清洁型脲硫酸复肥研究

【摘要】：本文根据我国磷复肥生产工艺的特点，针对现行磷复肥生产过程中存在的问题，对脲硫酸分解磷矿制备磷复肥的工艺技术进行了系统的研究，具体研究内容如下： 1．针对脲硫酸复肥制备的理化基础，对脲硫酸酸解反应体系的有关基础数据如脲硫酸的密度、粘度、反应热、比热容、熔点、相变热等进行了测定与关联，发现脲硫酸溶液的粘度(η)与温度(T)之间存在如下关系： 脲硫酸体系的粘度与酸解剂配比间呈非单调变化关系；不同配比的脲硫酸溶液，当加入第1mol尿素于1mol硫酸中时，混合过程放热速率最大，当加入尿素达到一定量后，混合过程不再放热。 2．针对湿法磨矿的特点，在考察系统液相平衡的基础上，利用尿素系小分子，分子间的静电结合力弱，在动态中有与水相似的性质，开发出了用于清洁型脲硫酸复肥生产的矿浆减水技术和清洁型脲硫酸分解磷矿制备磷复肥的新工艺技术，实验考察了脲硫酸复肥生产新工艺中影响磷矿分解率的各种因素，如酸解剂用量与配比、反应温度、搅拌强度、磷矿粉细度、活化剂加入等，并优化出了工艺技术条件。 3．利用两级吸收装置采用氟离子选择性电极法，研究了脲硫酸分解磷矿过程中影响氟逸出率的各种因素，结果表明酸解剂配比是最主要的影响因素；进而从氟硅酸溶液蒸气压、pH值、反应温度等方面分析尿素加入对氟逸出率的影响；通过X-ray衍射分析发现反应过程中尿素与氟硅酸溶液的反应产物为氟硅酸脲，确定了氟的赋存形式。同时指出降低氟逸出率的主要原因在于脲合质子中较强的O…H…O氢键的络合效应，抑制了氟硅酸的分解。在优化工艺条件下，氟逸出率可降至7％以下。 4．利用X-ray衍射分析和化学分析方法对脲硫酸分解磷矿过程进行了系统研究，认为脲硫酸酸解磷矿的主反应过程包括两个阶段： 第一阶段为脲硫酸分解磷矿生成尿素磷酸和四尿素硫酸钙，第二阶段为磷酸分解磷矿生成尿素磷酸二氢钙，尿素和一部分磷酸二氢钙生成尿素磷酸和磷酸氢钙(这是产品中枸溶性磷的主要形式)。 郑州大学博士学位论文 整个反应过程中，氟的行为: 月万+及凡分HZSi凡 4CO(刀万2)2+HZSi凡一{[(N万2)2 co]ZH}2召氓 5.根据酸解磷矿过程的反应原理，对第一阶段脉硫酸分解磷矿反应动力学进 行了研究，得到脉硫酸分解磷矿第一阶段反应动力学方程为: ;=华二554.61。xp(一擎).。，】0809 口了大l 第一阶段反应为一级反应，与硫酸分解磷矿第一阶段反应速率相比，加入尿 素使第一阶段反应速率减慢。 在MSMPR结晶器中对硫酸钙结晶动力学进行了研究，结果表明，脉硫酸代 替硫酸的酸解体系，使CaSO;起晶时间明显延长(延长50%以上)，晶体生长速 率加快，悬浮液密度增加50%以上。活化剂的加入，使成核速率减小，成长速率 增大，晶习发生改变，晶形变粗。 6.以保康矿为基础，对脉硫酸分解磷矿的宏观反应动力学进行了研究，得到 在磷矿粒度为0.1 10”n们n刃.174们以们以，反应温度为339K一359K和酸解剂配比为尿素: 硫酸=2 .0一3.6:1(mol)的条件下，服硫酸分解磷矿过程的宏观动力学方程为: 生。(寻牛)一刀玉=，34362exp〔理参旦)q。一凡一 1 IUU一式，I式I 该方程能比较满意地描述这一过程的动力学关系，为工艺条件的优化和反应 器的设计提供了理论依据。 【关键词】：脲硫酸 酸解剂 复合肥料 清洁工艺 氟逸出率 反应动力学 结晶动力学
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TQ444
【目录】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-8
• 目录8-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 农业对复混肥料的需求10
• 1.2 过磷酸钙在我国磷肥工业中的地位10-12
• 1.3 尿素过磷酸钙系列复混肥存在的问题12
• 1.4 本课题的意义及项目来源12-13
• 1.5 尿素过磷酸钙复肥工艺国内外研究现状13-18
• 1.6 本文主要研究内容18-20
• 1.7 本章小结20-21
• 2 脲硫酸复肥制备的理论基础及基础数据测定21-40
• 2.1 脲硫酸复肥制备的理论基础21-26
• 2.2 脲硫酸的有关基础数据测定26-38
• 2.2.1 脲硫酸溶液的密度测定26
• 2.2.2 脲硫酸溶液的粘度性质测定26-32
• 2.2.3 尿素硫酸混合过程热效应测定32-35
• 2.2.4 脲硫酸熔点、相变热测定35-37
• 2.2.5 脲硫酸的比热容测定37-38
• 2.3 本章小结38-40
• 3 脲硫酸复肥新工艺开发及工艺条件初探40-52
• 3.1 脲硫酸复肥新工艺开发设计40-42
• 3.2 实验原料及组成分析42-43
• 3.3 矿浆减水技术及工业应用43-44
• 3.4 脲硫酸分解磷矿过程工艺条件的初步探索44-51
• 3.5 本章小结51-52
• 4 清洁型脲硫酸复肥工艺中氟的逸出规律与赋存形式52-67
• 4.1 传统酸解磷矿过程中含氟废气的逸出及其治理52-53
• 4.2 脲硫酸分解磷矿过程中氟逸出规律的研究53-56
• 4.3 反应温度和酸解液pH值对氟逸出率的影响56-57
• 4.4 尿素加入对氟硅酸系统蒸气压的影响57-63
• 4.5 脲硫酸分解磷矿过程中氟的赋存形式分析63-65
• 4.6 本章小结65-67
• 5 脲硫酸分解磷矿过程的反应机理研究67-98
• 5.1 脲硫酸分解磷矿过程反应原理67-75
• 5.2 脲硫酸分解磷矿过程第一阶段反应动力学研究75-85
• 5.2.1 实验设计76-77
• 5.2.2 实验数据处理方法77-79
• 5.2.3 脲硫酸分解磷矿反应动力学79-83
• 5.2.4 硫酸分解磷矿反应动力学83-85
• 5.2.5 脲硫酸与硫酸分解磷矿第一阶段反应的比较85
• 5.3 脲硫酸分解磷矿结晶动力学研究85-96
• 5.3.1 MSMPR结晶器数学模型的建立85-88
• 5.3.2 脲硫酸分解磷矿结晶动力学实验88-91
• 5.3.3 实验结果与讨论91-96
• 5.4 本章小结96-98
• 6 脲硫酸分解磷矿的工程化应用研究98-119
• 6.1 脲硫酸分解磷矿过程描述98-99
• 6.2 脲硫酸分解磷矿宏观反应动力学研究99-113
• 6.3 脲硫酸分解保康磷矿的优化工艺条件113-115
• 6.4 新工艺对其他磷矿的适应性115-117
• 6.5 技术经济水平与环境效益分析117
• 6.6 本章小结117-119
• 7 结论119-122
• 参考文献122-129
• 附录129-137
• 攻读博士学位期间发表的论文137-138
• 致谢138

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