團(tuán)，極性基團(tuán)吸捕獲劑分子中含有極性和非極性基團(tuán)，極性基團(tuán)吸附在礦物表面，而非極性基團(tuán)則伸向水側(cè)使礦物具有憎附在礦物表面，而非極性基團(tuán)則伸向水側(cè)使礦物具有憎水性。水性。一、礦石的精選一、礦

8、石的精選 （2）起泡劑）起泡劑 起泡劑一般是起泡劑一般是表面活性物質(zhì)表面活性物質(zhì)，含有極，含有極性和非極性基團(tuán)，能定向吸附在空氣和水性和非極性基團(tuán)，能定向吸附在空氣和水的界面上，極性基面向水側(cè)，而非極性基的界面上，極性基面向水側(cè)，而非極性基朝向空氣。朝向空氣。 常用的起泡劑：松節(jié)油、桉樹(shù)油、煤常用的起泡劑：松節(jié)油、桉樹(shù)油、煤焦油、甲酚某些高級(jí)醇。焦油、甲酚某些高級(jí)醇。一、礦石的精選一、礦石的精選 （3）抑制劑）抑制劑 為增加礦石中某些非上浮組分的親水性而使之完為增加礦石中某些非上浮組分的親水性而使之完全沉降，提高浮選效果。全沉降，提高浮選效果。 主要有水玻璃、氨水、石灰、氰化物等。主要有水玻璃

9、、氨水、石灰、氰化物等。 （4）調(diào)節(jié)劑）調(diào)節(jié)劑 為了改變浮選介質(zhì)的為了改變浮選介質(zhì)的pH，調(diào)節(jié)其他藥劑的作用，調(diào)節(jié)其他藥劑的作用，消除有害離子的影響和調(diào)節(jié)礦漿的分散度和絮凝度，消除有害離子的影響和調(diào)節(jié)礦漿的分散度和絮凝度， 主要有石灰、碳酸鈉、磷酸鹽、硫化鈉、硫酸等。主要有石灰、碳酸鈉、磷酸鹽、硫化鈉、硫酸等。一、礦石的精選一、礦石的精選 （5）解毒劑）解毒劑 在礦物和水中往往存在一些能阻止礦物表面在礦物和水中往往存在一些能阻止礦物表面形成憎水膜使浮選不能進(jìn)行的物質(zhì)，這類物質(zhì)統(tǒng)形成憎水膜使浮選不能進(jìn)行的物質(zhì)，這類物質(zhì)統(tǒng)稱為稱為浮選毒物浮選毒物。 為消除或減弱它們的負(fù)面作用，通常為消除或減弱它們

10、的負(fù)面作用，通常添加石添加石灰、純堿、碳酸鋇、硫酸鋅、硫酸鐵等作為解毒灰、純堿、碳酸鋇、硫酸鋅、硫酸鐵等作為解毒劑。劑。 在選礦時(shí)，如將有用礦物成分浮入泡沫產(chǎn)物在選礦時(shí)，如將有用礦物成分浮入泡沫產(chǎn)物中，而將脈石礦物留在礦漿中，則稱其為中，而將脈石礦物留在礦漿中，則稱其為正浮選正浮選；反之，則稱為反之，則稱為反浮選反浮選。一、礦石的精選一、礦石的精選 礦石的熱化學(xué)處理可分為煅燒、焙燒、燒結(jié)和熔融。礦石的熱化學(xué)處理可分為煅燒、焙燒、燒結(jié)和熔融。 1、煅燒、煅燒 煅燒煅燒是將礦石在低于熔點(diǎn)的溫度下加熱分解，除去揮是將礦石在低于熔點(diǎn)的溫度下加熱分解，除去揮發(fā)性組分的過(guò)程。發(fā)性組分的過(guò)程。 煅燒過(guò)程主要

11、發(fā)生的物理和化學(xué)變化有：煅燒過(guò)程主要發(fā)生的物理和化學(xué)變化有： (1)熱分解熱分解。除去化學(xué)結(jié)合水，。除去化學(xué)結(jié)合水，CO2，NOx等揮發(fā)性雜質(zhì)，等揮發(fā)性雜質(zhì)，在較高溫度下，氧化物還可能發(fā)生固相反應(yīng)，形成有活性在較高溫度下，氧化物還可能發(fā)生固相反應(yīng)，形成有活性的化合狀態(tài)；的化合狀態(tài)； (2)再結(jié)晶再結(jié)晶，可得到一定的晶形、晶體大小、孔結(jié)構(gòu)和比，可得到一定的晶形、晶體大小、孔結(jié)構(gòu)和比表面；表面； (3)微晶適當(dāng)燒結(jié)微晶適當(dāng)燒結(jié)，以提高機(jī)械強(qiáng)度。，以提高機(jī)械強(qiáng)度。二、礦石的熱化學(xué)加工二、礦石的熱化學(xué)加工 2、焙燒、焙燒 礦石在低于熔點(diǎn)的溫度下，與空氣、氯氣、礦石在低于熔點(diǎn)的溫度下，與空氣、氯氣、氫氣

12、等氣體或反應(yīng)劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變化學(xué)組氫氣等氣體或反應(yīng)劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變化學(xué)組成與物理性質(zhì)的過(guò)程。成與物理性質(zhì)的過(guò)程。 焙燒過(guò)程有焙燒過(guò)程有加添加劑和不加添加劑加添加劑和不加添加劑兩種類型。兩種類型。二、礦石的熱化學(xué)加工二、礦石的熱化學(xué)加工 （1）不加添加劑的焙燒）不加添加劑的焙燒 也稱煅燒也稱煅燒，按用途可分為：按用途可分為： 分解礦石分解礦石，如石灰石化學(xué)加工制成氧化鈣，同，如石灰石化學(xué)加工制成氧化鈣，同時(shí)制得二氧化碳?xì)怏w；時(shí)制得二氧化碳?xì)怏w； 活化礦石活化礦石，目的在于改變礦石結(jié)構(gòu)，使其易于，目的在于改變礦石結(jié)構(gòu)，使其易于分解，例如：將高嶺土焙燒脫水，使其結(jié)構(gòu)疏松分解，例如：將高嶺土焙

13、燒脫水，使其結(jié)構(gòu)疏松多孔，易于進(jìn)一步加工生產(chǎn)氧化鋁；多孔，易于進(jìn)一步加工生產(chǎn)氧化鋁；二、礦石的熱化學(xué)加工二、礦石的熱化學(xué)加工 脫除雜質(zhì)脫除雜質(zhì)，如脫硫、脫除有機(jī)物和吸附水等；，如脫硫、脫除有機(jī)物和吸附水等； 晶型轉(zhuǎn)化晶型轉(zhuǎn)化，如焙燒二氧化鈦使其改變晶型，改，如焙燒二氧化鈦使其改變晶型，改善其使用性質(zhì)。善其使用性質(zhì)。 按生產(chǎn)工藝可分為按生產(chǎn)工藝可分為燒脹法和燒結(jié)法燒脹法和燒結(jié)法兩種。燒兩種。燒脹法是將原料加熱至熔融溫度，產(chǎn)生氣體使其膨脹法是將原料加熱至熔融溫度，產(chǎn)生氣體使其膨脹。燒結(jié)法通過(guò)加熱使某些原料熔化，將整個(gè)顆脹。燒結(jié)法通過(guò)加熱使某些原料熔化，將整個(gè)顆粒黏結(jié)在一起。粒黏結(jié)在一起。 二、礦石

