贫质磷矿湿法磷酸新工艺及钝化铁铝杂质的研究

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随着高品位磷矿的大量开采利用,世界磷矿品位出现贫瘠化趋势,如何有效利用低品位磷矿成为世界性问题。我国高品位磷矿资源甚少,中低品位难选矿居多,同时我国又是产磷用磷大国,这个问题就显得尤为突出。本文针对JH这一高倍半氧化物含量低品位磷矿,提出了不同于传统湿法磷酸生产的两种新工艺:“硝磷混酸酸解低品位磷矿两步制磷酸工艺”(简称硝磷混酸工艺)和“硫磷硝混酸酸解低品位磷矿一步制磷酸工艺”(简称硫磷硝混酸工艺)。本文比较详尽地阐述两种工艺的开发思路,工艺流程。同时,本文提出了混酸体系下铁铝杂质钝化假设,并从不同角度阐述了混酸体系中铁铝杂质钝化机理,证明了铁铝杂质钝化假设。通过正交实验,研究了JH磷矿在磷酸与硝酸混酸中的酸解行为,获得了实验室处理JH磷矿的最佳条件:反应温度65℃,液固比14∶1,硝酸浓度5.00 g·L-1,KDD浓度5.50 g·L-1,磷酸浓度20%P2O5,反应时间1h。实验结果表明,P2O5浸取率大于92%,Fe2O3浸取率及Al2O3浸取率均小于17%。硝磷混酸酸解磷矿,不仅有高P2O5浸取率,而且能够有效地抑制铁铝杂质进入液相,对提高磷酸品质有重要作用。硫磷硝混酸工艺是为了克服硝磷混酸工艺中,液固比高,系统负荷大的困难而提出的。硫磷硝混酸工艺不仅系统负荷小,液固比为3:1,而且它保留了硝磷混酸工艺中,P2O5浸取率高,铁铝杂质浸取率低的特点。但是,相比硝磷混酸工艺中副产的高质量白洁磷石膏,该工艺下磷石膏质量却有了明显下降。硫磷硝混酸工艺在实验室条件下,获得处理JH磷矿的最佳条件为:“磷酸浓度(P2O5)20%,硝酸浓度5.00 g·L-1,硫酸浓度(SO3)45~50 g·L-1,KDD浓度22.00g·L-1,液固比3:1,反应温度65℃,反应时间3h”。不论是硫磷硝混酸工艺,还是硝磷混酸工艺,铁铝杂质都被有效抑制,其钝化机理为:在混酸体系下,铁铝杂质与混酸反应既有化学反应,又有局部微电池反应。化学反应使得铁铝杂质以离子态进入液相,而局部微电池反应消耗液相中氢离子,促进磷酸根(PO43-)增加,当溶液中磷酸根浓度与铁离子浓度、铝离子浓度乘积达到它们各自的溶度积常数时,就会有致密的磷酸铁、磷酸铝沉淀产生。沉淀累积在未反应的铁铝杂质周围形成隔离层,阻止了铁铝杂质与混酸近一步反应,从而降低了铁铝杂质的浸取率。对与混酸反应后余留的残渣进行X射线衍射,发现了磷酸铁、磷酸铝晶体,还有大量的和原矿中同样组成的、没有反应的铁铝杂质。证实了铁铝钝化的假设。
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