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《武汉理工大学》 2011年
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磷石膏分解特性及其流态化分解制硫酸联产石灰的工艺研究

应国量  
【摘要】:磷化工的迅速发展,一方面对硫酸的需求量增大,而我国硫资源缺乏,大部分依赖进口硫磺制硫酸;另一方面,磷石膏排放量增加迅速而利用率低,大量磷石膏堆积造成严重的环境污染。为此,本文提出了磷石膏流态化分解制硫酸联产石灰的新工艺,并开展了磷石膏分解特性及其流态化分解工艺的研究。 采用)(RD、XRF、激光粒度分析、高温显微镜等方法研究了磷石膏的基本特性。磷石膏主要矿物成分为CaSO4.2H2O,纯度高达90%以上,干基CaO含量一般在30%左右,SO3含量35~45%,是一种优质的制硫酸联产石灰原料;颗粒粒径≤0.075mm的颗粒含量高达91.25%,因此可不用粉磨,烘干破碎后直接分解制酸;磷石膏中的杂质降低了CaSO4的熔点,1200℃左右开始产生液相,磷石膏熔点在1280℃左右,随杂质含量的变化而略有不同。 采用HSC热力学计算软件,研究了CaSO4在还原分解的过程中可能发生的反应,并计算了理论热耗。CO和焦炭均能降低CaSO4的起始分解温度和理论热耗,但是低温条件下易发生副反应生成CaS,应避免低温预热过程中形成CaS。 采用热分析法,研究了分析纯石膏和磷石膏在不同条件下的分解过程及相演变规律。磷石膏中所含杂质降低了CaSO4的起始分解温度,对分解有促进作用;在N2气氛下焦炭掺量对还原分解CaSO4的最终产物有重要影响,掺量为C/S=0.5时主要产物为CaO,当C/S=2时主要产物为CaS。磷石膏在低温易与焦炭反应生产CaS,CaS在高于1100℃、3%O2浓度的高温低氧条件下能被缓慢氧化为CaO并释放出SO2。 采用高温气氛炉模拟分散态研究了磷石膏在还原气氛的分解动力学。磷石膏在1000℃~1100℃,CO:3%~5%,CO2:25%~30%,PCO/PCO2=0.1~0.2,反应时间20min,分解率达到95%左右,脱硫率85%左右。设计了红外定硫仪法研究磷石膏的分解动力学,使用红外定硫仪可以快速、方便、连续、精确得测定磷石膏的脱硫率。磷石膏热分解的脱硫率方程为:α=Vmaxt/(kn+tn),式中k值为磷石膏脱硫率达到50%的时间,可利用k值判断磷石膏热分解的难易程度。在1000℃,3%CO,反应15min脱硫率可达75%,升高温度至1150~1200℃再通入适量氧气可将副产物CaS进一步快速氧化脱硫,达到90%以上的脱硫率。 最后,探讨了磷石膏的分解特性,在此基础上提出了磷石膏流态化分解制硫酸联产石灰的工艺要求,并对磷石膏分解制硫酸联产石灰工艺的可行性进行了分析。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ177.3

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