磷酸分解磷矿的动力学及影响因素研究

大 大，这
酸浓度的增大导 应体系
40
20
85__I__I__I__I__I__I__I__I__I__
0<
时间 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 /min
0
20
40
60
80
100
时间/min
图2不同磷酸浓度对磷矿转化率的影响
Fig. 2 EEects of dimeent phosphate codcectetiod
，磷矿的 ： ，8 应
的 。但 随之。这
大, 化率 %。 C+，
粒径＜97 pm,磷矿的转化率
颗粒越细,磷矿的
就
大，反应速率就 低，故 ： 2 v 的 化率， 的粒
径为97 pm时最好。
24
的影响
在磷酸浓度（P2O5计）30%,反应温度70 C,磷
矿粒径97 pm,搅拌速度340 r/min反应条件下，考
收稿日期：2020-4回5 修改稿日期：2021回3回4 '()*:国家重点研. t8 (2012YFC1900206)
作者简介:周海(495 --，男(布依族)，贵州六盘水人，贵州大学在读硕士研究生，师从杨三可研究员，主要从事磷化工 相关研究。 ef:12792066073，E-mtoi:117349420@uu3onm
DFN01S集热式
热 搅拌器；JJNB恒
速电动搅拌器;101 NAB恒温鼓风干燥箱;Zetium X-
光光谱仪；D3 34^x1^ X-N 离, ； SHBNB95 ?J 式4'
仪；H1355
。
14实验方法
浓度61.5%（P2O5计）磷酸用去离子水配成浓 23%，25%，23%，30%，33%（P2O5 ）的 液0
oipooopoaeroerooiereogoieaer
242
的影
在液固比10： 1,反应温度70 °C,搅拌速度 300eLmgi， 酸浓 （P2O5 ）30%的 应
粒径对
化率的 ， h 3。
100 ―■— 125 um
—•— 105 um
80
-A-97 um '▼ 88 um
—♦— 74
>81
20
［2］，.{Fx 应 到化学 应 ， 化
在46~64 kJ/moU3E4］。探究合成的磷灰石在盐酸 液 中 的 动 学 A， . { 化
4 kj/moi1 ］，动力学溶解模型与由扩散控制的模型
。 •等研究了 酸分
的动 学，并
提出了动力学模型［4 ］，但是没有系统研究磷酸对磷 矿动力学影响因素的研究。本文研究了磷酸对磷矿
z,， 了 应的 ， 所以
65C 的
， 的 化率几乎不再 6， 说
对
的
不
，
。 所以，
6以
不 化学 应 应的 ，最 的
65C 。
22搅拌速度的影响 在液固比10： 1,磷酸浓度(P2O5计)30%，温度
75 C,磷矿粒径96 ^m下，考察搅拌速度对磷矿转 化率的 ， h 6。
100 -B-200r/min
用。按液
10： 1,精
所需浓度
（P2O5计）的磷酸溶液于三 瓶中，加热到70 C
在300 r/min的搅拌
，加入44 y的矿粉，反应
$' 的
， v*，:
，,
，
105 C恒温烘干。根据国家标准GB/T 1371.1—1995
l 的 G 精 中1 化］
的a
法,
中卩2。5的
。
式计算 的转
化率4
2 X% 二业一叫“2 X 100
40
60
80
100
时间/min
图3粒径对磷矿转化率的影响
Fig. 3 InOuecco of payime sizc ov
phosphoes ore covversiov rate
3
， 化率‘
粒径的
大，但 粒径
97 pn的 ，转化率基本不
再变化，随着粒径的继续
者反应 的 ，
化率将
。这
粒径
b 大，, H＋ 应的 9A;
摘要:探究磷酸浓度、磷矿粒径、液固比、搅拌速度、反应温度等因素对磷矿溶解动力学的影响。结果表明，磷矿
c 化_‘ ag 、” 、 应 、rs c 大 大， ‘o#c
大。 c
用
缩芯模型来描述,表观活化能为14 36 kI/mci:低活化能验证了该过程的控制步骤为固体膜扩散控制,并建立了溶
解过程的动力学模型，得到实验值与计算值拟合度较好，相关系数为0. 98。
6
， 的 化率‘ 搅拌 的
6 6， 搅拌
.00eLmn + ，
的
化率几乎不再发生变(，说明消除了液膜的影响，这
个过程反应控制步骤为固体反应膜扩散或表面化学
反应，所以搅拌强度为3-0 r/min。
22动力学模型
a,
应 以'
,xa， a
Phosphate Rock and Its Associated Reso/rces,Guiyang 550025,China)
AbstracS: The effects of pposppo/c aciO conoxW/On, ppospp/a p/tmie size, liquig-solig ratio, stiming spad - reaction temperature and other factors on the dissolution kineticc of ppospp/w rocC were igvestiga1 ted. The reselts sPowed that the conversion rata of phosph/a rocC increased with the increase of phosph/a rocC concextration, liquig-solig ratio, reaction temperature and spuing speed, and increased with the dq1 crease of pa/icle size. The dissolution process of phosph/e ore can be descriOed by the core-sP/nnina mo/et, and the anparext activetion exeray is 11. 36 k//moi. The low activetion exeray ve/Oes that the process of controlling s/p is controlled by soliO membrane diOasion, and the kinetic mo/et of the dissoae iongpenaxsosxsitbiosexd3Fogtiliexdx/exxniioiog/bxiwxxgxypxeomxgitietiuxtgdatiauitixdetiux oswxiwoie03923
