论文部分内容阅读
随着磷化工行业的快速发展,磷石膏的治理和综合利用问题日益突出,磷石膏本身是一种重要的石膏再生资源,硫资源的循环利用也是磷石膏再利用方向的研究重点,所以磷石膏的资源化治理目前已成为热点研究课题；我国可溶性钾矿资源储量稀少,钾肥严重制约着我国农业的发展,而钾长石作为国内储量丰富的不溶性钾矿资源,如何将其综合利用制备钾肥,一直以来都是人们研究的热点。在这些研究背景下,本课题提出综合利用磷石膏和钾长石制备硫酸原料气和硫酸钾,既解决了磷石膏造成的环境问题,又解决了我国农业钾肥短缺的问题,具有重大的经济价值和社会效益。本课题以磷石膏和钾长石为主要原料,经研磨、计量、混合后,在CO还原气氛下高温焙烧以制备可溶性钾盐和SO2。以钾的溶出率和转化率为主要指标,考察了各因素对反应体系的影响,并对反应体系的高温焙烧过程和反应机理进行了初步探讨。(1)为探明反应体系中的CaO和CaSO4分别与钾长石反应的作用机理,分别对KAlSi3O8-CaO体系、KAlSi3O8-CaSO4体系进行了研究。结果表明：钾长石均可与CaO和CaSO4单独发生反应,但其反应机理不尽相同,钾长石与CaO的反应机理可能为吸附机理,与CaSO4的反应机理则可能是离子交换机理,分别对两体系进行动力学分析,得出其分解反应过程均为固相产物层内的扩散控制,符合晋斯利-布鲁斯特固-固反应动力学模型。(2)研究了焙烧气氛、温度、时间等实验因素反应体系的影响。结果表明：混合气中CO体积分数的减小,焙烧温度的升高,焙烧时间的延长,均有利于体系反应的进行。通过单因素和正交实验,确定了反应体系的较优工艺方案为：焙烧气氛为Pco/PCO2=0.1～0.2、焙烧温度为1200℃、焙烧时间为60min。(3)较优工艺条件下,反应体系的K2O溶出率为72%、脱硫率为77%,对其焙烧产物进行了XRD衍射分析,得体系固相焙烧产物主要有：K2SO4、 K2Ca2(SO4)3、C2AS、KAS2、CS、C2S。(4)通过对反应体系在不同焙烧气氛、焙烧温度下的XRD分析,结合钾长石晶体高温焙烧时的结构变化和体系中相关物质的三元系统相图,试推导出了CO还原磷石膏-钾长石体系的反应历程,为磷石膏和钾长石的综合利用奠定了理论基础。(5)为提高体系可溶性钾的溶出率,考察了不同外加助剂对反应的影响,确定了Na2SO4作为体系的最佳助剂。当添加量为3%,焙烧温度为1200℃时,体系K2O溶出率可提高至87.39%。