4化學(xué)工藝學(xué)課件第四章

1、第四章 無機(jī)化工反應(yīng)單元工藝 4-1 焙燒、煅燒和燒結(jié) 4-2 浸取 浸取工藝的應(yīng)用及浸取設(shè)備 硫酸浸取磷礦石制磷酸 鉀石鹽溶浸-結(jié)晶法生產(chǎn)氯化鉀 明礬石氨浸法制鉀氮混肥 4-3 復(fù)分解 復(fù)分解反應(yīng)過程原理及工業(yè)應(yīng)用 復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀 復(fù)分解法生產(chǎn)硫酸鉀,第四章 無機(jī)化工反應(yīng)單元工藝,無機(jī)化學(xué)工業(yè)：包括硫酸工業(yè)、合成氨工業(yè)、化肥工業(yè)和無機(jī)鹽工業(yè)等部門。,無機(jī)化工反應(yīng)單元工藝： 除包括氧化、加氫、脫氫、電解等，主要是化學(xué)礦物的固相加工單元工藝。,無機(jī)化工：以天然礦產(chǎn)資源為原料，生產(chǎn)硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸等無機(jī)酸、純堿、燒堿等無機(jī)堿，合成氨和化肥，以及無機(jī)鹽等化工產(chǎn)品的工業(yè)。,化學(xué)礦固相加工單元

2、工藝類型：,.熱法化學(xué)加工： 采用煅燒、焙燒或燒結(jié)方法對(duì)固相原料進(jìn)行化學(xué)加工。,.濕法化學(xué)加工： 即用酸、堿對(duì)礦物進(jìn)行化學(xué)浸取，使有用組分轉(zhuǎn)化為可溶物質(zhì)。,.復(fù)分解或置換反應(yīng)： 利用反應(yīng)使固相原料發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)移。,化學(xué)礦固相加工生產(chǎn)流程內(nèi)容：,.化學(xué)礦浸?。豪煤线m溶劑，使有效組分從固相轉(zhuǎn)移到溶液中，包括物理浸取和化學(xué)浸取.,.原料準(zhǔn)備：包括對(duì)化學(xué)礦的破碎、磨細(xì)與篩分處理，必要時(shí)對(duì)礦物進(jìn)行精選處理，如手選、磁選和浮選等.,.化學(xué)礦熱處理：采用焙燒、煅燒和燒結(jié)對(duì)化學(xué)礦進(jìn)行熱法化學(xué)加工。,.過濾： 將有效組分的溶液和固相物質(zhì)分離的方法；,.溶液精制： 濾液中含有其他溶解性雜質(zhì)，通過精制除去； 精制方

3、法：蒸餾、吸附、液-液萃取、離子交換，膜分離、沉淀和結(jié)晶等單元操作。,常用的過濾設(shè)備： .壓力式過濾； .真空式過濾； .離心式過濾。,.蒸發(fā)： 用水蒸氣加熱物料，采用23效真空蒸發(fā)裝置，使溶劑汽化，提高溶液濃度。,.結(jié)晶：溶液經(jīng)蒸發(fā)后通過冷卻結(jié)晶使產(chǎn)品從溶液中結(jié)晶出來。 結(jié)晶設(shè)備：冷卻式結(jié)晶器、蒸發(fā)式結(jié)晶器、真空式結(jié)晶器、鹽析結(jié)晶器或塔式結(jié)晶器.,.干燥： 利用熱空氣或煙道氣對(duì)物料進(jìn)行干燥，防止其結(jié)塊或分解。,4-1 焙燒、煅燒與燒結(jié),.煅燒：在低于物料的熔點(diǎn)下，對(duì)物料進(jìn)行加熱使其進(jìn)行分解反應(yīng)的操作過程； 煅燒目的:除去物料所含的結(jié)晶水、CO2或SO3等揮發(fā)性物質(zhì)。,.焙燒：將物料在空氣、氯

4、氣、氫氣、甲烷、CO和CO2等氣流中不加或配加一定的物料，在低于物料的熔點(diǎn)下發(fā)生的氧化、還原或其他化學(xué)反應(yīng)的操作。,焙燒目的: 改變物料的化學(xué)組成和物料性質(zhì)，便于后處理及制取原料氣。,.燒結(jié)：物料及添加劑（包括還原劑和助熔劑），在高于物料熔點(diǎn)時(shí)進(jìn)行加熱，使其進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的操作過程。,燒結(jié)目的：使物料在高溫條件下進(jìn)行組分轉(zhuǎn)化，改變其性能。,焙燒、煅燒與燒結(jié) 工藝的異同： .相同點(diǎn)：都是在高溫下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)及化學(xué)變化的熱加工操作過程。 .不同點(diǎn)：.各工藝操作過程加熱溫度不同； .工藝進(jìn)行的反應(yīng)類型不同。,一、焙燒,1.焙燒的分類與工業(yè)應(yīng)用（六類）,.氧化焙燒：物料與氧化劑在低于物料熔點(diǎn)以下進(jìn)

5、行氧化反應(yīng)，使物料轉(zhuǎn)化為氧化物及揮發(fā)性氣體的熱加工工藝；,處理物料類型: .硫化物礦（如CuS、ZnS、MoS、FeS2、） .氧化物礦(Cr2O3) 。,2.硫酸化焙燒： 處理物料：硫化物；焙燒使其轉(zhuǎn)化為可溶性硫酸鹽；,3.揮發(fā)性焙燒： .處理物料為硫化物； .使其在空氣中加熱，產(chǎn)物變?yōu)閾]發(fā)性氧化物的氣態(tài)分離出來。,4.氯化焙燒： 定義：借助于氯化劑（Cl2、HCl、NaCl、CaCl2等）作用，使物料中某些組分變?yōu)闅鈶B(tài)或凝聚態(tài)的氯化物，從而與其他組分分離的方法。,金屬氯化物特性： .具有熔點(diǎn)低、揮發(fā)性強(qiáng)、容易被還原； .常溫下易溶于水或其他溶劑。,氯化焙燒類型： .中溫氯化焙燒：使被提取的

6、金屬氯化物在不揮發(fā)條件下進(jìn)行，產(chǎn)物用水或其他溶劑浸取即可分離；,.高溫氯化焙燒：被提取的組分在能揮發(fā)的溫度下進(jìn)行，所形成的氯化物呈蒸氣狀態(tài)揮發(fā)與礦石分離，然后冷凝回收。,.氯化離析焙燒：加入適量的碳質(zhì)（如煤粉和焦炭）還原劑和氯化劑，在弱還原氣氛中加熱，使提取組分形成氯化物揮發(fā)，并在炭粒表面還原為金屬附著在炭粒上，再用選礦方法富集，制成精礦；主要用于難選或低品位的氧化物礦。,氯化焙燒的特點(diǎn)： .原料的適應(yīng)性強(qiáng)； .焙燒溫度比其他熱加工方法低，能耗節(jié)??； .分離效率高，綜合利用好； 在當(dāng)前礦產(chǎn)資源枯竭的情況下，氯化焙燒更能發(fā)揮巨大作用。,存在問題： .如何提高氯的利用率與氯化劑的再生回收； .氯化