14、的熱化學(xué)加工二、礦石的熱化學(xué)加工 （2）加添加劑的焙燒）加添加劑的焙燒 添加劑可以是氣體或固體添加劑可以是氣體或固體，固體添加劑兼有助熔劑的，固體添加劑兼有助熔劑的作用，使物料熔點(diǎn)降低，以加快反應(yīng)速度。按添加劑的不作用，使物料熔點(diǎn)降低，以加快反應(yīng)速度。按添加劑的不同有多種類型：同有多種類型： 氧化焙燒氧化焙燒 粉碎后的固體原料在氧氣中焙燒，使其中的有用成分粉碎后的固體原料在氧氣中焙燒，使其中的有用成分轉(zhuǎn)變成氧化物，同時(shí)除去易揮發(fā)的砷、銻、硒、碲等雜質(zhì)。轉(zhuǎn)變成氧化物，同時(shí)除去易揮發(fā)的砷、銻、硒、碲等雜質(zhì)。在硫酸工業(yè)中，硫鐵礦焙燒制備二氧化硫是典型的氧化焙在硫酸工業(yè)中，硫鐵礦焙燒制備二氧化硫是典型

15、的氧化焙燒。冶金工業(yè)中氧化焙燒應(yīng)用廣泛，例如：硫化銅礦、硫燒。冶金工業(yè)中氧化焙燒應(yīng)用廣泛，例如：硫化銅礦、硫化鋅礦經(jīng)氧化焙燒得氧化銅、氧化鋅，同時(shí)得到二氧化硫?；\礦經(jīng)氧化焙燒得氧化銅、氧化鋅，同時(shí)得到二氧化硫。二、礦石的熱化學(xué)加工二、礦石的熱化學(xué)加工 還原焙燒還原焙燒 在礦石或鹽類中添加還原劑進(jìn)行高溫處理，在礦石或鹽類中添加還原劑進(jìn)行高溫處理，常用的還原劑是碳常用的還原劑是碳。在制取高純度產(chǎn)品時(shí)，可用。在制取高純度產(chǎn)品時(shí)，可用氫氣、一氧化碳或甲烷氫氣、一氧化碳或甲烷作為焙燒還原劑。作為焙燒還原劑。 例如：貧氧化鎳礦在加熱下用水煤氣還原，例如：貧氧化鎳礦在加熱下用水煤氣還原，可使其中的三氧化二

16、鐵大部分還原為四氧化三鐵可使其中的三氧化二鐵大部分還原為四氧化三鐵,少量還原為氧化亞鐵和金屬鐵少量還原為氧化亞鐵和金屬鐵;鎳、鈷的氧化物則鎳、鈷的氧化物則還原為金屬鎳和鈷。因?yàn)樵撨^(guò)程中的三氧化二鐵還原為金屬鎳和鈷。因?yàn)樵撨^(guò)程中的三氧化二鐵具有弱磁性，四氧化三鐵具有強(qiáng)磁性，利用這種具有弱磁性，四氧化三鐵具有強(qiáng)磁性，利用這種差別可以進(jìn)行磁選，故此過(guò)程又稱磁化焙燒。差別可以進(jìn)行磁選，故此過(guò)程又稱磁化焙燒。二、礦石的熱化學(xué)加工二、礦石的熱化學(xué)加工 氯化焙燒氯化焙燒 在礦物或鹽類中添加氯化劑進(jìn)行高溫處理在礦物或鹽類中添加氯化劑進(jìn)行高溫處理,使物使物料中某些組分轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)或凝聚態(tài)的氧化物料中某些組分轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

17、氣態(tài)或凝聚態(tài)的氧化物,從而同從而同其他組分分離。其他組分分離。 氯化劑可用氯氣或氯化物（如氯化鈉、氯化鈣氯化劑可用氯氣或氯化物（如氯化鈉、氯化鈣等）。等）。 例如：金紅石在流化床中加氯氣進(jìn)行氯化焙燒，例如：金紅石在流化床中加氯氣進(jìn)行氯化焙燒，生成四氯化鈦，經(jīng)進(jìn)一步加工可得二氧化鈦。又如在生成四氯化鈦，經(jīng)進(jìn)一步加工可得二氧化鈦。又如在鋁土礦化學(xué)加工中，加炭（高質(zhì)煤）粉成型后氯化焙鋁土礦化學(xué)加工中，加炭（高質(zhì)煤）粉成型后氯化焙燒可制得三氯化鋁。若在加氯化劑的同時(shí)加入炭粒，燒可制得三氯化鋁。若在加氯化劑的同時(shí)加入炭粒，使礦物中難選的有價(jià)值金屬礦物經(jīng)氯化焙燒后，在炭使礦物中難選的有價(jià)值金屬礦物經(jīng)氯化焙

18、燒后，在炭粒上轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘伲⒏街谔苛Ｉ?，隨后用選礦方法粒上轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘?，并附著在炭粒上，隨后用選礦方法富集，制成精礦，其品位和回收率均可以提高，稱為富集，制成精礦，其品位和回收率均可以提高，稱為氯化離析焙燒。氯化離析焙燒。二、礦石的熱化學(xué)加工二、礦石的熱化學(xué)加工 硫酸化焙燒硫酸化焙燒 以二氧化硫?yàn)榉磻?yīng)劑以二氧化硫?yàn)榉磻?yīng)劑的焙燒過(guò)程，通常的焙燒過(guò)程，通常用于硫化物礦的焙燒，使金屬硫化物氧化為用于硫化物礦的焙燒，使金屬硫化物氧化為易溶于水的硫酸鹽。若以易溶于水的硫酸鹽。若以Me表示金屬，硫表示金屬，硫酸化焙燒主要包括下列過(guò)程：酸化焙燒主要包括下列過(guò)程： 2MeS+3O22MeO+2SO2 例如：閃

19、鋅礦經(jīng)硫酸化焙燒制得硫酸鋅、例如：閃鋅礦經(jīng)硫酸化焙燒制得硫酸鋅、硫化銅經(jīng)硫酸化焙燒制得硫酸銅等。硫化銅經(jīng)硫酸化焙燒制得硫酸銅等。 二、礦石的熱化學(xué)加工二、礦石的熱化學(xué)加工 鈉化焙燒鈉化焙燒 在固體物料中加入適量的氯化鈉、硫在固體物料中加入適量的氯化鈉、硫酸鈉等鈉化劑，焙燒后產(chǎn)物為易溶于水的酸鈉等鈉化劑，焙燒后產(chǎn)物為易溶于水的鈉鹽。鈉鹽。 例如：濕法提釩過(guò)程中，細(xì)磨釩渣，例如：濕法提釩過(guò)程中，細(xì)磨釩渣，經(jīng)磁選除鐵后，加鈉化劑在回轉(zhuǎn)窯中焙燒，經(jīng)磁選除鐵后，加鈉化劑在回轉(zhuǎn)窯中焙燒，渣中的三價(jià)釩氧化成五價(jià)釩。渣中的三價(jià)釩氧化成五價(jià)釩。二、礦石的熱化學(xué)加工二、礦石的熱化學(xué)加工 揮發(fā)焙燒揮發(fā)焙燒 是將硫化

20、物礦石在空氣中加熱，使礦物是將硫化物礦石在空氣中加熱，使礦物中的有效組分轉(zhuǎn)變?yōu)閾]發(fā)性氧化物，以氣中的有效組分轉(zhuǎn)變?yōu)閾]發(fā)性氧化物，以氣態(tài)形式將其分離出來(lái)的一種焙燒過(guò)程。態(tài)形式將其分離出來(lái)的一種焙燒過(guò)程。二、礦石的熱化學(xué)加工二、礦石的熱化學(xué)加工 3、燒結(jié)、燒結(jié) 燒結(jié)燒結(jié)是將礦粉和石灰、純堿、硫酸鈉、是將礦粉和石灰、純堿、硫酸鈉、亞硫酸鈉等燒結(jié)劑混合，在高于爐料熔點(diǎn)亞硫酸鈉等燒結(jié)劑混合，在高于爐料熔點(diǎn)的溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。的溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。二、礦石的熱化學(xué)加工二、礦石的熱化學(xué)加工燒結(jié)地面磚燒結(jié)地面磚三、礦石的濕法加工三、礦石的濕法加工 礦石的濕法加工礦石的濕法加工是利用適宜的溶劑使是

