脲硫酸分解贵州英坪矿工艺条件研究及适应性探索
论文以清洁型脲硫酸复肥工艺为基础，探讨了脲硫酸分解磷矿的反应原理;以我国丰富的中品位磷矿为研究对象，重点考察脲硫酸分解贵州英坪矿的最优工艺条件;贵州英坪矿的最优工艺条件对贵州龙水矿、贵州开阳矿和甘肃白银矿的适应性。本文主要的结论如下:
1、脲硫酸分解磷矿是液固相反应，整个过程中伴有传质、反应和结晶，无需催化剂，属于缩芯反应类型，磷矿中的主要成分Ca5F(PO4)3的反应式为:Ca5F(PO4)3+H2SO4·xCO(NH2)2+H2O→CaSO4·xCO(NH2)2+Ca(H2PO4)2·CO(NH2)2+CaHPO4+CaSO4·mH2O+H3PO4·CO(NH2)2+[(NH2)2CO]2HF(x=1,2,4;m=2,1/2,0)与硫酸分解磷矿相比，分解反应第一阶段由于氢离子浓度较低，反应速率较慢;第二阶段由于磷矿颗粒表面的包裹膜为疏松的四尿素硫酸钙，反应速率较快，反应较为完全。
2、通过考察硫酸用量、脲硫酸比例（尿素、硫酸和水的摩尔比）、反应温度、搅拌速度和反应时间等单因素对反应的影响，结合正交试验，得出适合脲硫酸分解贵州英坪矿的工艺条件:硫酸用量为120％理论用量，脲硫酸比例为1.8∶1∶1，反应温度为82℃，搅拌速度为1.70m/s，反应时间为20min，此时磷矿转化率为89.72％。
3、为适应工业生产的需要，通过调整矿浆含水量和添加活化剂来提高脲硫酸分解贵州英坪矿的转化率，得出在矿浆含水量为30％，活化剂为ZD-1时磷矿转化率最高，可达到93％，而且矿浆流动性较好，符合工业上输送的要求。
4、考察贵州英坪矿的最优工艺条件对贵州龙水矿、贵州开阳矿和甘肃白银矿的适应性。通过实验得到:
①贵州龙水矿的最优工艺条件:硫酸用量为120％理论用量，脲硫酸比例为3.0∶1∶1，反应温度为82℃，搅拌速度为1.70m/s，反应时间为20min，矿浆含水量为30％，活化剂为ZD-3，磷矿转化率可达到90％。
②贵州开阳矿的最优工艺条件:硫酸用量为110％理论用量，脲硫酸比例为2.0∶1∶1，反应温度为82℃，搅拌速度为1.44m/s，反应时间为20min，矿浆含水量为30％，活化剂为ZD-4，磷矿转化率可达到96％。
③甘肃白银矿的最优工艺条件:硫酸用量为130％，脲硫酸比例为2.5∶1∶1，反应温度为82℃，搅拌速度为1.70m/s，反应时间为20min，矿浆含水量为26％，活化剂为ZD-2，磷矿转化率可达到88％。
比较脲硫酸分解这四种磷矿的最优工艺条件可知，脲硫酸比例、硫酸用量和活化剂对不同磷矿转化率的影响较大。
5、对于镁含量较高的磷矿，可增大尿素的比例，利用尿素溶解度大的特点，改善料浆的黏度，增进反应的传质;杂质含量(Fe、Al、Mg)较高的磷矿，可提高硫酸用量，使更多的氢离子和磷矿接触;合适的活化剂可改变反应体系的传质、传热速率和结晶的晶体形状，在相同时间内使反应进行更加充分，提高磷矿转化率。
6、脲硫酸复肥含有丰富的氮、磷、钾元素及中量元素钙、硫等，而且具有不同比例的缓效和速效成分，在农化实验上具有良好的应用效果。
脲硫酸;磷矿分解;反应原理;工艺条件;适应性分析
郑州大学
硕士
化学工艺
张保林;侯翠红
2013
中文
TQ450.1
55
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）