7、焙燒過程中減少設(shè)備腐蝕及環(huán)境污染。,.還原焙燒： 在高溫下利用還原性氣體（CO、H2、CH4）使礦石中某些氧化物組分部分或全部還原； 磁化焙燒屬于還原焙燒，將弱磁性還原為強(qiáng)磁性的，以便磁選與礦石分離。,.氧化鈉化焙燒：在物料中加入適量的鈉化劑（如Na2CO3、NaCl、Na2SO4）焙燒，生成易溶于水的鈉鹽，使其與物料分離。,2.焙燒過程的物理化學(xué)基礎(chǔ),.焙燒過程熱力學(xué)： 焙燒過程中有氣體產(chǎn)生，一般認(rèn)為是不可逆反應(yīng)，焙燒過程主要根據(jù)相圖確定反應(yīng)產(chǎn)物的相區(qū)，采用控制溫度和氧勢（氧的分壓）得到所需的氧化態(tài)類型；,1000K是Ni-O-S優(yōu)勢區(qū)域圖,950K時(shí)Co/Cu-S-O重疊優(yōu)勢圖,.焙燒過程

8、動(dòng)力學(xué)與影響焙燒速率因素：,研究宏觀反應(yīng)速率模型： 最常用的是收縮未反應(yīng)芯（又稱縮芯）模型；當(dāng)顆粒大小不變或變化以及化學(xué)反應(yīng)控制、內(nèi)擴(kuò)散控制或外擴(kuò)散控制時(shí)，可推動(dòng)出不同的動(dòng)力學(xué)方程。,焙燒反應(yīng)擴(kuò)散過程：反應(yīng)是氣-固相非催化過程，焙燒反應(yīng)過程包括氣膜擴(kuò)散（外擴(kuò)散）、固膜擴(kuò)散（又稱產(chǎn)物層擴(kuò)散或灰擴(kuò)散，內(nèi)擴(kuò)散）及在未反應(yīng)芯表面上的化學(xué)反應(yīng)。,影響焙燒速率的因素： 溫度、固體顆粒度、氧含量等.,.固體顆粒度：顆粒度越小焙燒反應(yīng)速率越快，但顆粒越小，礦石粉碎及氣體產(chǎn)物除塵的工作量增加；沸騰爐焙燒中使用的固體顆粒平均粒度為0.073.0mm。,.溫度：焙燒溫度越高，反應(yīng)速率越快；但要防止焙燒過程中的結(jié)疤及

9、熔結(jié)現(xiàn)象。,.氧含量： 焙燒時(shí)氧含量增加，可加快焙燒反應(yīng)的速率。,3.典型氧化焙燒工藝 硫鐵礦焙燒制硫酸原料氣,焙燒設(shè)備：沸騰焙燒爐（外加廢熱鍋爐回收熱量，電除塵器除去氣體中的粉塵）.,.粉狀：為經(jīng)過浮選的硫精礦；對(duì)于粉礦焙燒前需進(jìn)行干燥、破碎與篩分。,硫鐵礦類型：有塊狀和粉狀兩種； .塊狀：是專門從礦山開采的標(biāo)準(zhǔn)原礦；對(duì)于塊狀礦焙燒前需經(jīng)破碎、篩分，不需要進(jìn)行干燥；,4.典型還原焙燒工藝 重晶石（硫酸鋇）焙燒制硫化鋇,.原料組成： 重晶石礦物的主要成分是硫酸鋇，BaSO4含量9598%，其余為SiO2、CaSO4等雜質(zhì)。,.焙燒的化學(xué)反應(yīng)方程式：,.重晶石焙燒工藝流程： .原料粉碎成粒度為0

10、.25mm與粒度為23mm的煤粉混合； .在10001250高溫下焙燒；,.在轉(zhuǎn)窯中（以天然氣、油或煤粉為熱源）停留時(shí)間為1.52.0 h ； .經(jīng)冷卻再經(jīng)浸取，得到1215%的硫化鋇溶液，除渣后經(jīng)精制得到硫化鋇。,硫鐵礦焙燒工藝流程圖,5.典型氯化焙燒工藝氯化法制造鈦白粉,鈦白粉生產(chǎn)方法： .硫酸法； .氯化法（目前該法主要方向，但原料要求嚴(yán)格，天然金紅石中TiO2含量9095%）.,氯化焙燒工藝主要工序： .氯化焙燒制取四氯化鈦； .四氯化鈦氧化； .鈦白粉的表面處理.,鈦白粉（TiO2）用途： 在涂料、油墨、造紙、塑料、橡膠、陶瓷等工業(yè)部門都有重要的用途。,.氯化焙燒制取四氯化鈦： 金紅

11、石礦粉經(jīng)干燥后，加入焦炭粉，再通入氯氣，進(jìn)行氯化焙燒反應(yīng)：,氯化焙燒過程中，有些氯化物的其他雜質(zhì)也一起升華（如FeCl3，AlCl3，SiCl4等），需對(duì)粗品TiCl4進(jìn)行精制，得到高濃度、純的液態(tài)TiCl4.,.鈦白粉的表面處理： .無機(jī)表面處理： 采用鉛、硅包膜處理，以提高鈦白粉產(chǎn)品的耐候性與在不同介質(zhì)中的分散性能；,.TiCl4的氧化： 在14001500溫度下，進(jìn)行氣相氧化反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間僅需幾毫秒：,.鈦白粉生產(chǎn)過程中存在的主要問題： .TiCl4的高溫快速氧化問題； .高溫下氯化物的腐蝕問題。,.有機(jī)表面處理： 采用乙醇胺、丙二醇、三羰基丙烷進(jìn)行處理，以提高鈦白粉產(chǎn)品在不同介質(zhì)中的潤

12、濕性能；,氯化焙燒法生產(chǎn)鈦白粉工藝流程：,天然金紅石,粉碎,空氣 Cl2 煤粉,沸騰焙燒爐,礦渣除去,爐氣,熱量回收,冷卻,氣體,放空,液體,精餾塔,氣體,塔頂,液態(tài)TiCl4,加熱氣化,氧化爐,AlCl3成核劑,O2,預(yù)熱,快速冷卻,旋風(fēng)分離,尾氣處理,袋濾器,固體,TiO2產(chǎn)品,表面處理,鈦白粉產(chǎn)品,Cl2,6.焙燒設(shè)備：,爐膛焙燒： 使用直立多膛爐，每天焙燒塊礦爐料100200噸，焙燒是自熱的，爐料的氧化足以提供熱能。,飄懸焙燒： 對(duì)多膛爐的改進(jìn)；焙燒在類似于拆除中間幾層的多膛爐進(jìn)行，在上部一、二層干燥后，穿過燃燒室下落過程進(jìn)行焙燒，此過程燃燒量不足，需要燃燒輔助燃料以維持焙燒溫度。,工

13、業(yè)主要焙燒技術(shù)： 爐膛焙燒；飄懸焙燒；沸騰焙燒；燒結(jié)焙燒。,沸騰焙燒：又稱流態(tài)化焙燒，使用沸騰焙燒爐焙燒。礦石顆粒在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行焙燒，氣體與固體粒子在床層中劇烈湍動(dòng)，氣-固兩相間傳遞過程加快，焙燒強(qiáng)度高，床層溫度均勻。,沸騰焙燒爐的結(jié)構(gòu)： 爐體為鋼殼襯保溫磚，內(nèi)層襯耐火磚，鋼殼外面有保溫層（防止冷凝酸腐蝕）； 爐子下部是風(fēng)室，設(shè)有空氣進(jìn)口管及空氣分布板； 爐膛中部為向上擴(kuò)大的圓錐體，沸騰層有冷卻管與余熱鍋爐循環(huán)泵連接； 爐體設(shè)有加料口、爐氣出口、礦渣出口、二次空氣進(jìn)口，點(diǎn)火口等接管，爐頂設(shè)有防爆孔。,.沸騰層高度：爐內(nèi)排渣溢流堰離風(fēng)帽的高度；一般為0.91.5m； .沸騰層溫度：隨礦物及焙燒