21、利用適宜的溶劑使礦石中有用組分轉(zhuǎn)入到溶液中，然后再將礦石中有用組分轉(zhuǎn)入到溶液中，然后再將溶液進(jìn)一步加工。溶液進(jìn)一步加工。 如有用組分是水溶性的，可用水作為如有用組分是水溶性的，可用水作為溶劑；溶劑； 如有用組分是水不溶性的，可用酸堿如有用組分是水不溶性的，可用酸堿鹽的溶液作為溶劑。鹽的溶液作為溶劑。 1、溶解、溶解 當(dāng)?shù)V石中不溶性組分較少，用溶劑處理后的當(dāng)?shù)V石中不溶性組分較少，用溶劑處理后的殘?jiān)苌?，這種過(guò)程稱為殘?jiān)苌伲@種過(guò)程稱為溶解溶解。 根據(jù)溶解過(guò)程的性質(zhì)，溶解可分為：根據(jù)溶解過(guò)程的性質(zhì)，溶解可分為： （1）物理溶解）物理溶解 溶解時(shí)，溶質(zhì)的化學(xué)組成沒(méi)有變化。溶解時(shí)，溶質(zhì)的化學(xué)組成沒(méi)有

22、變化。 （2）化學(xué)溶解）化學(xué)溶解 溶解時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。溶解時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。 （3）水化反應(yīng)）水化反應(yīng) 現(xiàn)代物理化學(xué)觀點(diǎn)，任何溶解過(guò)程完全沒(méi)有現(xiàn)代物理化學(xué)觀點(diǎn)，任何溶解過(guò)程完全沒(méi)有化學(xué)變化的情況是不存在的。大多數(shù)可溶性無(wú)機(jī)化學(xué)變化的情況是不存在的。大多數(shù)可溶性無(wú)機(jī)鹽礦物溶解于水時(shí)，其陰陽(yáng)離子均會(huì)發(fā)生水化反鹽礦物溶解于水時(shí)，其陰陽(yáng)離子均會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)。應(yīng)。 三、礦石的濕法加工三、礦石的濕法加工 鹽類的正負(fù)離子處于晶體狀態(tài)時(shí)存在鹽類的正負(fù)離子處于晶體狀態(tài)時(shí)存在晶格能晶格能，當(dāng)其溶解于水中時(shí)要釋放出當(dāng)其溶解于水中時(shí)要釋放出水化能水化能。 鹽類的正負(fù)離子處于晶體狀態(tài)時(shí)

23、，存在晶格鹽類的正負(fù)離子處于晶體狀態(tài)時(shí)，存在晶格能，當(dāng)其溶解于水中時(shí)要釋放出水化能。能，當(dāng)其溶解于水中時(shí)要釋放出水化能。 水化能水化能晶格能晶格能時(shí)，則鹽類時(shí)，則鹽類不能溶解不能溶解。 水化能水化能晶格能晶格能時(shí)，則鹽類時(shí)，則鹽類能夠溶解能夠溶解。三、礦石的濕法加工三、礦石的濕法加工 晶格能又叫點(diǎn)陣能。它是在反應(yīng)時(shí)晶格能又叫點(diǎn)陣能。它是在反應(yīng)時(shí)1mol離子化合物中的離子化合物中的正、負(fù)離子從相互分離的氣態(tài)結(jié)合成離子晶體時(shí)所放出的能量。正、負(fù)離子從相互分離的氣態(tài)結(jié)合成離子晶體時(shí)所放出的能量。用化學(xué)反應(yīng)式表示時(shí)，相當(dāng)于下面反應(yīng)式的焓變的負(fù)值。用化學(xué)反應(yīng)式表示時(shí)，相當(dāng)于下面反應(yīng)式的焓變的負(fù)值。a M

24、z+(g) + b Xz-(g) MaXb(s) U=-H 離子半徑越大，晶格能越??；而離子電荷越大，晶格能就離子半徑越大，晶格能越小；而離子電荷越大，晶格能就越大。越大。 晶格能越大，表示離子鍵越強(qiáng)，晶體越穩(wěn)定。晶格能越大，表示離子鍵越強(qiáng)，晶體越穩(wěn)定。水化能是物質(zhì)溶于大量水中成為無(wú)限稀釋溶液時(shí)所釋放的能量水化能是物質(zhì)溶于大量水中成為無(wú)限稀釋溶液時(shí)所釋放的能量 2、浸取、浸取 浸取是應(yīng)用溶劑將固體混合物中可溶組分提取出來(lái)浸取是應(yīng)用溶劑將固體混合物中可溶組分提取出來(lái)的過(guò)程，又稱為的過(guò)程，又稱為固體萃取固體萃取。 浸取所處理的物料，有天然的或經(jīng)火法處理的礦物，浸取所處理的物料，有天然的或經(jīng)火法處理

25、的礦物，也有生物物質(zhì)，如植物的根、莖、葉、種子等。也有生物物質(zhì)，如植物的根、莖、葉、種子等。 （1）浸取的分類）浸取的分類 物理浸取物理浸取 是單純的溶質(zhì)溶解過(guò)程，所用的溶劑有水、醇或其是單純的溶質(zhì)溶解過(guò)程，所用的溶劑有水、醇或其他有機(jī)溶劑。他有機(jī)溶劑。 化學(xué)浸取化學(xué)浸取 用于處理礦物，常用酸、堿及一些鹽類的水溶液，用于處理礦物，常用酸、堿及一些鹽類的水溶液，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，將某些組分溶出。通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，將某些組分溶出。 細(xì)菌浸取細(xì)菌浸取 用于處理某些硫化金屬礦，靠細(xì)菌的氧化作用，將用于處理某些硫化金屬礦，靠細(xì)菌的氧化作用，將難溶的硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿牧蛩猁}而轉(zhuǎn)入浸出液中。難溶的硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿?/p>

26、硫酸鹽而轉(zhuǎn)入浸出液中。三、礦石的濕法加工三、礦石的濕法加工 （2）浸取法分離可溶組分的步驟）浸取法分離可溶組分的步驟 溶劑與固體物料密切接觸，使可溶組溶劑與固體物料密切接觸，使可溶組分轉(zhuǎn)入液相，成為浸出液。分轉(zhuǎn)入液相，成為浸出液。 浸出液與不溶固體（殘?jiān)┑姆蛛x。浸出液與不溶固體（殘?jiān)┑姆蛛x。 用溶劑洗滌殘?jiān)?，回收附著在殘?jiān)嫌萌軇┫礈鞖堅(jiān)?，回收附著在殘?jiān)系目扇芙M分。的可溶組分。 浸出液的提純與濃縮，取得可溶組分浸出液的提純與濃縮，取得可溶組分的產(chǎn)品。的產(chǎn)品。 從殘?jiān)谢厥沼袃r(jià)值的溶劑。從殘?jiān)谢厥沼袃r(jià)值的溶劑。三、礦石的濕法加工三、礦石的濕法加工 （3）影響浸取的因素）影響浸取的因素 對(duì)

