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    仿真探討磷礦組分對過磷酸鈣生產(chǎn)的影響規(guī)律

    2021-02-27 02:13:36譚艷霞
    化工礦物與加工 2021年2期
    關鍵詞:過磷酸鈣磷礦磷酸

    譚艷霞

    (昆明冶金高等專科學校 環(huán)境與化工學院,云南 昆明 650033)

    0 引言

    過磷酸鈣是一種含硫的低濃度磷肥,其有效P2O5質量分數(shù)在12%~18%,還含有14%左右的硫,如計入中量營養(yǎng)元素,過磷酸鈣的總有效養(yǎng)分可達40%~60%[1]。因此,農(nóng)業(yè)部和原化工部一致認為過磷酸鈣是主要磷肥品種,具有不可替代的作用,其產(chǎn)量不會大幅下降[2]。目前我國過磷酸鈣連續(xù)規(guī)?;a(chǎn)主要采用稀酸礦粉法和濃酸礦漿法,其中稀酸礦粉法對磷礦的要求較低、適應性較強[3-4]。過磷酸鈣的生產(chǎn)過程及產(chǎn)品質量受磷礦組成的影響很大,不同的礦區(qū)或礦點開采的磷礦組成不同,這些差異勢必會導致生產(chǎn)結果的變化,生產(chǎn)中必須相應地對工藝參數(shù)進行調(diào)整,以確保生產(chǎn)的正常進行及產(chǎn)品質量的穩(wěn)定。而要正確地進行生產(chǎn)調(diào)控,則必須了解磷礦各組分變化對生產(chǎn)過程的影響規(guī)律。針對不同的磷礦,特別是新礦樣,通常需進行實物實驗探討其選別工藝,但無法具體考查磷礦中某種組分的影響規(guī)律,而采用工藝計算仿真可避免常規(guī)實驗中設備、原材料、實驗條件等因素的限制,可開展多因素、多條件下的虛擬實驗,增大變量的選擇、設計和分析范圍[5]。因此本文擬用工藝計算方法,通過對稀酸礦粉法生產(chǎn)工藝各過程進行仿真,以過磷酸鈣產(chǎn)品質量指標(有效P2O5、游離磷酸P2O5、游離水等的質量分數(shù))、生產(chǎn)產(chǎn)率、磷礦消耗定額和硫酸消耗定額為評價指標,探討磷礦各組分質量分數(shù)變化對過磷酸鈣生產(chǎn)的影響規(guī)律,以期為過磷酸鈣生產(chǎn)工藝調(diào)控提供理論依據(jù)。

    1 工藝計算的理論基礎

    磷礦是生產(chǎn)過磷酸鈣的原料,其組成較為復雜,通常以P2O5、CaO、MgO、CO2、Fe2O3、Al2O3和酸不溶物的質量分數(shù)表示其組成,其中P2O5質量分數(shù)表示磷礦主組分氟磷酸鈣[Ca5F(PO4)3]中磷的質量分數(shù);CaO質量分數(shù)則包括氟磷酸鈣、碳酸鈣和氟化鈣中鈣的質量分數(shù);MgO質量分數(shù)表示碳酸鎂中鎂的質量分數(shù);CO2質量分數(shù)則包括碳酸鈣和碳酸鎂中CO2的質量分數(shù);倍半氧化物質量分數(shù)通常指Fe2O3和Al2O3質量分數(shù);酸不溶物在工藝計算中通常以SiO2表示。磷礦中的組分與硫酸的化學反應是進行工藝計算的依據(jù),以此對生產(chǎn)過程進行仿真,即可探討出相應組分的變化規(guī)律。

    1.1 過磷酸鈣生產(chǎn)的主化學反應

    過磷酸鈣生產(chǎn)是用硫酸分解磷礦使磷礦中的難溶性P2O5轉化為容易被植物吸收的水溶性P2O5和少量枸溶性P2O5。生產(chǎn)過程的主化學反應為[6-7]