14、方法不同而設(shè)置。黃鐵礦氧化焙燒為850950,沸騰焙燒爐類型：直筒爐型和擴(kuò)大爐型,.爐氣成分：空氣是焙燒的反應(yīng)劑和流化介質(zhì)，空氣的用量與爐氣的組成有關(guān)。,沸騰焙燒爐操作條件： 焙燒強(qiáng)度：單位面積的焙燒爐每天焙燒的礦石量（t（礦石）/m2.d）,沸騰焙燒爐結(jié)構(gòu)示意圖,沸騰焙燒爐與多膛爐區(qū)別： .焙燒強(qiáng)度高（大數(shù)十倍至數(shù)百倍）； .礦渣殘硫低； .使用原料范圍廣，爐氣中有效組分濃度高；,.爐床溫度均勻，焙燒過程中可回收大量熱能； .結(jié)構(gòu)簡單投資省，自動(dòng)化程度高，操作費(fèi)用低； .開車迅速而方便，停車引起的空氣污染少。 .缺點(diǎn)是沸騰爐爐氣帶塵較多，空氣鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)力消耗較大。,沸騰焙燒爐改進(jìn)的幾個(gè)方面：,

15、.爐氣余熱的進(jìn)一步利用； .生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化程度進(jìn)一步加強(qiáng)； .燒渣的綜合利用。,.進(jìn)一步提高焙燒強(qiáng)度，新開發(fā)的高氣速返渣沸騰焙燒爐、雙層沸騰爐與熔渣爐均增加生產(chǎn)能力；富氧焙燒、純氧焙燒及加壓焙燒很大程度上強(qiáng)化了焙燒過程；,二、煅燒,3.最低分解溫度：在煅燒分解過程中，氣體產(chǎn)物的分解壓力達(dá)到0.1MPa時(shí)的分解溫度即為最低分解溫度；,1.煅燒的工業(yè)應(yīng)用 .制備固體原料或氣體原料 .通過煅燒生成產(chǎn)品 2.煅燒的物理化學(xué)基礎(chǔ) 煅燒過程是不可逆的反應(yīng)過程,石灰石煅燒的基本原理,按縮芯模型研究煅燒過程的動(dòng)力學(xué)，求出未反應(yīng)芯的推進(jìn)深度與分解溫度和分解時(shí)間的關(guān)系，以確定完全分解時(shí)間。,石灰石主要成分：CaC

16、O3含量95%左右，還含有少量的MgCO3，SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3等，分解反應(yīng)為：,石灰石分解工藝條件： 最低分解溫度（PCO2=0.1MPa時(shí)）為1180 K（即907）；實(shí)際分解溫度要高些，石灰石煅燒溫度控制在9401200為宜，研究表明礦石分解速率與礦石大小無關(guān)，與溫度的關(guān)系為：,石灰石煅燒反應(yīng)特點(diǎn)：反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，需燃燒焦炭或煙煤，燃料在石灰窯中要燃燒完全，以提供更多的熱量，但應(yīng)嚴(yán)格控制空氣用量，以使窯氣中CO0.6%，O20.3%。,原料顆粒度與煅燒溫度、 煅燒時(shí)間的關(guān)系曲線,重堿（NaHCO3）煅燒基本原理：,.重堿煅燒的分解反應(yīng)方程式為,.重堿煅燒的最低分解溫度： 重堿

17、煅燒時(shí)分解壓力達(dá)到0.1MPa時(shí)， 最低分解溫度為100101；,重堿煅燒分解溫度：石灰石煅燒過程中，低溫時(shí)石灰石也會(huì)分解，但分解速率太低，石灰石實(shí)際煅燒溫度控制在165190，,煅燒重堿其他分解反應(yīng)的影響： 煅燒過程中重堿過濾洗滌未凈的雜質(zhì)NH4HCO3，（NH4）2CO3，NH4Cl也發(fā)生分解，不僅消耗熱量，還會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量（反應(yīng)產(chǎn)生的殘留NaCl）。, 偏鈦酸的煅燒工藝流程 用硫酸法制備二氧化鈦是國內(nèi)常用方法（液相法），主要分為五個(gè)步驟：,.水解：硫酸鈦溶液加熱水解，使鈦以偏鈦酸形式從溶液中沉淀析出；,.凈化：除去溶液中不溶性雜質(zhì)及溶解的硫酸鐵，鐵的除去利用冷凍法使其成為綠礬析出；,.酸

18、解：鈦鐵礦用硫酸加熱浸取，得到硫酸鈦和硫酸鐵的溶液；,.煅燒：偏鈦酸在高溫下分解，釋放出水和SO3，轉(zhuǎn)化成為TiO2；,.制品處理：制品TiO2經(jīng)過研磨粉碎、檢驗(yàn)與包裝后，即為成品。,.偏鈦酸煅燒進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng),偏鈦酸所含水形態(tài)： .附著水（附在顆粒之間）；附著水在100200可蒸發(fā)除去. .結(jié)合水（結(jié)合在分子內(nèi)部），結(jié)合水則需更高溫度才能蒸發(fā)掉（200300即可）； .SO3的揮發(fā)需要在500800才可釋出。,TiO2的晶態(tài)類型： TiO2有金紅石、銳鈦礦 板鈦礦三種晶態(tài)，銳鈦礦及板鈦礦不穩(wěn)定，加熱至一定溫度會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石。,影響煅燒晶態(tài)類型的因素： 煅燒時(shí)間、溫度、水解液類型，以及偏鈦酸中

19、雜質(zhì)的含量有關(guān)。, 溶液濃度與晶態(tài)類型關(guān)系： 一般從硫酸鈦濃溶液水解，得到的沉淀經(jīng)煅燒生成銳鈦礦型TiO2，在950保持2 h 晶態(tài)不變。 用稀溶液水解煅燒后，至850經(jīng)過1 h ，就轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石。 若硫酸鈦水解時(shí)加入金紅石晶核，可得到金紅石型TiO2。,顏料用TiO2質(zhì)量要求： 要有高的遮蓋力、著色力和不透明性，這些性質(zhì)隨煅燒溫度的升高而改善。,煅燒溫度對(duì)產(chǎn)品性能影響： 在 900以上煅燒時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型其遮蓋力、著色力大大提高，但此溫度時(shí)產(chǎn)品會(huì)變色。,防止產(chǎn)品變色的措施：加入促進(jìn)劑能防止產(chǎn)品變色，所用促進(jìn)劑為鈉、鉀的氫氧化物、硫酸鹽、硝酸鹽或碳酸鹽，及硫酸鋁和硫酸鎂，其加入量在0.5%足

20、夠。,3.石灰石煅燒混料豎式窯,.預(yù)熱區(qū)：在窯的上部，占總高度1/4，其作用是利用從煅燒區(qū)上來的熱窯氣，將石灰石和燃料預(yù)熱并干燥，提高熱效率。,石灰窯結(jié)構(gòu)：窯身采用鋼板或普通磚制成，內(nèi)襯耐火磚，兩層之間裝填絕熱材料；從窯頂往下劃分為：預(yù)熱區(qū)、煅燒區(qū)和冷卻區(qū)。,石灰窯類型：目前大多采用混料豎式窯煅燒石灰石，其生產(chǎn)能力大，上料、下灰完全機(jī)械化，窯氣濃度高，熱利用率高，石灰質(zhì)量好。,石灰窯操作條件：石灰石和燃料配料比例，石灰石塊度大小，風(fēng)壓、風(fēng)量，進(jìn)料與出料速率等，都是石灰窯正常操作的主要條件。,.煅燒區(qū)：在窯的中部，經(jīng)預(yù)熱的混料在此進(jìn)行煅燒，完成石灰石的分解過程，該區(qū)溫度不應(yīng)超過1350（否則會(huì)形