GHI: ； 化_； 动 学；
；化
中图分类号:TQ44；TQ 46.35 文献标识码:A 文章编号：1671 -3206(2021 )06 - 472 - 06
Study on tlie dissolution kinetics of phosphate ore nnpeospeoenatandtndnrsnneuunanngetaroes
00 —7： 1
—•- 8： 1
80
9： 1 -^▼-10： 1
—0-]1： 1
60
40
20
88 90
100 时间/min 图4液固比对磷矿转化率的影响 Fio, 4 Influence of linuiV-solin ratio on
photphneeeookooneeetnonenee
22° 5y{—
-^250r/min
-A-300r/min
80
350 r/min
—♦~400r/miii
60
96
、&» 94
40
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9(70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90
，
，时间血讪i
0
20
40
60
80
100
时间/min
图6搅拌速度对转化率的影响
Fio, 6 Influence of stirring speed on conversion rate
”对
化率的 ， h 4。
4
， 随 ” 的 大， 的 化率
大。 ”
大， ‘'F H＋
， 应的
1464
&'()
!50"
力加大，促进了磷矿的分解，当液固比大于10： 1的
， 的 化率几乎不再发生 的 化， 这
应
中的 化 几乎 & 酸
应 ， 不再继续 应， 的 化率不再
加趋势，所以,最佳液固比为10： 1。
（1）
miPi
式中，机1为加入的磷矿质量，P为磷矿中P2O5
的含量（％），叫为滤渣的质量,2 （%）。
中卩2。5的
结果Байду номын сангаас讨论
2. 4磷酸浓度对磷矿转化率的影响
在液固比10： 1,反应温度70 °C,磷矿粒径
97 pm,搅拌速度30 r/min实验
，，
酸
浓对
化率的 ， h 2。
2
，
的 化率随 酸浓 的
在液固比为10： 1,磷酸浓度(P2O5计)3-%,磷
矿的粒径97 pm,搅拌速度300 imin条件下，考察
对
化率的 ， h 5。
00 —»-60°C
t-65 °C
80
--A-70oC --▼-75 °C
―>-80 °C
& 、< 60
芒
躱 40
20
//
°0
20
时间 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 /min
Key words: phosph/e ore ； conversion rate; kineticc: unreacted sP/nnina core mo/et ； activation exeray
近年来，磷酸生产的清洁工艺技术已经成为研 究热点,利用磷酸分解磷矿,在工艺的源头减少重金 属的污染［4］。磷矿与酸反应的影响因素主要有酸 浓度、液固比等［4。一些研究人员用有机酸分解
/0123: Y(1963- )，男，研究 。 E-mtoi:627476227@uu3onm
!6#
”84 aU
cq ;Z
+O
1473
表1磷矿的XRF分析结果
Table 1 XRF analysit restlit of phosyhate rack
成分 P2O5
含量/% 33.290
成分
Fc2O3
大， 搅
拌
大，不利 应的 ，同时，反应完成
以后，固”分离的
100 -»-23% —•-25%
80
也会随之变6。
-0-33% 60
♦ Ca5(PO4)3F *SiO2 ・ CaMg(CO3)2
10 20 30 40 50 60 70 80 20/（。）
图1原磷矿XRD图谱 Fig. 1 Toc XRD pattern of raw oriyinat sampte
! 90"! 6 # 2021 $ 6 %
应用化工 AppatxdChxmtaaaIgdusiel
Vna390Nn36 ]ug32021
L
{ :™—
@A1，+BC2，DE2
>?
(1.贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳ssoo?)； 2.中低品位磷矿及其共伴生资源高效利用国家重点实验室，贵州贵阳SSOOZO)
ZHOU Ha- , YANG Sag-be4 ,XIE Tian
( 13SahnnaniChxmtsielagdChxmtaaaEg/tgxxetg/， GutehnuUgtoxestil， Gutlag/99009， Chtga； 2. Na/oxai Key Lahoratoro for EEicieat and Compreaeesivo Utilizahoo of Medium and Low Grahe
40
60
80
100
时间/min 图5温度对磷矿转化率的影响
Fio, 2 Influence of temperature on
photphneeeookooneeetnonenee
5
，‘
\，
的 化率
6。 酸与
应
j 应，
\，
以 % 液的 ， fY q ，
的
分 ， 酸］ 钙的
6，
应的
但是温度继续增加,磷矿中的一些金属离子就会析
含量/% 0.657
成分 YO3
L% 02309
CtO
43.406 A. o3
1.9 25
k2o
02406
SgO2
9.594
Na2 O
ZnO
02006
SO3
0.733
TiU2
0.113
SrO
02107
M.O
0.951
MnO
0.024
Ze。
0207
中H的浓 大，有利 应的 ，所以 的
化率 大。 但
酸浓 大 ，
出的 及 动 学 ，建 动 学 经验 方程式，为工艺设计提供参考。
1实验部分
12试剂与仪器
磷矿(贵州某矿区浮选矿)在45 oC,104~ 204目
磷矿成分见表1,XRD结果见图1,磷矿石的主要成
分
石 ［Ct5( PO4) 2F ，
的石
［CaMy( C03) 4 ］以及石英(SOO)；工业磷酸,浓度为 61.5%(P20o计-;柠檬酸、盐酸、硝酸、、目酸钠、丙酮 均为分析纯。