    7Ca5F(PO4)3+ 35H2SO4+ 17.5H2O

    = 21H3PO4+ 35CaSO4·0.5H2O + 7HF,

    (1)

    3Ca5F(PO4)3+ 21H3PO4+ 15H2O

    = 15Ca(H2PO4)2·H2O + 3HF,

    (2)

    2CaSO4·0.5H2O = 2CaSO4+ H2O,

    (3)

    4HF + SiO2= SiF4+ 2H2O。

    (4)

    由式(1)-式(4)可見:磷礦中的主組分氟磷酸鈣與硫酸在第一階段反應中首先生成磷酸;在第二階段的反應中,氟磷酸鈣與第一階段生成的磷酸反應生成水溶性的水合磷酸二氫鈣;第一階段生成的半水硫酸鈣最終脫水變成無水硫酸鈣;生成的HF通常與酸不溶物中的SiO2反應生成SiF4排放出去[6]。磷礦中的其他組分通常稱為磷礦的雜質組分,它們與硫酸等物質反應生成過磷酸鈣產(chǎn)品的非磷組分,會增加產(chǎn)物總量,降低產(chǎn)物有效組分質量分數(shù)。

    1.2 工藝計算仿真方法

    稀酸礦粉法生產(chǎn)過磷酸鈣的生產(chǎn)工藝主要由3大工序構成,即混合、化成和熟化。根據(jù)磷礦各組分在過磷酸鈣生產(chǎn)各大工序中發(fā)生的化學反應,以質量守恒和能量守恒定律為工藝計算的理論依據(jù),對各工序反應過程進行物料平衡和熱量平衡計算,得出相應的生產(chǎn)指標,對各指標進行分析討論,即可得出相應因素的影響規(guī)律。工藝計算仿真以磷礦中氟磷酸鈣和酸不溶物為基本物質,先考查氟磷酸鈣組分的影響,再考查雜質組分的影響。工藝計算參照文獻[6]中“稀酸礦粉法過磷酸鈣生產(chǎn)工藝計算方法”進行。

    2 工藝計算仿真結果的分析討論

    為探討磷礦中某個組分質量分數(shù)變化對生產(chǎn)工藝指標的影響規(guī)律,需對工藝計算過程的其他參數(shù)進行固定,以便進行對比。工藝計算統(tǒng)一固定硫酸質量分數(shù)為68%,硫酸用量為理論用量(按各反應式計算的硫酸總用量),硫酸溫度為60 ℃,混合化成熟化過程溫度為100 ℃,轉化率為90%,工藝過程蒸發(fā)水量為磷礦和硫酸帶入水量的27%[6-7]。工藝計算結果以產(chǎn)品有效P2O5、游離磷酸P2O5、游離水等的質量分數(shù)為產(chǎn)品質量評價指標,以產(chǎn)率、磷礦消耗定額和硫酸消耗定額為生產(chǎn)過程評價指標進行分析討論。

    2.1 磷礦中Ca5F(PO4)3組分的影響

    磷礦中的磷主要以氟磷酸鈣[Ca5F(PO4)3]組分形式存在,通常以P2O5表示其質量分數(shù)。為探討Ca5F(PO4)3組分的影響,分別設定磷礦P2O5質量分數(shù),磷礦中的鈣、氟質量分數(shù)按氟磷酸鈣的ω(CaO)/ω(P2O5)和ω(F)/ω( P2O5)取相應值,則磷礦由Ca5F(PO4)3和酸不溶物兩種組分構成,其發(fā)生的相應反應見式(1)-式(4);通過工藝計算仿真即可探討磷礦中Ca5F(PO4)3組分質量分數(shù)對過磷酸鈣質量指標的影響規(guī)律,仿真計算結果如圖1所示。