21、成過燒結(jié)瘤現(xiàn)象）。,.冷卻區(qū)：在窯的下部占有效高度的1/4，作用是預(yù)熱進(jìn)窯空氣，使石灰冷卻，既回收了熱量又起到保護(hù)窯蓖的作用。,石灰窯煅燒示意圖,石灰窯設(shè)計(jì)直徑和高度設(shè)計(jì)依據(jù)：,.石灰窯直徑由生產(chǎn)能力決定；每平方米面積的石灰窯可煅燒16.019.0 t（石灰石）/d 。,.石灰窯高度由礦石塊度決定；塊度為40100mm的石灰石，窯身高度在18m左右。,石灰窯煅燒主要指標(biāo)： .生產(chǎn)能力Q：以每天煅燒石灰石質(zhì)量表示（t / d）,.生產(chǎn)強(qiáng)度J： 單位窯橫截面積上每天生產(chǎn)石灰石量；,.碳酸鈣分解為氧化鈣分解率：理論上每100 kg純碳酸鈣分解為氧化鈣56 kg；,.熱效率：消耗于分解碳酸鈣的熱量與燃

22、料放出的總熱量之比；熱效率由系統(tǒng)熱衡算求得，一般石灰窯的熱效率為7580%。,4.重堿煅燒回轉(zhuǎn)煅燒爐 .外熱式煅燒爐 煅燒爐構(gòu)造：爐體為一圓筒形回轉(zhuǎn)設(shè)備，爐體用鍋爐鋼板焊成，兩端裝有滾圈，架臥在兩對(duì)托輪上，后托輪有凸緣以固定爐體不使其后串及脫軌；在電機(jī)帶動(dòng)下爐體轉(zhuǎn)速為56 r.min ，爐內(nèi)有固定在兩端的鏈條與刮刀相連，用以刮去爐壁附著物并攪拌打碎物料。爐體還有返堿及物料加入口和爐氣出口。,外熱式煅燒爐所用燃料為煤和重油。 外熱式煅燒爐缺點(diǎn)：由于受爐結(jié)構(gòu)的限制，生產(chǎn)能力低，爐體易損壞，熱效率差（4555%），逐漸被內(nèi)熱式水蒸氣煅燒爐代替。,內(nèi)熱式水蒸氣煅燒爐 煅燒爐組成：爐體（臥式圓筒形）部分

23、；進(jìn)料部分；出料部分；加熱部分和傳動(dòng)部分組成。,內(nèi)熱式煅燒爐優(yōu)點(diǎn)： 生產(chǎn)能力大； 熱效率高（7075%）； 使用壽命長，維護(hù)費(fèi)用低； 勞動(dòng)條件好，爐體外有保溫層，對(duì)環(huán)境影響少。,外熱式、內(nèi)熱式煅燒爐示意圖,三、燒結(jié) 燒結(jié)定義： 燒結(jié)用途：主要用于熱法磷肥中的燒結(jié)脫氟磷肥、燒結(jié)鈣鈉磷肥、燒結(jié)鈣鎂磷肥、無機(jī)鹽中的氧化鎂的生產(chǎn)。,1.鈣鎂磷肥 .生產(chǎn)原理：磷礦與硅酸鎂礦物（助熔劑）配制的原料，在電爐、高爐或平爐中于13501500熔融，熔體用水驟冷，形成粒度小于2mm的玻璃質(zhì)物料，經(jīng)干燥磨細(xì)后即為產(chǎn)品。,鈣鎂磷肥組成：由CaO，MgO，P2O5和SiO2主要成分組成，其中CaO，P2O5來自磷礦，M

24、gO，SiO2來自助熔劑。 .生產(chǎn)工藝（略）。,磷礦與助熔劑混合爐料以3/min的速度加熱，在600700因助熔劑脫除結(jié)晶水而吸熱，1100物料開始熔化，1300完全熔化。然后以10 /min的速度冷卻，在1150、1050分別出現(xiàn)結(jié)晶過程而放熱，焙體冷卻后所得結(jié)晶的晶相有多種（如氟磷灰石、鎂橄欖石、透輝石等）。,鈣鎂磷肥生產(chǎn)工藝流程圖,2.脫氟磷肥 利用高溫?zé)Y(jié)的方法將磷礦中的氟脫除，制成可被農(nóng)作物吸收的磷酸鹽即為脫氟磷肥。,生產(chǎn)原理：氟磷灰石在1400以上的高溫下與水蒸氣反應(yīng)生成羥基磷灰石，再熱分解成磷酸三鈣，磷酸三鈣有型（高溫型）和（低溫型）； 型易溶于檸檬酸溶液， 型溶解度很小，晶型轉(zhuǎn)

25、變溫度為1180。,脫氟磷肥生產(chǎn)中加入硅砂與氟磷酸鈣發(fā)生脫氟反應(yīng)，生成磷酸鈣與硅酸鈣固熔體，固熔體有兩種類型化合物，硅磷酸五鈣與硅磷酸七鈣，均易溶于檸檬酸。,爐料中還需加入少量磷酸，可降低脫氟反應(yīng)的溫度，并提高粒狀爐料的強(qiáng)度。,生產(chǎn)工藝：燒結(jié)脫氟過程在爐料部分熔融狀態(tài)下進(jìn)行，一般在水泥回轉(zhuǎn)窯中生產(chǎn)。含氟磷礦配以適量硅石、鈉鹽和磷酸在13001350進(jìn)行脫氟反應(yīng)，所得脫氟磷肥中有效磷含量P2O5=4041%，Na2O=57%，F(xiàn)0.1%,4-2 浸取,一、浸取的工業(yè)應(yīng)用 .制取化工產(chǎn)品及化肥； .從礦石提取有色金屬；如銅、金等； .從甜菜中提取食用糖； .從花生、大豆提取食用油等。,浸取：利用溶

26、劑將固體原料中可溶組分提取出來的單元過程。,1.浸取的基本概念 .浸取類型：,按浸取溶劑種類分類： 酸浸取（酸解）：浸取劑有硫酸、鹽酸、亞硫酸及有機(jī)酸； 堿浸取（堿解）：浸取劑有氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、氨水、硫化鈉、氰化鈉及有機(jī)堿類；,水浸??； 鹽浸?。航槁然c、氯化鐵、硫酸鐵、氯化銅等。,按反應(yīng)分類：反應(yīng)浸取和非反應(yīng)浸?。?按浸取條件分類：.常溫或高溫浸??； .常壓及加壓浸取。,浸取劑的選擇依據(jù)： .浸取劑選擇性好，減少浸取液精制費(fèi)用； .對(duì)溶質(zhì)的飽和溶解度大，可得到高濃度浸取液，再生時(shí)消耗能量??； .浸取劑應(yīng)沸點(diǎn)低，粘度小擴(kuò)散系數(shù)大； .浸取劑應(yīng)價(jià)格低廉，無毒，腐蝕性小等。,醫(yī)學(xué)