27、于有化學(xué)反應(yīng)的浸取過(guò)程，影響浸取速率的因素主對(duì)于有化學(xué)反應(yīng)的浸取過(guò)程，影響浸取速率的因素主要為：要為： 溫度溫度 浸取反應(yīng)屬于液固反應(yīng)，浸取反應(yīng)屬于液固反應(yīng)，當(dāng)浸取過(guò)程屬于化學(xué)反應(yīng)控當(dāng)浸取過(guò)程屬于化學(xué)反應(yīng)控制時(shí)，浸取速度隨溫度升高而增快；制時(shí)，浸取速度隨溫度升高而增快； 當(dāng)浸取過(guò)程屬于外擴(kuò)散控制時(shí)，溫度對(duì)浸取速度的影當(dāng)浸取過(guò)程屬于外擴(kuò)散控制時(shí)，溫度對(duì)浸取速度的影響不顯著。響不顯著。 溶劑濃度溶劑濃度 浸取速度隨浸取劑濃度的增大而增快。但浸取速度隨浸取劑濃度的增大而增快。但當(dāng)其濃度超當(dāng)其濃度超過(guò)某一值時(shí)，有效組分的浸取效率提高并不明顯，相反卻過(guò)某一值時(shí)，有效組分的浸取效率提高并不明顯，相反卻增加

28、了其他組分的溶解。增加了其他組分的溶解。 因此，實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的收率及產(chǎn)品質(zhì)因此，實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的收率及產(chǎn)品質(zhì)量的要求，控制適宜的濃度，避免雜質(zhì)過(guò)多的浸出。量的要求，控制適宜的濃度，避免雜質(zhì)過(guò)多的浸出。三、礦石的濕法加工三、礦石的濕法加工 礦物粒徑礦物粒徑 浸取速度隨礦粉粒度減小而增大。浸取速度隨礦粉粒度減小而增大。 粒徑越小，固液兩相接觸的表面積越大。但粒徑也粒徑越小，固液兩相接觸的表面積越大。但粒徑也不能太小，太小會(huì)增加粉碎成本。粒徑太大，浸取時(shí)間不能太小，太小會(huì)增加粉碎成本。粒徑太大，浸取時(shí)間會(huì)增大。會(huì)增大。 孔隙率孔隙率 固體物料的孔隙率越高，則可溶性組分的浸取

29、便越固體物料的孔隙率越高，則可溶性組分的浸取便越容易。容易。 攪拌強(qiáng)度攪拌強(qiáng)度 浸取過(guò)程是液相擴(kuò)散控制時(shí)，攪拌對(duì)浸取有較大影浸取過(guò)程是液相擴(kuò)散控制時(shí)，攪拌對(duì)浸取有較大影響。響。攪拌強(qiáng)度越大，則擴(kuò)散速度越快，浸取速度越快。攪拌強(qiáng)度越大，則擴(kuò)散速度越快，浸取速度越快。 浸取過(guò)程是化學(xué)反應(yīng)控制時(shí)，攪拌強(qiáng)度對(duì)浸取速度浸取過(guò)程是化學(xué)反應(yīng)控制時(shí)，攪拌強(qiáng)度對(duì)浸取速度影響不大，但也必須充分?jǐn)嚢枰悦夤腆w沉降。影響不大，但也必須充分?jǐn)嚢枰悦夤腆w沉降。三、礦石的濕法加工三、礦石的濕法加工 此外，礦漿密度及浸取物的物理化學(xué)此外，礦漿密度及浸取物的物理化學(xué)性質(zhì)等對(duì)浸取速率也有影響。浸取時(shí)間應(yīng)性質(zhì)等對(duì)浸取速率也有影響。浸

30、取時(shí)間應(yīng)依據(jù)有用組分的回收率和雜質(zhì)最小污染程依據(jù)有用組分的回收率和雜質(zhì)最小污染程度及生產(chǎn)強(qiáng)度等確定。度及生產(chǎn)強(qiáng)度等確定。三、礦石的濕法加工三、礦石的濕法加工 （4）浸取流程及設(shè)備）浸取流程及設(shè)備 浸取過(guò)程一般采用浸取過(guò)程一般采用逆流方式逆流方式進(jìn)行。進(jìn)行。 浸取設(shè)備有浸取設(shè)備有間歇式、半間歇式、連續(xù)間歇式、半間歇式、連續(xù)式。式。 按固體原料的處置方式，浸取設(shè)備又按固體原料的處置方式，浸取設(shè)備又可分為可分為固定床、移動(dòng)床、分散接觸式固定床、移動(dòng)床、分散接觸式。 按溶劑與固體原料的接觸方式，可將按溶劑與固體原料的接觸方式，可將浸取設(shè)備分為浸取設(shè)備分為單級(jí)接觸、多級(jí)接觸與微分單級(jí)接觸、多級(jí)接觸與微分

31、接觸型。接觸型。三、礦石的濕法加工三、礦石的濕法加工3.3.3 無(wú)機(jī)化學(xué)礦物加工利用無(wú)機(jī)化學(xué)礦物加工利用 自然界中無(wú)機(jī)化學(xué)礦物的品類繁多，自然界中無(wú)機(jī)化學(xué)礦物的品類繁多，物理化學(xué)性質(zhì)各異，因而它們的加工利用物理化學(xué)性質(zhì)各異，因而它們的加工利用方法差別懸殊。本節(jié)通過(guò)一些典型的無(wú)機(jī)方法差別懸殊。本節(jié)通過(guò)一些典型的無(wú)機(jī)化學(xué)礦物的加工示例，說(shuō)明其工藝過(guò)程的化學(xué)礦物的加工示例，說(shuō)明其工藝過(guò)程的制定及工藝條件的選擇。制定及工藝條件的選擇。一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 磷礦是生產(chǎn)磷酸、磷肥及磷酸鹽的原料，天磷礦是生產(chǎn)磷酸、磷肥及磷酸鹽的原料，天然磷礦石分兩大類：然磷礦石分兩大類：磷灰石和磷塊巖磷

32、灰石和磷塊巖，主要成分，主要成分都是都是Ca5F(PO4)3。 1、濕法磷酸生產(chǎn)原理、濕法磷酸生產(chǎn)原理 用硫酸分解磷礦制磷酸用硫酸分解磷礦制磷酸(濕法磷酸濕法磷酸)是磷酸生是磷酸生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的方法，在技術(shù)上最成熟，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的方法，在技術(shù)上最成熟，經(jīng)濟(jì)上最合理，其產(chǎn)量在磷酸產(chǎn)量中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。上最合理，其產(chǎn)量在磷酸產(chǎn)量中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 （1）主要化學(xué)反應(yīng)）主要化學(xué)反應(yīng) 硫酸浸取分解磷礦是液固相反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)式為：硫酸浸取分解磷礦是液固相反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)式為： Ca5F(PO4)3+5H2SO4+11H2O3H3PO4+HF+5CaSO4nH2O 反應(yīng)過(guò)程中為避免磷礦顆粒表面被硫反應(yīng)過(guò)程中

33、為避免磷礦顆粒表面被硫酸鈣包裹，延緩或阻礙反應(yīng)的進(jìn)行：實(shí)際酸鈣包裹，延緩或阻礙反應(yīng)的進(jìn)行：實(shí)際上是用循環(huán)磷酸料漿來(lái)分解磷礦，即用磷上是用循環(huán)磷酸料漿來(lái)分解磷礦，即用磷酸與硫酸的混酸來(lái)分解磷礦。酸與硫酸的混酸來(lái)分解磷礦。 反應(yīng)分兩步進(jìn)行，反應(yīng)分兩步進(jìn)行，第一步第一步是磷礦與磷是磷礦與磷酸生成磷酸一鈣，酸生成磷酸一鈣，第二步第二步是磷酸一鈣再與是磷酸一鈣再與硫酸反應(yīng)生成磷酸與硫酸鈣：硫酸反應(yīng)生成磷酸與硫酸鈣： Ca5F(PO4)3+7H3PO45Ca(H2PO4)3+HF 5Ca5F(PO4)3+5H2SO4+nH2O10H3PO4+5CaSO4nH2O 一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸

34、磷礦中所含雜質(zhì)對(duì)濕法磷酸的生產(chǎn)工藝過(guò)程磷礦中所含雜質(zhì)對(duì)濕法磷酸的生產(chǎn)工藝過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量有顯著影響。和產(chǎn)品質(zhì)量有顯著影響。 氟氟 磷礦中的氟在酸解時(shí)會(huì)生成磷礦中的氟在酸解時(shí)會(huì)生成HF，再與磷礦中，再與磷礦中活性活性SiO2形成氟硅酸。氟存留在磷酸中會(huì)增大磷形成氟硅酸。氟存留在磷酸中會(huì)增大磷酸溶液的腐蝕性，大部分氟以酸溶液的腐蝕性，大部分氟以SiF4形態(tài)逸出，回形態(tài)逸出，回收加工為氟鹽，并消除了污染。收加工為氟鹽，并消除了污染。 SiO2 磷礦中含有少量磷礦中含有少量SiO2，有利于生成的，有利于生成的HF轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性低和腐蝕性弱的氟硅酸。若為揮發(fā)性低和腐蝕性弱的氟硅酸。若SiO2過(guò)高，過(guò)高，

35、會(huì)增大設(shè)備、管道和攪拌漿的腐蝕，并增加料漿會(huì)增大設(shè)備、管道和攪拌漿的腐蝕，并增加料漿粘度，降低分離硫酸鈣時(shí)的過(guò)濾強(qiáng)度。粘度，降低分離硫酸鈣時(shí)的過(guò)濾強(qiáng)度。 一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 碳酸鹽碳酸鹽 磷礦中通常會(huì)有少量石灰石等碳酸鹽礦物，磷礦中通常會(huì)有少量石灰石等碳酸鹽礦物，主要成分為主要成分為CaCO3、MgCO3。CaO在酸解時(shí)生成在酸解時(shí)生成CaSO4，增大硫酸的消耗定額；，增大硫酸的消耗定額；MgO全部進(jìn)入磷全部進(jìn)入磷酸溶液中，中和掉磷酸中的第一個(gè)氫離子，并增酸溶液中，中和掉磷酸中的第一個(gè)氫離子，并增加溶液粘度，對(duì)結(jié)晶、過(guò)濾、濃縮過(guò)程不利。碳加溶液粘度，對(duì)結(jié)晶、過(guò)濾、濃縮過(guò)程

36、不利。碳酸鹽分解時(shí)放出酸鹽分解時(shí)放出CO2,使溶液形成泡沫，造成逸出使溶液形成泡沫，造成逸出損失。損失。 鐵、鋁化合物鐵、鋁化合物 磷礦中的鐵、鋁雜質(zhì)會(huì)增大磷酸溶液的粘度，磷礦中的鐵、鋁雜質(zhì)會(huì)增大磷酸溶液的粘度，降低酸的質(zhì)量，并在濃縮時(shí)在設(shè)備中結(jié)垢，并可降低酸的質(zhì)量，并在濃縮時(shí)在設(shè)備中結(jié)垢，并可能與磷酸形成淤渣，造成能與磷酸形成淤渣，造成P2O5損失。損失。 一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 鉀、鈉化合物鉀、鈉化合物 磷礦中鉀、鈉離子首先與氟硅酸反應(yīng)生成氟磷礦中鉀、鈉離子首先與氟硅酸反應(yīng)生成氟硅酸鉀、鈉，會(huì)在反應(yīng)、過(guò)濾及濃縮系統(tǒng)的設(shè)備硅酸鉀、鈉，會(huì)在反應(yīng)、過(guò)濾及濃縮系統(tǒng)的設(shè)備與管線中析

37、出結(jié)垢，在貯存系統(tǒng)中形成淤渣，導(dǎo)與管線中析出結(jié)垢，在貯存系統(tǒng)中形成淤渣，導(dǎo)致裝置開(kāi)車率下降與致裝置開(kāi)車率下降與P2O5損失增大。損失增大。 鍶、鑭等稀土金屬化合物鍶、鑭等稀土金屬化合物 磷灰石在礦中的稀土金屬氧化物對(duì)半水物硫磷灰石在礦中的稀土金屬氧化物對(duì)半水物硫酸鈣轉(zhuǎn)化為二水物起延緩作用。酸鈣轉(zhuǎn)化為二水物起延緩作用。 氯、碘氯、碘 氯和碘是萃取磷酸中最不希望存在的雜質(zhì)，氯和碘是萃取磷酸中最不希望存在的雜質(zhì)，它們會(huì)使磷酸溶液具有極強(qiáng)的腐蝕性。應(yīng)避免這它們會(huì)使磷酸溶液具有極強(qiáng)的腐蝕性。應(yīng)避免這兩種雜質(zhì)進(jìn)入磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)。兩種雜質(zhì)進(jìn)入磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)。一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 （2） 硫酸

38、鈣的晶型和生產(chǎn)方法分類硫酸鈣的晶型和生產(chǎn)方法分類 在濕法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)液相中在濕法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)液相中磷酸與硫酸的濃度，系統(tǒng)的溫度不同，有磷酸與硫酸的濃度，系統(tǒng)的溫度不同，有三種硫酸鈣的水合物結(jié)晶與溶液處于平衡三種硫酸鈣的水合物結(jié)晶與溶液處于平衡狀態(tài)，它們是二水物狀態(tài)，它們是二水物CaSO42H2O(二水石二水石膏膏)、半水物、半水物-CaSO40.5H2O(半水石膏半水石膏)和和無(wú)水物無(wú)水物CaSO4I (硬石膏硬石膏)。它們的化學(xué)組成。它們的化學(xué)組成與物系見(jiàn)表與物系見(jiàn)表1。一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 濕法磷酸生產(chǎn)方法往往以硫酸鈣出現(xiàn)的形態(tài)濕法磷酸生產(chǎn)方法往往以硫酸

39、鈣出現(xiàn)的形態(tài)來(lái)命名。工業(yè)上有下述幾種濕法磷酸生產(chǎn)方法：來(lái)命名。工業(yè)上有下述幾種濕法磷酸生產(chǎn)方法： 二水物法二水物法(DH)制濕法磷酸制濕法磷酸 這是目前世界上應(yīng)用最廣泛的方法，有多槽這是目前世界上應(yīng)用最廣泛的方法，有多槽流程和單槽流程，其中又分無(wú)回漿與有回漿流程，流程和單槽流程，其中又分無(wú)回漿與有回漿流程，以及真空冷卻與空氣冷卻流程。二水物法濕法磷以及真空冷卻與空氣冷卻流程。二水物法濕法磷酸一般含酸一般含P2O5 2832，磷總收率，磷總收率9397。二。二水物法磷的總收率較低，原因是該法洗滌不完全；水物法磷的總收率較低，原因是該法洗滌不完全；少量磷酸溶液進(jìn)入硫酸鈣晶體空穴中，磷酸一鈣少量磷酸

40、溶液進(jìn)入硫酸鈣晶體空穴中，磷酸一鈣結(jié)晶后與硫酸鈣結(jié)晶層交替生長(zhǎng)；磷礦顆粒表面結(jié)晶后與硫酸鈣結(jié)晶層交替生長(zhǎng)；磷礦顆粒表面形成硫酸鈣膜使磷礦萃取不完全。形成硫酸鈣膜使磷礦萃取不完全。 一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 半水半水-二水物法二水物法(HH/DH)制濕法磷酸制濕法磷酸 先使硫酸鈣形成半水物結(jié)晶，后再重結(jié)晶先使硫酸鈣形成半水物結(jié)晶，后再重結(jié)晶為二水物。這樣可使硫酸鈣晶格中的為二水物。這樣可使硫酸鈣晶格中的P2O5全部全部釋放出來(lái)，釋放出來(lái)，P2O5總收率達(dá)總收率達(dá)9898.5，同時(shí)提高，同時(shí)提高了磷石膏純度，擴(kuò)大了它的應(yīng)用。半水二水了磷石膏純度，擴(kuò)大了它的應(yīng)用。半水二水物法流程根據(jù)