    圖1 磷礦Ca5F(PO4)3質量分數(shù)對過磷酸鈣質量指標的影響

    由圖1的a、b、c曲線可見:隨著Ca5F(PO4)3質量分數(shù)的增大,過磷酸鈣產(chǎn)品有效P2O5、游離磷酸P2O5、游離水等的質量分數(shù)均隨之增大。當磷礦中Ca5F(PO4)3質量分數(shù)由37.86%增至82.86% (對應P2O5質量分數(shù)由16.00%增至35.02%)時,生產(chǎn)出的過磷酸鈣產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)由10.68%增至18.00%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)由2.76%增至4.66%,游離水質量分數(shù)由6.70%增至10.59%;相當于磷礦中Ca5F(PO4)3質量分數(shù)每升高1%,產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)增加0.16%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)增加0.04%,游離水質量分數(shù)增加0.09%。GB/T 20413-2017《過磷酸鈣》[8]規(guī)定,合格過磷酸鈣產(chǎn)品中的P2O5質量分數(shù)應不低于12%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)和游離水質量分數(shù)分別小于5.5%和15%。根據(jù)仿真結果,當轉化率為90%時,理論上當磷礦中的Ca5F(PO4)3質量分數(shù)低于44.39%(即P2O5質量分數(shù)低于18.76%)時,將不能生產(chǎn)出合格的過磷酸鈣產(chǎn)品;當磷礦中的Ca5F(PO4)3質量分數(shù)高于55.44%(即P2O5質量分數(shù)高于23.43%)時,可以生產(chǎn)出合格Ⅰ等品(P2O5質量分數(shù)≥14%、游離磷酸P2O5質量分數(shù)≤5.5%、游離水質量分數(shù)≤15%);當磷礦中的Ca5F(PO4)3質量分數(shù)高于68.12%(即P2O5質量分數(shù)高于28.79%)時,可以生產(chǎn)出一等品(P2O5質量分數(shù)≥16%、游離磷酸P2O5質量分數(shù)≤5.5%、游離水質量分數(shù)≤14%);當磷礦中的Ca5F(PO4)3質量分數(shù)高于82.86%(即P2O5質量分數(shù)高于35.02%)時,才可生產(chǎn)出優(yōu)等品(P2O5質量分數(shù)≥18%、游離磷酸P2O5質量分數(shù)≤5.5%、游離水質量分數(shù)≤12%)。

    由圖1的d、e、f曲線可見:隨著Ca5F(PO4)3質量分數(shù)的增大,過磷酸鈣的產(chǎn)率增大(由1.348 7 t/t增至1.750 8 t/t),單位實物產(chǎn)品的磷礦消耗定額降低(由0.741 5 t/t降至0.571 2 t/t),硫酸消耗定額增加(由0.191 0 t/t增至0.322 0 t/t)。這是因為Ca5F(PO4)3質量分數(shù)增大,單位磷礦需加入的硫酸量增大,反應系統(tǒng)物質總量隨之增大,因此單位磷礦生產(chǎn)的產(chǎn)物總量增大,磷礦消耗定額降低,硫酸消耗定額增加??梢娚a(chǎn)過磷酸鈣時,磷礦中P2O5質量分數(shù)高,對應的Ca5F(PO4)3質量分數(shù)也高,有利于提高產(chǎn)品質量和降低磷礦消耗。

    2.2 磷礦中碳酸鹽組分的影響

    磷礦中的碳酸鹽組分質量分數(shù)通常以CO2質量分數(shù)表示,對應的物質是碳酸鈣和碳酸鎂。其在生產(chǎn)中先與硫酸反應生成相應的硫酸鹽,再進一步反應生成磷酸二氫鹽,發(fā)生的反應為[6-7]

    (Ca,Mg)CO3+ H2SO4

    = (Ca,Mg)SO4+ H2O + CO2,

    (5)

    (Ca,Mg)CO3+ 2H3PO4

    = (Ca,Mg)(H2PO4)2+ H2O + CO2。

    (6)