27、科學(xué)院屠呦呦在制備藥劑青蒿素方面的貢獻(xiàn)。,.固體預(yù)處理方法： 固體預(yù)處理包括粉碎、研磨、切片或造型，對(duì)某些礦物還需要煅燒或焙燒。預(yù)處理是浸取前的重要工序。,. 影響浸取反應(yīng)速率的因素： 浸取溫度、浸取劑濃度、 固體物料的粒徑、 孔隙率，以及攪拌等。,2.幾種典型浸取過程 .酸浸取：所發(fā)生的反應(yīng)為酸與礦物的復(fù)分解反應(yīng)；注意硝酸為強(qiáng)氧化劑，反應(yīng)能力強(qiáng)，易揮發(fā)，價(jià)格高，一般不單獨(dú)作為浸取劑使用。,浸取液后處理方法： 結(jié)晶法；吸附法；離子沉淀法；金屬沉淀法；氣體沉淀法；離子浮選與沉淀浮選法；離子交換法；溶劑萃取法；固體或液體陰極電積法。,影響酸解速率的因素： 物料粒度，溫度，攪拌速率； 孔隙率（固體物

28、料孔隙率越大，越易酸解） 懸浮液液固比（液固比越大，酸解速率越高）,酸解設(shè)備類型： .機(jī)械攪拌槽式反應(yīng)器； .空氣鼓泡槽式反應(yīng)器； .回轉(zhuǎn)筒式反應(yīng)器，板式浸取塔； .增稠浸取器，螺旋浸取器等。,.硼砂生產(chǎn)工藝： 工藝過程：水蒸氣加熱，純堿與硼礦反應(yīng)，使其分解為可溶性的硼鹽和不溶性碳酸鹽加以分離。,泡花堿（硅酸鈉）生產(chǎn)工藝： 工藝過程：硅石粉與燒堿溶液加入加壓釜中，高溫反應(yīng)，生成硅酸鈉。目前我國泡花堿作為黏結(jié)劑的用量較大，但出口包裝的黏結(jié)已禁用。,堿浸取,氨浸取特點(diǎn)：氨與銅、鈷、鎳可形成穩(wěn)定的絡(luò)離子，使其容易轉(zhuǎn)入溶液中與礦物質(zhì)分離。,硫化鈉堿浸取特點(diǎn)： 硫化鈉與砷、銻、錫、汞作用生成穩(wěn)定的金屬硫

29、離子絡(luò)合物，為防止硫化鈉水解，浸取時(shí)需加入NaOH；,Au的精煉可采用將上述制取的金，溶解于王水，再經(jīng)過電解可制取含量為99.98%的金。,氰化鈉浸?。?金、銀的提取廣泛使用氰化鈉浸取，金、銀能與CN-形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，降低了金、銀的氧化還原電位，從而使其轉(zhuǎn)入溶液而分離；,影響堿浸取反應(yīng)速率的因素： 堿類物質(zhì)與礦物的配比；反應(yīng)時(shí)間； 操作壓力；攪拌強(qiáng)度等， 由于浸取多在溶液中進(jìn)行，原料顆粒度與堿液濃度也要控制。,堿浸取反應(yīng)器類型： 槽式反應(yīng)器（普遍使用）； 塔式反應(yīng)器；攪拌釜；空氣鼓泡槽等。,.鹽浸?。?鹽浸取作用：添加劑和氧化劑。,鹽僅作為添加劑：只發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，增加浸取液中某組分溶解度；

30、,.鹽作為氧化劑：浸取過程發(fā)生氧化還原反應(yīng)；高價(jià)鐵鹽是理想氧化劑，因其氧化還原電位較高，可廣泛應(yīng)用于硫化礦和氧化礦的浸取。,二、浸取設(shè)備 液固浸取過程包括固體原料中溶質(zhì)在溶劑中溶解過程和殘?jiān)c浸取液的分離過程，而分離過程往往不完全，需要多次洗滌。,浸取設(shè)備類型： .間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式。 .按固體原料的處理方式分為： 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分為： 多級(jí)接觸式、單級(jí)接觸式與微分接觸式。,1.滲濾浸取器 .分批操作滲濾器 .礦床內(nèi)浸?。褐苯訌牡V床中回收有利用價(jià)值的金屬，目前應(yīng)用范圍較小。 .堆積浸?。涸诓话l(fā)生滲透性的床面上堆積粗碎礦石，噴灑浸取劑提取有用組分

31、。,.滲濾器材質(zhì)選擇： 可用金屬、水泥、木材加工，內(nèi)襯瀝青、鉛板、耐酸轉(zhuǎn)等制成圓形或方形的滲濾器。,制糖業(yè)可用幾個(gè)至十幾個(gè)浸取器聯(lián)組，以7177的熱水從甜菜中提取糖，糖的收率可達(dá)9598%，最終浸取液的濃度達(dá)到w（糖）=12%。,浸取器組示意圖,平轉(zhuǎn)式浸取器示意圖,各種類型浸取器結(jié)構(gòu)示意圖, 連續(xù)操作滲濾器,.K型浸取器： 物料與溶劑流向相反，屬于逆流浸取。 .環(huán)形浸取器：由美國皇冠公司研制，具有噴淋式和浸泡式浸取器的優(yōu)點(diǎn)，可連續(xù)處理許多物料，日處理能力10001500 t 。,.B型浸取器：移動(dòng)床連續(xù)浸取器，包含多個(gè)料斗、提升機(jī)和密封裝置。每天可處理固體物料50500 t。,.R型浸取器：美

32、國開發(fā)處理能力大（每天處理物料18000 t）；我國大豆及菊花晶采用此類浸取器。,2.分散固體浸取器 .攪拌槽 .粗粒原料攪拌式浸取槽類型： 分為臥式、立式與回轉(zhuǎn)圓筒式類型，臥式與立式攪拌槽與反應(yīng)釜類似，可用蒸汽夾套、蒸汽盤管或蒸汽直接加熱。,.細(xì)粒原料攪拌式浸取槽：用攪拌使細(xì)粒原料懸浮在溶劑中，浸取效率高。攪拌形式有機(jī)械或空氣兩種。 攪拌槽構(gòu)造 ：可用木材、金屬、水泥或鉛板制造；設(shè)備費(fèi)低廉，適宜長期使用。,攪拌浸取器示意圖及空氣攪拌和螺旋浸取器,.連續(xù)分散浸取器： 是一種垂直板式浸取器，長圓柱塔內(nèi)等距離裝置水平園板，以一定速度旋轉(zhuǎn)，板上有刮刀使固體在板上移動(dòng)。物料（上進(jìn)）與浸取劑（底進(jìn)）逆流

33、浸取。,.螺旋輸送浸取器： 是一個(gè)U形組合的浸取器，內(nèi)分裝三組螺旋（也有雙螺旋的）輸送固體，溶劑與固體物料逆流接觸。,三、硫酸浸取磷礦石制磷酸,原料：磷礦石；硫酸,工藝方法：溶液浸?。ㄋ峤猓?反應(yīng)方程式：,1.工藝過程存在問題： 磷礦石酸解與硫酸鈣結(jié)晶析出同時(shí)進(jìn)行；,磷礦顆粒表面被硫酸鈣包裹；,2.工藝采取措施： .采用磷酸與硫酸的混酸分解磷礦，將磷礦石的一步酸解反應(yīng)變?yōu)閮刹椒磻?yīng)；,.磷礦石粉碎為微米級(jí)細(xì)小顆粒，加快酸解反應(yīng)。,.礦石酸解過程中，利用攪拌不斷更新礦石表面，提高酸解速率。,.延長硫酸鈣晶體生長時(shí)間，形成均勻、顆粒大的晶體。,3.磷礦中雜質(zhì)的影響：,主要雜質(zhì)： 氟化物，SiO2，碳