41、產(chǎn)品酸的濃度又可分為稀酸流程物法流程根據(jù)產(chǎn)品酸的濃度又可分為稀酸流程(HRC)和濃酸流程和濃酸流程(HDH)兩種。前者半水物結(jié)晶兩種。前者半水物結(jié)晶不過(guò)濾直接水化為二水物再過(guò)濾分離，產(chǎn)品酸不過(guò)濾直接水化為二水物再過(guò)濾分離，產(chǎn)品酸含含P2O5 3032；后者從半水物料漿分出產(chǎn)品；后者從半水物料漿分出產(chǎn)品酸，含酸，含P2O5 45，濾餅送入水化槽重結(jié)晶為二，濾餅送入水化槽重結(jié)晶為二水物。水物。 一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 二水半水物二水半水物(DH/HH)法制濕法磷酸法制濕法磷酸 P2O5總收率達(dá)總收率達(dá)99。磷石膏含結(jié)晶水。磷石膏含結(jié)晶水少，有利于制造硫酸與水泥，產(chǎn)品酸含少，有利于

42、制造硫酸與水泥，產(chǎn)品酸含P2O5 35左右。左右。 半水物法半水物法(HH)濕法磷酸濕法磷酸 可得含可得含P2O5 4050的高濃度磷酸。的高濃度磷酸。 一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 （3） CaSO4-H3PO4-H2O體系相平衡體系相平衡 硫酸鈣的各種水合物及其變體在水中硫酸鈣的各種水合物及其變體在水中的溶解度如圖的溶解度如圖3-58所示。除二水物外，溶解所示。除二水物外，溶解度均隨溫度升高而降低。度均隨溫度升高而降低。 一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸由圖可見(jiàn)：由圖可見(jiàn)： 二水物與無(wú)水物二水物與無(wú)水物在水中溶解度最小，在水中溶解度最小，40時(shí)兩者溶解度曲線相交，時(shí)兩者

43、溶解度曲線相交，說(shuō)明低于說(shuō)明低于40時(shí)二水物是穩(wěn)定固相，高于時(shí)二水物是穩(wěn)定固相，高于40時(shí)，無(wú)水物時(shí)，無(wú)水物是穩(wěn)定固相，是穩(wěn)定固相，在在40時(shí)兩者可以互相轉(zhuǎn)換并保持時(shí)兩者可以互相轉(zhuǎn)換并保持CaSO42H2OCaSO4II+2H2O的平衡的平衡關(guān)系。其他水合物及其變體溶解度高，均為介穩(wěn)固相，最終將轉(zhuǎn)變?yōu)槎P(guān)系。其他水合物及其變體溶解度高，均為介穩(wěn)固相，最終將轉(zhuǎn)變?yōu)槎锘驘o(wú)水物水物或無(wú)水物。 （3）生產(chǎn)工藝流程）生產(chǎn)工藝流程 濕法磷酸的生產(chǎn)工藝均須具有以下幾個(gè)基本工序：濕法磷酸的生產(chǎn)工藝均須具有以下幾個(gè)基本工序： 磷礦的磨碎磷礦的磨碎 采用干磨或濕磨方法將磷礦研磨至所需細(xì)度。研采用干磨或濕磨方法

44、將磷礦研磨至所需細(xì)度。研磨礦粉的細(xì)度原則上應(yīng)與其特性與所選用的生產(chǎn)工藝磨礦粉的細(xì)度原則上應(yīng)與其特性與所選用的生產(chǎn)工藝流程相匹配。在磨機(jī)選擇上，大型生產(chǎn)裝置選用球磨流程相匹配。在磨機(jī)選擇上，大型生產(chǎn)裝置選用球磨與棒磨，它們既可用于干磨也可用于濕磨；中小型裝與棒磨，它們既可用于干磨也可用于濕磨；中小型裝置選用彈性較大的環(huán)輥式或輥式干濕磨機(jī)。置選用彈性較大的環(huán)輥式或輥式干濕磨機(jī)。 磷礦的浸取磷礦的浸取 在激烈攪拌和料漿高速循環(huán)的條件下進(jìn)行硫酸分在激烈攪拌和料漿高速循環(huán)的條件下進(jìn)行硫酸分解磷礦的反應(yīng)。反應(yīng)系統(tǒng)的目的在于獲得盡可能高的解磷礦的反應(yīng)。反應(yīng)系統(tǒng)的目的在于獲得盡可能高的磷礦分解率和制得性能穩(wěn)定

45、、顆粒均勻粗大的硫酸鈣磷礦分解率和制得性能穩(wěn)定、顆粒均勻粗大的硫酸鈣結(jié)晶。對(duì)于二水物生產(chǎn)工藝，反應(yīng)系統(tǒng)可以采用多槽結(jié)晶。對(duì)于二水物生產(chǎn)工藝，反應(yīng)系統(tǒng)可以采用多槽串聯(lián)，也可采用單槽或多格單槽。對(duì)于半水物和再結(jié)串聯(lián)，也可采用單槽或多格單槽。對(duì)于半水物和再結(jié)晶的生產(chǎn)工藝，必須采用多槽反應(yīng)系統(tǒng)。晶的生產(chǎn)工藝，必須采用多槽反應(yīng)系統(tǒng)。一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 料漿的冷卻料漿的冷卻 磷礦的分解屬放熱過(guò)程，為使反應(yīng)在適宜磷礦的分解屬放熱過(guò)程，為使反應(yīng)在適宜溫度下進(jìn)行，必須對(duì)料漿進(jìn)行冷卻。溫度下進(jìn)行，必須對(duì)料漿進(jìn)行冷卻。 消除反應(yīng)熱的方法有兩種：鼓風(fēng)冷卻和真消除反應(yīng)熱的方法有兩種：鼓風(fēng)冷卻和真空

46、閃蒸冷卻，兩種方法的電耗接近，但兩者相空閃蒸冷卻，兩種方法的電耗接近，但兩者相比，鼓風(fēng)冷卻的效果受周圍環(huán)境的溫度與濕度比，鼓風(fēng)冷卻的效果受周圍環(huán)境的溫度與濕度影響大，同時(shí)含氟尾氣量大，對(duì)環(huán)境的污染也影響大，同時(shí)含氟尾氣量大，對(duì)環(huán)境的污染也大。真空冷卻不受周圍環(huán)境溫度與濕度影響，大。真空冷卻不受周圍環(huán)境溫度與濕度影響，無(wú)需對(duì)排放物處理，對(duì)環(huán)境污染少，因此應(yīng)用無(wú)需對(duì)排放物處理，對(duì)環(huán)境污染少，因此應(yīng)用日益普及，該法缺點(diǎn)是設(shè)備與管線易結(jié)垢，需日益普及，該法缺點(diǎn)是設(shè)備與管線易結(jié)垢，需定期清理。定期清理。 一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 料漿的過(guò)濾料漿的過(guò)濾 反應(yīng)系統(tǒng)所制得的料漿中，固相以硫酸鈣