    2.2.1 碳酸鈣組分的影響

    為排除其他組分的影響,磷礦以Ca5F(PO4)3、CaCO3和酸不溶物計。固定磷礦P2O5質量分數(shù)為23.43%、ω(F)/ω( P2O5)為理論比,則磷礦中的Ca5F(PO4)3質量分數(shù)固定,設定磷礦ω(CaO)/ω(P2O5)由理論值1.314 6升至2,對應磷礦中CaCO3質量分數(shù)為0%~28.68%,在此條件下進行工藝計算,仿真結果如圖2所示。

    圖2 磷礦CaCO3質量分數(shù)對過磷酸鈣質量指標的影響

    由圖2中的a、b、c曲線可見:當磷礦中CaCO3質量分數(shù)由0%增至28.68%時,生產(chǎn)出的過磷酸鈣產(chǎn)品由合格Ⅰ等品降低至不合格產(chǎn)品,其中有效P2O5質量分數(shù)由14.00%降至12.00%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)由3.62%降至3.10%,游離水質量分數(shù)由8.46%增至15.69%(合格品要求游離水質量分數(shù)≤15%);相當于磷礦中CaCO3質量分數(shù)每升高1%,產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)約降低0.069 7%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)降低0.018 1%,游離水質量分數(shù)增加0.252 1%。這是由于CaCO3質量分數(shù)增大,需要消耗的原料硫酸量增大,產(chǎn)品量相應增大,從而導致產(chǎn)品有效P2O5、游離磷酸P2O5質量分數(shù)降低;而且反應還生成了較多的水,因而產(chǎn)品游離水質量分數(shù)升高。

    由圖2中的d、e、f曲線可見:隨著磷礦CaCO3質量分數(shù)的增大,每噸磷礦生產(chǎn)出的過磷酸鈣實物量(產(chǎn)率)由1.505 8 t增至1.757 2 t,產(chǎn)率隨CaCO3質量分數(shù)變化率為0.008 9;每噸實物產(chǎn)品對應的磷礦消耗量由0.664 1 t降至0.569 1 t,其變化率為-0.003 3;而硫酸消耗量則由0.250 5 t增至0.374 6 t,其變化率為0.004 3。這是由于磷礦中的CaCO3質量分數(shù)增大,原料硫酸量相應增大,實物產(chǎn)品量增大,最終導致產(chǎn)率和硫酸消耗定額增大、磷礦消耗定額降低。

    由此可見,磷礦中CaCO3質量分數(shù)增大,會導致過磷酸鈣產(chǎn)品質量降低、原料硫酸消耗量增大;但由于CaCO3與硫酸反應放出的CO2有利于生產(chǎn)過程中產(chǎn)物骨架的形成[6-7],因而磷礦中存在適量的CaCO3對生產(chǎn)過程有利。

    2.2.2 MgCO3組分的影響

    為排除其他組分的影響,磷礦以Ca5F(PO4)3、MgCO3和酸不溶物計。固定磷礦P2O5質量分數(shù)為23.43%、ω(CaO)/ω(P2O5)和ω(F)/ω(P2O5)均為理論比,則磷礦中Ca5F(PO4)3的量固定。設定ω(MgO)/ω(P2O5)在0~0.5,對應的MgCO3質量分數(shù)為0%~24.51%,仿真計算結果見圖3。

    圖3 磷礦MgCO3質量分數(shù)對過磷酸鈣質量指標的影響

    由圖3中的a、b、c曲線可見:當磷礦中MgCO3質量分數(shù)由0增至24.51%時,生產(chǎn)出的過磷酸鈣產(chǎn)品由合格Ⅰ等品降至不合格產(chǎn)品,其中有效P2O5質量分數(shù)由14.00%降至11.98%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)由3.62%降至3.10%,游離水質量分數(shù)由8.46%增至15.77%;相當于磷礦中MgCO3質量分數(shù)每升高1%,產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)約降低0.082 4%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)降低0.021 2%,游離水質量分數(shù)增加0.298 2%。對比各質量指標隨MgCO3、CaCO3質量分數(shù)的變化率,發(fā)現(xiàn)MgCO3質量分數(shù)增大對過磷酸鈣指標的不利影響更大。