34、酸鹽；Fe、Al化合物；K、Na化合物；鍶、鑭的稀土金屬化合物；氯化物、碘化物等。,硫酸鈣三種結(jié)晶類型： 二水物CaSO4.2H2O（二水石膏）； 半水物-CaSO4.0.5H2O（半水石膏）； 無水物CaSO4（硬石膏）。,雜質(zhì)危害：,增加硫酸鈣的粘度；,使磷酸具有極強(qiáng)的腐蝕性；,4.磷酸生產(chǎn)方法分類：,分類依據(jù)：硫酸鈣結(jié)晶類型,工藝要求： 制得磷酸含P2O5=2832%，P總收率為93%97%。目前世界上應(yīng)用最廣泛的方法。,濕法磷酸生產(chǎn)方法：,.二水物法（DH）,DH法類型：多槽流程和單槽流程；無回漿與有回漿流程；以及真空冷卻與空氣冷卻流程。,工藝特點(diǎn)： 工藝流程短，操作簡便能耗較低；但洗

35、滌不完全，少量磷酸進(jìn)入硫酸鈣晶體空穴中，致使磷的總收率較低。,工藝要求： P2O5總收率達(dá)9898.5%。該流程根據(jù)產(chǎn)品酸的濃度分為稀酸流程（HRC；P2O5=3032%）和濃酸流程（HDH；P2O5=45%）,.半水-二水物法（HH/DH）,工藝過程：先使硫酸鈣形成半水物結(jié)晶，再重結(jié)晶為二水物，使硫酸鈣晶格中的P2O5全部釋放。,工藝特點(diǎn)： 工藝流程長，能耗較高；洗滌完全，磷的總收率提高。,工藝要求： P2O5總收率達(dá)99%，磷酸含P2O5=35%左右。,.二水-半水物法（DH/HH）,工藝特點(diǎn)： 工藝流程長，能耗較高；洗滌完全，磷的總收率提高。,工藝過程：先使硫酸鈣形成二水物結(jié)晶，再重結(jié)晶

36、為半水物，使硫酸鈣晶格中的P2O5全部釋放。,工藝特點(diǎn)：工藝流程短，能量消耗高，可得到高濃度的磷酸，P2O5=4050%。,.半水物法（HH）,工藝過程：在硫酸量不足的條件下進(jìn)行磷礦分解和半水物結(jié)晶，（硫酸總量的90%），其余的硫酸10%補(bǔ)加入結(jié)晶槽內(nèi)，浸取溫度110，P2O5轉(zhuǎn)化率94%左右。,5. 硫酸鈣各種水合物在水中的溶解度曲線,硫酸鈣水合物溶解度曲線得到的信息：,除二水硫酸鈣外，其他水合物溶解度均隨溫度的升高而降低；,低于40二水物溶解度最小，高于40時(shí)無水物溶解度最?。?二水物與無水物在40時(shí)可以相互轉(zhuǎn)化并保持平衡關(guān)系；,二水物與半水物溶解度曲線相交于97，高于97 半水物介穩(wěn)定，

37、二水物不穩(wěn)定；低于97 二水物介穩(wěn)定而半水物不穩(wěn)定；最終兩者都轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的無水物。兩者在97 時(shí)可以相互轉(zhuǎn)化并保持平衡關(guān)系。,6.硫酸鈣-P2O5-H2O系統(tǒng)高溫圖,區(qū)域無水物穩(wěn)定， 半水物介穩(wěn)定，二水物不穩(wěn)定。反應(yīng)溫度97110 ， P2O5含量50%。,依據(jù)硫酸鈣-P2O5-H2O系統(tǒng)高溫圖得到的信息：,區(qū)域二水物穩(wěn)定，無水物介穩(wěn)定，半水物不穩(wěn)定；反應(yīng)溫度40，P2O5含量40%。,區(qū)域無水物穩(wěn)定，二水物介穩(wěn)定， 半水物不穩(wěn)定；反應(yīng)溫度4097， P2O5含量40%50%。,思考題：DH、HH工藝中無水硫酸鈣的溶解度最小，實(shí)際生產(chǎn)中為什么不以無水硫酸鈣結(jié)晶析出?,.無水硫酸鈣結(jié)晶顆粒細(xì)小，

38、粘度大，影響過濾分離和洗滌；,.二水物和半水物轉(zhuǎn)化為無水硫酸鈣非常緩慢，需要的時(shí)間長，影響生產(chǎn)能力。,半水物法生產(chǎn)磷酸的濃度和溫度應(yīng)處在區(qū)域；,.確定二水物法和半水物法生產(chǎn)的工藝條件：,二水物法生產(chǎn)磷酸的濃度和溫度應(yīng)處在區(qū)；,.硫酸鈣晶體的生長、分離與洗凈。,濕法磷酸生產(chǎn)工藝的主要工序：,.混酸浸取分解磷礦石生成磷酸與硫酸鈣；,8.磷酸生產(chǎn)工藝條件：,磷礦粉碎粒度： 160m占2030%， 125m占3040%， 80m占40%；反應(yīng)活性高的磷礦，粒度可以大些；反之應(yīng)細(xì)些。,液相SO3濃度：表示液相中游離硫酸含量。對(duì)磷礦的浸取分解速率、硫酸鈣晶核形成、晶體成長及型態(tài)都有影響。二水物法中SO3控

39、制在（SO3）=0.0150.025 g/ml。,生產(chǎn)中溫度控制的要求： 二水物流程溫度控制在6580； 半水物流程控制在97110.,反應(yīng)溫度：,作用：提高反應(yīng)速率，降低液相黏度，有利于形成粗大晶體和提高過濾強(qiáng)度。,溫度過高危害：會(huì)生成不穩(wěn)定的無水物，使過濾困難，而且礦石中雜質(zhì)的溶解度增加，影響產(chǎn)品質(zhì)量。,工藝過程控制：嚴(yán)格控制洗滌濾餅進(jìn)入系統(tǒng)的水量，即可控制料漿中P2O5的濃度。,.料漿中P2O5濃度：,作用：反應(yīng)料漿中P2O5濃度穩(wěn)定時(shí)，可保證硫酸鈣溶解度變化較小和過飽和度穩(wěn)定，有利于硫酸鈣晶體的生長。,對(duì)工藝操作的影響：固含量即料漿中的液固比。固含量高，料漿粘度大，對(duì)料漿分解與晶體長大

40、不利，但液相含量提高，生產(chǎn)能力降低。,.料漿中固含量,工藝過程控制： .二水流程液固比為（2.53）：1； .半水流程液固比為（3.54）：1。,.回漿：回漿可提供晶種，實(shí)際生產(chǎn)中回漿量為加入物料量的100150倍左右。,.料漿攪拌：生產(chǎn)中要采取有效攪拌措施，有利于顆粒表面更新和消除局部游離硫酸濃度過高，防止包裹現(xiàn)象和消除泡沫，但攪拌強(qiáng)度不應(yīng)過高，以免晶體破碎。,.反應(yīng)時(shí)間：指物料在反應(yīng)槽中的停留時(shí)間。因硫酸分解磷礦的反應(yīng)速率較快，反應(yīng)時(shí)間取決于硫酸鈣晶體的成長時(shí)間，一般控制在4h左右。,磷礦磨碎：采用干磨或濕磨方法，將磷礦研磨至所需細(xì)度。,9.生產(chǎn)工藝流程,濕法磷酸生產(chǎn)工藝流程的基本工序：,