47、結(jié)反應(yīng)系統(tǒng)所制得的料漿中，固相以硫酸鈣結(jié)晶為主，此外還有酸不溶物，未反應(yīng)的磷礦以及晶為主，此外還有酸不溶物，未反應(yīng)的磷礦以及從液相中重新析出的氟硅酸鹽等固體雜質(zhì)。普遍從液相中重新析出的氟硅酸鹽等固體雜質(zhì)。普遍采用具有逆流洗滌的真空過(guò)濾機(jī)分離磷酸和固相采用具有逆流洗滌的真空過(guò)濾機(jī)分離磷酸和固相物。物。 過(guò)濾系統(tǒng)所追求的目標(biāo)是：過(guò)濾系統(tǒng)所追求的目標(biāo)是：獲得盡可能潔凈獲得盡可能潔凈的濾酸；達(dá)到盡可能高的的濾酸；達(dá)到盡可能高的P2O5回收率；盡可能避回收率；盡可能避免濾酸損失；裝置的可靠性與運(yùn)轉(zhuǎn)率高。過(guò)濾機(jī)免濾酸損失；裝置的可靠性與運(yùn)轉(zhuǎn)率高。過(guò)濾機(jī)是整個(gè)濕法磷酸生產(chǎn)裝置中機(jī)械結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、價(jià)是整個(gè)濕法磷

48、酸生產(chǎn)裝置中機(jī)械結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、價(jià)格上最昂貴的裝備，約占二水物法裝置投資的一格上最昂貴的裝備，約占二水物法裝置投資的一半左右。有三種類型的真空過(guò)濾機(jī)可供選擇：橡半左右。有三種類型的真空過(guò)濾機(jī)可供選擇：橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)，盤式真空過(guò)濾機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)式真膠帶式真空過(guò)濾機(jī)，盤式真空過(guò)濾機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)式真空過(guò)濾機(jī)。空過(guò)濾機(jī)。一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 回磷酸系統(tǒng)回磷酸系統(tǒng) 將洗滌液與部分濾液配制回磷酸，返回反應(yīng)將洗滌液與部分濾液配制回磷酸，返回反應(yīng)系統(tǒng)，以維持反應(yīng)料漿所需的液固比。系統(tǒng)，以維持反應(yīng)料漿所需的液固比。 濕法磷酸的濃縮濕法磷酸的濃縮 二水物法濕法磷酸的濃度為二水物法濕法磷酸的濃度為2830P

49、2O5，半水物法或半水半水物法或半水-二水物法磷酸濃度較高，但作為二水物法磷酸濃度較高，但作為商品磷酸進(jìn)行長(zhǎng)期運(yùn)輸時(shí)需濃縮至商品磷酸進(jìn)行長(zhǎng)期運(yùn)輸時(shí)需濃縮至5252P2O5。大中型濕法磷酸生產(chǎn)企業(yè)中一半均自配硫酸生產(chǎn)大中型濕法磷酸生產(chǎn)企業(yè)中一半均自配硫酸生產(chǎn)裝置，可綜合利用硫酸的副產(chǎn)蒸氣發(fā)電后的低位裝置，可綜合利用硫酸的副產(chǎn)蒸氣發(fā)電后的低位能背壓氣作熱源。采用真空蒸發(fā)濃縮磷酸。結(jié)垢能背壓氣作熱源。采用真空蒸發(fā)濃縮磷酸。結(jié)垢問(wèn)題是濕法磷酸濃縮過(guò)程能否長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題是濕法磷酸濃縮過(guò)程能否長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在，在有游離硫酸存在的條件下，結(jié)垢的關(guān)鍵所在，在有游離硫酸存在的條件下，結(jié)垢的主要組成

50、是硫酸鈣、氟硅酸鉀、磷酸鐵等，生產(chǎn)主要組成是硫酸鈣、氟硅酸鉀、磷酸鐵等，生產(chǎn)過(guò)程中要采用有效措施延緩與阻止結(jié)垢。過(guò)程中要采用有效措施延緩與阻止結(jié)垢。一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 含氟氣體的吸收含氟氣體的吸收 生產(chǎn)過(guò)程中所逸出的氟化物應(yīng)進(jìn)行吸生產(chǎn)過(guò)程中所逸出的氟化物應(yīng)進(jìn)行吸收，使之符合環(huán)保規(guī)定。收，使之符合環(huán)保規(guī)定。 再結(jié)晶系統(tǒng)再結(jié)晶系統(tǒng) 對(duì)半水物二水物流程或二水物半對(duì)半水物二水物流程或二水物半水物流程，需將硫酸鈣的結(jié)晶進(jìn)行轉(zhuǎn)化，水物流程，需將硫酸鈣的結(jié)晶進(jìn)行轉(zhuǎn)化，回收的回收的P2O5返回反應(yīng)系統(tǒng)，濾餅作副產(chǎn)物返回反應(yīng)系統(tǒng)，濾餅作副產(chǎn)物使用。使用。一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制

51、磷酸 （4）幾種典型的濕法磷酸生產(chǎn)工藝）幾種典型的濕法磷酸生產(chǎn)工藝 二水物法二水物法(DH) 典型的二水物法工藝流程有雅可布斯典型的二水物法工藝流程有雅可布斯-道道爾科爾科流程和羅納流程和羅納-布朗流程。布朗流程。 二水物的工藝條件為：二水物的工藝條件為：成品磷酸濃度成品磷酸濃度2830P2O5，液相游離，液相游離SO3 0.250.35g/mL，反，反應(yīng)溫度應(yīng)溫度7585，停留時(shí)間，停留時(shí)間48小時(shí)，料漿液小時(shí)，料漿液固重量比固重量比2.03.0，P2O5得率得率9397。 典型的單槽二水物法制濕法磷酸流程如典型的單槽二水物法制濕法磷酸流程如圖圖3-60。一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制

52、磷酸 半水物半水物-二水物稀酸再結(jié)晶法二水物稀酸再結(jié)晶法(HRC) 典型的半水典型的半水-二水物稀酸再結(jié)晶法工藝流程有二水物稀酸再結(jié)晶法工藝流程有日產(chǎn)日產(chǎn)H流程流程(見(jiàn)見(jiàn)圖圖3-61)。這類流程先制得半水物結(jié)。這類流程先制得半水物結(jié)晶，然后重結(jié)晶為二水物，經(jīng)過(guò)濾得晶，然后重結(jié)晶為二水物，經(jīng)過(guò)濾得3035的的磷酸。磷酸。 工藝條件為工藝條件為：半水和二水系統(tǒng)中磷酸濃度相：半水和二水系統(tǒng)中磷酸濃度相同，均為同，均為3035。首先在。首先在80100溫度下獲得半溫度下獲得半水物結(jié)晶，然后將料漿送入二水物再結(jié)晶槽內(nèi)，水物結(jié)晶，然后將料漿送入二水物再結(jié)晶槽內(nèi)，在有回漿提供晶種的條件下降至在有回漿提供晶種

53、的條件下降至5065,使半水使半水物轉(zhuǎn)變?yōu)槎?，采用一半過(guò)濾分離磷石膏。本物轉(zhuǎn)變?yōu)槎?，采用一半過(guò)濾分離磷石膏。本工藝工藝P2O5的總得率可達(dá)的總得率可達(dá)98。一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 半水物半水物-二水物濃酸法二水物濃酸法(HDH) 典型的半水物典型的半水物-二水物濃酸法流程有日產(chǎn)二水物濃酸法流程有日產(chǎn)C流程流程(見(jiàn)見(jiàn)圖圖3-62)這類流程先制得半水物結(jié)晶，將半水系統(tǒng)這類流程先制得半水物結(jié)晶，將半水系統(tǒng)中制得的料漿進(jìn)行第一段過(guò)濾，獲得含中制得的料漿進(jìn)行第一段過(guò)濾，獲得含P2O5 4050的濃磷酸，濾餅經(jīng)洗滌、再制漿后送入二水物系統(tǒng)的濃磷酸，濾餅經(jīng)洗滌、再制漿后送入二水物系