    由圖3中d、e、f曲線可見:隨著磷礦MgCO3質量分數(shù)增大,過磷酸鈣產(chǎn)率由1.505 8 t/t增至1.760 6 t/t,產(chǎn)率隨MgCO3質量分數(shù)的變化率為0.010 4;磷礦消耗定額由0.664 1 t/t降低至0.568 0 t/t,其變化率為-0.003 9;硫酸消耗定額由0.250 5 t/t增加到0.3761 t/t,其變化率為0.005 1。這是由于磷礦中MgCO3質量分數(shù)增大時,需消耗的原料硫酸量增大,對應的產(chǎn)品量增幅較大,這導致了產(chǎn)率增大、磷礦消耗定額降低、硫酸消耗定額大幅增加。

    對比MgCO3與CaCO3質量分數(shù)增大對生產(chǎn)指標的影響,可見其影響規(guī)律和影響幅度大體一致。磷礦中碳酸鹽質量分數(shù)增大,將對產(chǎn)品有效P2O5、游離水質量分數(shù)和硫酸消耗定額產(chǎn)生不利影響,且MgCO3的影響幅度比CaCO3大。另外從理論上而言,MgCO3質量分數(shù)的增大會影響反應系統(tǒng)第一、第二階段H+的濃度,降低第二階段的反應程度,從而影響磷的轉化率,最終導致產(chǎn)品質量和品質降低[6]。因此,磷礦用于生產(chǎn)過磷酸鈣前,如能采取適當?shù)拇胧┙档吞妓徭V的質量分數(shù),不僅可提高產(chǎn)品質量,還能降低過程原料消耗。

    2.3 磷礦中R2O3的影響

    倍半氧化物(R2O3)通常指磷礦中三價鐵、鋁的氧化物。在過磷酸鈣生產(chǎn)的第一階段,其先與硫酸反應生成硫酸鹽,在第二階段硫酸鹽轉變成酸性磷酸鹽[R(H2PO4)3],最后轉變成難溶的中性磷酸鹽(RPO4)[6]。具體反應為[6-7]

    (Fe,Al)2O3+ 3H2SO4

    = ( Fe,Al)2(SO4)3+ 3H2O,

    (7)

    (Fe,Al)2(SO4)3+ 3Ca(H2PO4)2

    = 2(Fe,Al)(H2PO4)3+ 3CaSO4,

    (8)

    (Fe,Al)2O3+ (Fe,Al)(H2PO4)3

    = 3(Fe,Al)PO4+ 3H2O。

    (9)

    2.3.1 Fe2O3組分的影響

    為排除其他組分的影響,磷礦以Ca5F(PO4)3、Fe2O3和酸不溶物計。固定磷礦P2O5質量分數(shù)為23.43%、ω(CaO)/ω(P2O5)和ω(F)/ω( P2O5)均為理論比,設定ω(Fe2O3)/ω(P2O5)在0~0.15,相應的磷礦中Fe2O3質量分數(shù)為0%~3.51%,工藝計算仿真結果如圖4所示。

    圖4 磷礦Fe2O3質量分數(shù)對過磷酸鈣質量指標的影響

    由圖4中a、b、c曲線可見:當磷礦中Fe2O3質量分數(shù)由0%增至3.51%時,生產(chǎn)出的過磷酸鈣產(chǎn)品有效P2O5(不計磷酸鐵中的P2O5)質量分數(shù)由14.00%降至11.70%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)由3.62%降至3.55%,游離水質量分數(shù)由8.46%增至9.82%;相當于磷礦中Fe2O3質量分數(shù)每升高1%,產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)約降低0.655 3%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)降低0.019 9%,游離水質量分數(shù)增加0.387 5%。且當Fe2O3質量分數(shù)大于3.05%時,可直接導致產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)不合格。由于產(chǎn)品有效P2O5評價指標不包含磷酸鐵中的P2O5(即磷酸鐵中的P2O5被視為無效),因此Fe2O3質量分數(shù)每升高1%引起的產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)降低的幅度較大。