41、磷礦浸?。?在攪拌及料漿循環(huán)下進(jìn)行硫酸分解磷礦的反應(yīng)。二水物工藝采用多槽串聯(lián)、單槽或多格單槽浸取；半水物和再結(jié)晶工藝，必須采用多槽反應(yīng)系統(tǒng)。,料漿冷卻：磷礦分解為放熱過程。為控制反應(yīng)溫度必須對(duì)料漿冷卻，,鼓風(fēng)冷卻與真空冷卻的對(duì)比： 鼓風(fēng)冷卻的效果受周圍環(huán)境的溫度與濕度影響大，尾氣含氟量多，對(duì)環(huán)境污染大；,料漿冷卻方法： 鼓風(fēng)冷卻和真空冷卻方法。,真空冷卻不受周圍環(huán)境溫度和濕度的影響，無需對(duì)排放物處理，對(duì)環(huán)境污染少，但缺點(diǎn)是設(shè)備與管線易結(jié)垢，需要定期清理。,生產(chǎn)注意事項(xiàng)：過濾機(jī)是濕法磷酸生產(chǎn)裝置中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、價(jià)格最昂貴的設(shè)備，需要專人負(fù)責(zé)。,料漿過濾,料漿組成：料漿中含有磷酸、硫酸鈣結(jié)晶、酸不溶

42、物、未反應(yīng)磷礦及液相中重新析出的氟硅酸鹽等固體。,過濾設(shè)備：真空過濾機(jī),過濾洗滌方法：逆流洗滌過濾法,返回磷酸系統(tǒng)：將洗滌液與部分濾液返回反應(yīng)系統(tǒng)，維持反應(yīng)料漿所需的液固比。,濕法磷酸的濃縮：二水物法所得磷酸含P2O5=2830%，半水物法磷酸含量較高，都未達(dá)到商品磷酸濃度要求（P2O5=5052%），均需要濃縮處理。,濃縮方法：目前普遍采用真空蒸發(fā)濃縮磷酸。,含氟氣體吸收：生產(chǎn)中所排放的尾氣含有氟化物應(yīng)進(jìn)行吸收，達(dá)到環(huán)保要求。,再結(jié)晶系統(tǒng)：對(duì)于半水物-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?；厥盏腜2O5返回反應(yīng)系統(tǒng)，濾餅作副產(chǎn)物使用。,工藝條件：液相游離（SO3）=0.2

43、50.35g/ml，反應(yīng)溫度7585，停留時(shí)間48h，料漿液固比（2.03.0）：1，P2O5得率9397%，成品磷酸P2O5=2830%。,該工藝特點(diǎn)： .工藝流程短，生產(chǎn)操作簡便，設(shè)備投資節(jié)??； .能量消耗低，磷礦石中磷的轉(zhuǎn)化率較高； .所得磷酸的濃度較低。,4.幾種典型的濕法磷酸生產(chǎn)工藝,二水物法（DH）：典型流程有雅可布斯-道爾科流程和羅納-布朗流程。,二水物濕法(DH)磷酸工藝流程圖,半水物-二水物稀酸再結(jié)晶法（HRC）： 該流程主要有日產(chǎn)H流程，先制得半水物結(jié)晶，再重結(jié)晶為二水物，經(jīng)過濾得到3035%的磷酸。,工藝條件：先在100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)，有回

44、漿提供晶種的條件下降至5065，使半水轉(zhuǎn)變?yōu)槎?，P2O5總得率為98%。,該工藝特點(diǎn)： （與DH工藝相比） 1.工藝流程長，能量消耗稍高； 2.磷礦石中磷的轉(zhuǎn)化率提高。,半水二水物(HRC)濕法磷酸工藝流程圖,半水物-二水物濃酸法（HDH）： 該流程主要有日產(chǎn)C流程,先制得半水物結(jié)晶，將半水物系統(tǒng)中的料漿進(jìn)行第一段過濾，獲得P2O5=4050%的濃磷酸，濾餅經(jīng)洗滌、再制漿后送入二水物系統(tǒng)再結(jié)晶，最后進(jìn)行第二段過濾、洗滌，獲得較純凈的二水物硫酸鈣。,工藝條件：液相中n（SO3）/n（CaO）1，反應(yīng)溫度（1005），反應(yīng)時(shí)間2h ，二水系統(tǒng)液相磷酸濃度P2O5=1025%，硫酸含量（H2SO

45、4）=515%，轉(zhuǎn)化溫度6070，停留時(shí)間2 h ，P2O5總得率98.5%左右。,工藝特點(diǎn)： 1.工藝流程長，能耗稍高些； 2.制得磷酸的濃度高，磷的轉(zhuǎn)化率高。,半水二水物(HDH)濕法磷酸工藝流程圖,工藝條件：在二水物系統(tǒng)中，反應(yīng)溫度約為70，停留時(shí)間約4 h，液固比2.3：1，磷酸約含P2O535%，H2SO41.5%。在半水物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，液相含P2O5=2030%，H2SO4=1014%，液固比為2.5：1，轉(zhuǎn)化溫度保持在85，轉(zhuǎn)化時(shí)間約為 1 h，P2O5總得率為9899%。,.二水物-半水物法（DH，HH）： 該流程主要有普萊昂流程，在較高磷酸濃度下分解磷礦生成二水物，離心機(jī)分離出成

46、品酸，濾餅不洗滌直接加入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中轉(zhuǎn)變?yōu)榘胨?，再?jīng)過濾分離與造粒。,工藝特點(diǎn)： 1.工藝流程長，能耗稍高些； 2.制得磷酸的濃度較高，磷的轉(zhuǎn)化率高。,二水物半水（DH,HH）濕法磷酸工藝流程圖,.半水物法（HH）： 該流程主要有諾斯克-特羅半水物流程，可制得較高濃度的磷酸。,工藝條件：控制磷礦溶解槽中液相中的n（SO3）/n（CaO）1，在硫酸量不足的條件下進(jìn)行磷礦分解和半水物結(jié)晶，加入溶解槽硫酸總量的90%，槽內(nèi)液相SO3=0.010.02g/ml，硫酸其余的10%補(bǔ)加入結(jié)晶槽內(nèi)，浸取溫度85110，停留時(shí)間68 h，料漿液固比為（34）：1，P2O5得率94%左右。,工藝特點(diǎn)： 1.工藝

47、流程短，能耗稍高些； 2.制得磷酸的濃度較高，磷的轉(zhuǎn)化率較低。,四、鉀石鹽溶浸-結(jié)晶法生產(chǎn)氯化鉀,1.溶浸-結(jié)晶法基本原理：利用各組分在不同溫度下的溶解度差異，在高溫下用氯化鈉飽和的母液浸取鉀石鹽礦石。,鉀石鹽礦組成：主要組成為KCl、NaCl，還有光鹵石（KClMgCl26H2O），鉀芒硝（Na2SO43K2SO4)， 鉀石膏（K2SO4CaSO4H2O）， 鉀鎂礬（K2SO4MgSO44H2O）等,2.溶浸-結(jié)晶法生產(chǎn)氯化鉀的工藝流程 .礦石溶浸：礦石破碎至510mm顆粒,送入螺旋溶浸槽浸取，溫度為105，浸取后添加絮凝劑保溫沉降，再用真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)分離和洗滌。,25下KCl-NaCl-H

48、2O體系溶解度圖,溶浸-結(jié)晶法生產(chǎn)氯化鉀工藝流程圖,.冷卻與結(jié)晶：降低浸取液溫度使KCl結(jié)晶析出。,結(jié)晶方法：真空結(jié)晶器冷卻結(jié)晶,結(jié)晶器類型：目前應(yīng)用最廣的有料漿循環(huán)DTB（draft tabe baffle）型和清液循環(huán)OSL型真空結(jié)晶器。DTB結(jié)晶器是一種帶有細(xì)晶溶解功能的連續(xù)真空結(jié)晶器，用加入少量水的方法來消除細(xì)晶，增加產(chǎn)品的平均粒度。,.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，便于防腐，操作容易，投資費(fèi)用較低。,真空結(jié)晶器優(yōu)點(diǎn)：,.因絕熱蒸發(fā)，結(jié)晶熱可用于蒸發(fā)溶液，提高KCl質(zhì)量降低能耗；,.避免了在絕熱表面上的結(jié)晶，延長了蒸發(fā)器的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)能力；,.可獲得均勻粗大的晶體，有利于后續(xù)工序的分離、洗滌、