54、統(tǒng)再結(jié)晶。最后進(jìn)行第二段過(guò)濾、洗滌，獲得較純凈再結(jié)晶。最后進(jìn)行第二段過(guò)濾、洗滌，獲得較純凈的二水物硫酸鈣。的二水物硫酸鈣。 工藝條件為：工藝條件為：半水系統(tǒng)磷酸濃度為半水系統(tǒng)磷酸濃度為4050P2O5，液相中液相中SO3/CaO摩爾比摩爾比1，反應(yīng)溫度，反應(yīng)溫度1005，反，反應(yīng)時(shí)間應(yīng)時(shí)間2小時(shí)。料漿經(jīng)過(guò)濾得成品酸，濾餅經(jīng)洗滌、小時(shí)。料漿經(jīng)過(guò)濾得成品酸，濾餅經(jīng)洗滌、再制漿后加入二水系統(tǒng)。二水系統(tǒng)液相磷酸濃度再制漿后加入二水系統(tǒng)。二水系統(tǒng)液相磷酸濃度1025P2O5，硫酸濃度，硫酸濃度515，轉(zhuǎn)化溫度，轉(zhuǎn)化溫度6070，停留時(shí)間停留時(shí)間2小時(shí)左右。小時(shí)左右。P2O5總得率總得率98.5左右。左右

55、。一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸這類流程在較高的磷酸濃度下分解磷礦生成二水物。用沉降離心機(jī)分離出成品酸，濾餅這類流程在較高的磷酸濃度下分解磷礦生成二水物。用沉降離心機(jī)分離出成品酸，濾餅不洗滌直接加入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中轉(zhuǎn)變?yōu)榘胨铮俳?jīng)過(guò)濾分離與造粒。主要工藝條件為：在不洗滌直接加入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中轉(zhuǎn)變?yōu)榘胨铮俳?jīng)過(guò)濾分離與造粒。主要工藝條件為：在二水物系統(tǒng)，反應(yīng)溫度約為二水物系統(tǒng)，反應(yīng)溫度約為70,停留時(shí)間約停留時(shí)間約4小時(shí)，液固比小時(shí)，液固比2.3左右，磷酸約含左右，磷酸約含35P2O5，H2SO41.5。在半水物結(jié)晶轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，液相。在半水物結(jié)晶轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，液相P2O5濃度濃度2030，H2SO

56、41014，液固比，液固比約約2.5，轉(zhuǎn)化溫度保持在，轉(zhuǎn)化溫度保持在85,轉(zhuǎn)化時(shí)間約為轉(zhuǎn)化時(shí)間約為1小時(shí)。小時(shí)。P2O5總得率可達(dá)總得率可達(dá)9899。 半水物法半水物法(HH) 典型的半水物工藝流程有諾斯克典型的半水物工藝流程有諾斯克-特羅半水物特羅半水物流程。半水物可直接制得濃度較高的磷酸。流程。半水物可直接制得濃度較高的磷酸。 工藝條件為：工藝條件為：成品磷酸的濃度約為成品磷酸的濃度約為3850P2O5，一般為，一般為4045P2O5。為獲得粗大的半水物。為獲得粗大的半水物結(jié)晶，關(guān)鍵在于控制磷礦溶解槽中液相中的結(jié)晶，關(guān)鍵在于控制磷礦溶解槽中液相中的SO3/CaO的摩爾比小于的摩爾比小于1，

57、即在硫酸量不足的條件，即在硫酸量不足的條件下進(jìn)行磷礦分解和半水物結(jié)晶。加入磷礦溶解槽中下進(jìn)行磷礦分解和半水物結(jié)晶。加入磷礦溶解槽中的硫酸量約為硫酸總用量的的硫酸量約為硫酸總用量的90，槽內(nèi)液相，槽內(nèi)液相SO3濃濃度為度為0.010.02g/ml，其余，其余10硫酸補(bǔ)加于結(jié)晶槽內(nèi)。硫酸補(bǔ)加于結(jié)晶槽內(nèi)。浸取反應(yīng)溫度浸取反應(yīng)溫度85110,停留時(shí)間停留時(shí)間68小時(shí)，料漿液小時(shí)，料漿液固固(重量重量)比為比為34，P2O5得率得率94左右。左右。一、酸浸取磷礦制磷酸一、酸浸取磷礦制磷酸 硫鐵礦是硫化鐵礦物的總稱，它包括主要成硫鐵礦是硫化鐵礦物的總稱，它包括主要成分為分為FeS2的黃鐵礦與主要成分為的黃

58、鐵礦與主要成分為FenSn+1(n5)的磁的磁硫鐵礦。純粹黃鐵礦含硫硫鐵礦。純粹黃鐵礦含硫53.45，磁硫鐵礦含硫，磁硫鐵礦含硫36.540.8。 硫鐵礦有塊狀與粉狀兩種。塊狀硫鐵礦是專硫鐵礦有塊狀與粉狀兩種。塊狀硫鐵礦是專門從礦山開(kāi)采供制酸使用的含硫量符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)門從礦山開(kāi)采供制酸使用的含硫量符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的原礦，也包括從煤礦中檢出的塊狀含煤硫鐵礦；的原礦，也包括從煤礦中檢出的塊狀含煤硫鐵礦；粉狀硫鐵礦包括專為制硫酸而開(kāi)采的、經(jīng)過(guò)浮選粉狀硫鐵礦包括專為制硫酸而開(kāi)采的、經(jīng)過(guò)浮選符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的硫精礦。對(duì)于塊礦，在焙燒前要符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的硫精礦。對(duì)于塊礦，在焙燒前要經(jīng)過(guò)破碎、篩分等作業(yè)，一般不需進(jìn)行干

59、燥；對(duì)經(jīng)過(guò)破碎、篩分等作業(yè)，一般不需進(jìn)行干燥；對(duì)于粉礦，在焙燒前需進(jìn)行干燥、破碎與篩分。于粉礦，在焙燒前需進(jìn)行干燥、破碎與篩分。二、硫鐵礦焙燒制硫酸原料氣二、硫鐵礦焙燒制硫酸原料氣 以硫鐵礦為原料接觸法生產(chǎn)硫酸的過(guò)以硫鐵礦為原料接觸法生產(chǎn)硫酸的過(guò)程主要有程主要有5個(gè)工序：個(gè)工序： 原料預(yù)處理，包括原料破碎、配礦等。原料預(yù)處理，包括原料破碎、配礦等。 硫鐵礦焙燒，硫鐵礦焙燒，SO2爐氣制備。爐氣制備。 凈化，清除爐氣中的有害雜質(zhì)。凈化，清除爐氣中的有害雜質(zhì)。 轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化，SO2催化氧化制備催化氧化制備SO3。 吸收，硫酸吸收吸收，硫酸吸收SO3制發(fā)煙硫酸。制發(fā)煙硫酸。二、硫鐵礦焙燒制硫酸原料氣二

60、、硫鐵礦焙燒制硫酸原料氣 1、硫鐵礦的焙燒反應(yīng)、硫鐵礦的焙燒反應(yīng) 硫鐵礦焙燒的主要化學(xué)反應(yīng)是硫鐵礦焙燒的主要化學(xué)反應(yīng)是FeS2的氧化，它分兩的氧化，它分兩步進(jìn)行，首先是步進(jìn)行，首先是FeS2的熱分解，爾后為分解產(chǎn)物的氧化。的熱分解，爾后為分解產(chǎn)物的氧化。 2FeS22FeS+S2(g) S2(g)+2O22SO2 2FeS+3O22FeO+2SO2 2FeO+1.5O2Fe2O3 實(shí)際上焙燒爐中過(guò)?？諝廨^少，故礦渣中的鐵有實(shí)際上焙燒爐中過(guò)剩空氣較少，故礦渣中的鐵有Fe2O3和和FeO兩種形態(tài)，兩種形態(tài)，F(xiàn)e2O3、FeO的比例取決于爐中氧的比例取決于爐中氧的分壓。的分壓。 硫鐵礦焙燒硫鐵礦焙燒