    由圖4中d、e、f曲線可見:隨著磷礦Fe2O3質量分數(shù)增大,過磷酸鈣產(chǎn)率由1.505 8 t/t增至1.534 8 t/t,產(chǎn)率隨Fe2O3質量分數(shù)變化率為0.008 3;生產(chǎn)每噸實物產(chǎn)品對應磷礦的消耗量由0.664 1 t降至0.651 6 t,其變化率為-0.003 6;硫酸消耗量由0.250 5 t增加到0.259 8 t,其變化率為0.002 7。這是由于磷礦中的Fe2O3質量分數(shù)增大時,對應的Fe2O3物質的量(即摩爾量)增加不大,需消耗的原料硫酸量相對較小,對應產(chǎn)品量增加幅度不大。因此,磷礦的消耗定額降低和硫酸的消耗定額增大的幅度也不大。

    對比碳酸鹽質量分數(shù)和Fe2O3質量分數(shù)增大的結果可知,F(xiàn)e2O3質量分數(shù)增大導致產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)降低和游離水質量分數(shù)增加幅度較大,其他指標的變化幅度相對較小。

    2.3.2 Al2O3的影響

    為排除其他組分的影響,磷礦以Ca5F(PO4)3、Al2O3和酸不溶物計。固定磷礦P2O5質量分數(shù)為23.43%、ω(CaO)/ω(P2O5)和ω(F)/ω( P2O5)均為理論比,設定ω(Al2O3)/ω(P2O5)在0~0.1,相應磷礦中Al2O3質量分數(shù)為0%~2.34%,工藝計算仿真結果如圖5所示。

    圖5 磷礦Al2O3質量分數(shù)對過磷酸鈣質量指標的影響

    由圖5中a、b、c曲線可見:當磷礦中Al2O3質量分數(shù)由0%增至2.34%時,生產(chǎn)出的過磷酸鈣產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)由14.00%降至11.60%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)由3.62%降至3.55%,游離水質量分數(shù)由8.46%增至9.88%;相當于磷礦中Al2O3質量分數(shù)每升高1%,產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)約降低1.025 6%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)降低0.029 9%,游離水質量分數(shù)增加0.606 8%。且當Al2O3質量分數(shù)大于1.95%時,可直接導致產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)不合格。

    由圖5中d、e、f曲線可見:隨著磷礦Al2O3質量分數(shù)增大,過磷酸鈣產(chǎn)率由1.505 8 t/t增至1.536 0 t/t,產(chǎn)率隨Al2O3質量分數(shù)變化率為0.012 9;生產(chǎn)每噸實物產(chǎn)品對應磷礦的消耗量由0.664 1 t降至0.651 0 t,其變化率為-0.005 6;硫酸消耗量由0.250 5 t增加到0.260 2 t,其變化率為0.004 1。

    總之,Al2O3影響規(guī)律與Fe2O3的一樣,但Al2O3的不利影響程度比Fe2O3的大。R2O3質量分數(shù)的增大導致產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)大幅降低,且其對產(chǎn)品質量的不利影響程度比碳酸鹽的大。

    2.4 磷礦中CaF2的影響

    磷礦中的F一般以CaF2形式存在,其中大部分CaF2與Ca3(PO4)2復合形成Ca5F(PO4)3。在生產(chǎn)過程中CaF2與硫酸反應生成HF,HF再與SiO2反應形成SiF4,部分生成H2SiF6。具體反應為[6-7]

    CaF2+ H2SO4= CaSO4+ 2HF,

    (10)

    4HF + SiO2= SiF4+ 2H2O,

    (11)