49、干燥、包裝和儲(chǔ)存等；,干燥：因晶體含水量較高需要干燥。 常用的干燥設(shè)備：轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)、流化床干燥機(jī)和氣流干燥機(jī)等，流化床干燥適合粗粒結(jié)晶的干燥；氣流干燥適合細(xì)粒結(jié)晶的干燥。,造粒：通過造粒使KCl產(chǎn)品符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。常用造粒技術(shù)有雙輥機(jī)械壓制成一定厚度的片狀物料，再經(jīng)破碎篩分得到粒度為24mm的產(chǎn)品。,其他造粒技術(shù)： 噴射造粒法；碾壓造粒法等。,明礬石主要組成：KAl3(SO4)2(OH)6，還含有SiO2，F(xiàn)e2O3，TiO2等雜質(zhì)。,五、明礬石用氨浸法制鉀氮混肥,焙燒目的：明礬石礦為非水溶性礦物，必須對(duì)其焙燒、脫水，提高其反應(yīng)活性，再利用各種溶劑進(jìn)行加工處理。,1.明礬石焙燒,焙燒所進(jìn)行各

50、種反應(yīng)為：,若在還原性氣氛中焙燒明礬石，可以使焙燒溫度降低到520580，并得到反應(yīng)活性良好的熟料。,工藝方法：經(jīng)焙燒后的明礬石熟料用氨水浸取，鉀氮混肥進(jìn)入溶液，不溶性雜質(zhì)進(jìn)入殘?jiān)?2.明礬石氨浸法生產(chǎn)鉀氮混肥,殘?jiān)幚砑夹g(shù)： 可用氨堿法（利用燒堿溶液提取殘?jiān)械腁l2O3和Al(OH)3，使其轉(zhuǎn)化為NaAlO2，制取Al(OH)3，經(jīng)焙燒制備精制的Al2O3用于電解制鋁的原料）。,氨酸法（利用硫酸提取殘?jiān)械?Al2O3和Al(OH)3，使其轉(zhuǎn)化為Al2(SO4)3，經(jīng)處理及焙燒后得到Al2O3和SO3，用于電解制鋁和制硫酸）。,浸取工藝條件： .浸取溫度75（注意氨浸取是放熱過程，可使料

51、漿升高3040）； .氨水濃度為理論濃度的100110%；,主要反應(yīng)方程式為：,.浸取時(shí)間4060 min，SO3浸取率為90%，K2O浸取率約為92%， .浸取液pH為78（pH過低SO3不易浸出，且Al2(SO4)3水解造成過濾困難；pH過高，氨用量過大，蒸發(fā)過程中氨損失加大）。,.原料預(yù)處理與氨浸?。?.明礬石破碎至7mm以下， 575下在回轉(zhuǎn)窯中焙燒，冷卻后粉碎至60目送入氨浸槽，用氨水對(duì)熟料進(jìn)行浸取，,氨浸取的工藝流程,浸取液組成：浸取液含K2SO4和(NH4)2SO4及少量的Na2SO4和微量鐵、鈣等雜質(zhì)，過濾除去雜質(zhì)后。,處理方法：用硫酸中和成微酸性，防止氨揮發(fā)，送往蒸發(fā)結(jié)晶即得

52、鉀氮肥，干燥后即為產(chǎn)品，其中K2SO4和(NH4)2SO4 的質(zhì)量比為3：7。,工藝方法：用高溫和高濃度的燒堿溶液溶解殘?jiān)械腁l2O3生成鋁酸鈉；在低溫下加入Al(OH)3晶種，鋁酸鈉分解為Al(OH)3析出。,.氨堿法處理氨浸殘?jiān)椒?雜質(zhì)處理方法：溶液中含有可溶性硅酸鈉，需送入脫硅槽中，加入晶種生成硅渣除去，脫硅后的料漿進(jìn)行固液分離后，得到鋁酸鈉溶液，送入分解槽降溫并通入空氣攪拌，使鋁酸鈉分解。,鋁酸鈉分解反應(yīng)方程式：,后處理方法：晶漿過濾脫水，得Al(OH)3固體，部分返回分解槽作晶種外，大部分進(jìn)行煅燒制Al2O3，作為電解制金屬鋁原料。過濾后母液返回浸取殘?jiān)h(huán)使用。,工藝方法：將殘

53、渣用水調(diào)成懸漿，送入反應(yīng)器加熱，并通入SO2氣體，氨浸殘?jiān)械腁l(OH)3與SO2反應(yīng)生成亞硫酸鋁：,氨酸法處理氨浸殘?jiān)?反應(yīng)方程式為：,工藝流程： .在沸點(diǎn)溫度下，加入硫酸將殘?jiān)形捶磻?yīng)的Al(OH)3和未洗凈的亞硫酸鋁變成硫酸鋁，放出的SO2返回用于浸取氨渣。,.過濾除去SiO2后，得到Al2(SO4)3溶液，在反應(yīng)器內(nèi)加熱煮沸，生成堿式硫酸鋁和氫氧化鋁的混合溶液，放出SO2循環(huán)使用，,.經(jīng)增稠與過濾后得到堿式硫酸鋁送去制鋁鹽，或煅燒制成Al2O3作為電解鋁的原料，放出的SO3回收用于制硫酸。,復(fù)分解過程：不同離子的兩種鹽在液相或液-固相中進(jìn)行離子交換，生成另外兩種鹽的反應(yīng)過稱。,一、復(fù)

54、分解反應(yīng)過程原理與工業(yè)應(yīng)用 1.復(fù)分解反應(yīng)過程原理 復(fù)分解反應(yīng)中，反應(yīng)物和生成物稱為交互鹽對(duì)，,4-3 復(fù)分解,復(fù)分解類型：包括酸和鹽（酸解）、堿和鹽（堿解）進(jìn)行離子交換生成新酸和鹽、堿和鹽的過程。,反應(yīng)通式為：,工藝要求：反應(yīng)物的兩種鹽在水中的溶解度較大，而生成物鹽的溶解度較小，在一定范圍內(nèi)能成為固體析出。,2.復(fù)分解反應(yīng)的應(yīng)用 析出的固體結(jié)晶即為固體產(chǎn)品；,復(fù)分解所得溶液需進(jìn)一步加工才能得到產(chǎn)品，如(NH4)2SO4；,生成物的兩種鹽均為沉淀物，它們的混合物即是產(chǎn)品（如ZnS，BaSO4）。,KCl、NaNO3、KNO3、NaCl四元體系相圖,生產(chǎn)原理：硝酸鉀的溶解度隨溫度急劇變化。如20時(shí)每100g水中溶解31.5g，114（沸點(diǎn)）時(shí)為312g。工業(yè)上硝酸鉀與硝酸鈉聯(lián)合生產(chǎn)。,二、復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀,硝酸鉀用途：含有K、N兩種營養(yǎng)元素，是理想的復(fù)合肥料。另外廣泛應(yīng)用在玻璃、食品及火藥制造.,復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀工藝流程,氮氧化物NOx,Na2CO3,吸收塔,氧化,HNO3,過濾,固體 雜質(zhì),除去,濾液,濃縮蒸發(fā),復(fù)分解反應(yīng)器,KCl粉末,空氣攪拌,加熱保溫,過濾分離,濾餅,洗滌,冷水,N