    SiF4+ 2HF = H2SiF6。

    (12)

    為排除其他組分的影響,磷礦以Ca5F(PO4)3、CaF2和酸不溶物計。固定磷礦P2O5質量分數(shù)為23.43%、ω(CaO)/ω(P2O5)為理論比,設定ω(F)/ω( P2O5)由氟磷酸鈣理論比0.089升至0.240,則磷礦中F質量分數(shù)由2.09%增至5.62%,對應CaF2質量分數(shù)由0%增至7.25%,工藝計算仿真結果如圖6所示。

    圖6 磷礦CaF2質量分數(shù)對過磷酸鈣質量指標的影響

    由圖6中a、b、c曲線可見:當磷礦中CaF2質量分數(shù)由0%增至7.25%時,生產(chǎn)出的過磷酸鈣產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)由14.00%降至13.11%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)由3.62%降至3.39%,游離水質量分數(shù)由8.46%增至10.70%;相當于磷礦中CaF2質量分數(shù)每升高1%,產(chǎn)品有效P2O5質量分數(shù)約降低0.122 8%,游離磷酸P2O5質量分數(shù)降低0.031 8%,游離水質量分數(shù)增加0.308 9%。

    由圖6中d、e、f曲線可見:隨著磷礦CaF2質量分數(shù)增大,過磷酸鈣產(chǎn)率由1.505 8 t/t增至1.608 9 t/t,產(chǎn)率隨CaF2質量分數(shù)變化率為0.014 2;每噸實物產(chǎn)品的磷礦消耗由0.664 1 t降至0.621 6 t,其變化率為-0.005 9;硫酸消耗由0.250 5 t增加到0.291 1 t,其變化率為0.005 6。

    由于CaF2質量分數(shù)增大會引起原料硫酸的消耗量增加幅度較大,相應產(chǎn)物總量的變化較大,因此對產(chǎn)率和消耗定額的影響較大。CaF2對產(chǎn)品質量指標的影響也較大,其對產(chǎn)品質量指標的影響幅度介于倍半氧化物和碳酸鹽之間。

    3 結論

    a.磷礦中Ca5F(PO4)3質量分數(shù)增大,過磷酸鈣產(chǎn)品的有效P2O5質量分數(shù)、游離磷酸P2O5質量分數(shù)、游離水質量分數(shù)、產(chǎn)率、硫酸消耗定額均隨之增大,磷礦消耗定額降低,因此Ca5F(PO4)3組分質量分數(shù)增大對過磷酸鈣生產(chǎn)有利。

    b.磷礦中(Ca,Mg)CO3組分質量分數(shù)增大,過磷酸鈣產(chǎn)品的有效P2O5、游離磷酸P2O5質量分數(shù)均相應降低,游離水質量分數(shù)增幅相對較大,產(chǎn)率、硫酸消耗定額也隨之增大,磷礦消耗定額降低。其中MgCO3比CaCO3對產(chǎn)品質量指標的不利影響程度更大。

    c.磷礦中倍半氧化物R2O3(即Fe2O3、Al2O3)質量分數(shù)增大,過磷酸鈣產(chǎn)品的有效P2O5、游離磷酸P2O5質量分數(shù)降幅較大,游離水質量分數(shù)增幅也較大,但產(chǎn)品產(chǎn)率、硫酸消耗定額增幅較小,磷礦消耗定額降幅也較小。其中Al2O3比Fe2O3對生產(chǎn)指標的不利影響幅度更大,且R2O3對產(chǎn)品質量指標的不利影響比碳酸鹽組分的大。

    d.磷礦中CaF2質量分數(shù)增大,過磷酸鈣產(chǎn)品的有效P2O5、游離磷酸P2O5質量分數(shù)降幅較大,游離水質量分數(shù)增幅也較大,其對產(chǎn)品質量指標的影響幅度介于倍半氧化物和碳酸鹽之間。

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