超声波对磷矿酸解强化作用的研究

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1、Y1212439伊l,t吠学硕士．学位论文作者鄞塾完成日期．一!QQZ年』月j翌日授予学位日期：年——月——日四川大学硕士学位论文超声波对磷矿酸解强化作用的研究化学工程专业研究生郭敏指导教师杨雪峰副教授液固反应是矿物化学处理最常见的加工方法之一。在磷矿酸解反应过程中，随着矿物的溶解，将出现反应产物的扩散和结晶。当结晶过程在固体反应物颗粒表面进行时，颗粒表面有可能会形成一层固态薄膜包裹颗粒表面，阻碍矿物的继续分解，减缓甚至终止矿物的溶解反应过程。声化学是化学、化工的一个新分支，超声作用能强化传质，提高反应过程速率。本文根据固一液体系中超声波空化引

2、起的表面效应、聚能效应、湍动效应和微扰效应，对超声波强化液一固传质的机理作了初步的探讨。硫酸分解磷酸是磷肥工业中最重要的液固分解反应，本研究从磷矿酸解液一固反应着手，通过对比的方法，探讨常规的液一固反应体系施加超声波后，超声的声强、时间、温度对磷矿酸解的影响。实验结果表明，在一定的条件下，超声波能促进磷矿酸解反应的进行，加快反应速率，并具有细化，均化结晶的作用，但是超声作用不会改变结晶性质、晶格结构和晶体组成。超声波不仅存在。热效应”也存在“非热效应”。实验结果表明，磷矿分解率随着超声功率、反应时间和水浴温度的增加而提高。当超声波功率增大，超声

3、密度就越大，溶质分子运动速度增加，强化空化产生的冲击流，对磷石膏的侵蚀力度也加强，因此提高磷矿分解率。在反应初期，CaS04晶体尚未形成，扩散过程主要依靠浓度差作为推动力，反应速度快，升高温度能促进扩散或反应过程的进行，无论有无超声作用对磷矿的酸解率差别并不大。固态膜形成后，在超声波作用下空化泡崩溃，在极短时间内和极小空间中产生几千K的高温，佯生强烈的冲击波和微射流，强化传质过程，因四川大学硕士学位论文此在超声波作用下磷矿的分解率比无超声作用时的分解率高。·在实验室条件下，通过正交实验，初步研究了最适宜工艺条件，硫酸浓度98％，超声波功率80W

4、，反应时间30min，反应温度60℃。反应速率常数与温度的关系符合阿累尼乌斯方程。利用固体粒度不变的缩芯模型回归实验数据，得到宏观动力学模型。超声波中磷矿酸解的传质过程为扩散控制阶段，动力学方程为：脚．879exp(-2．988x103瓜乃，活化能Ea为2．9881d／tool。关键词：超声波；空化作用；磷矿酸解；酸解动力学Ⅱ强川大学硬士学位论文Studies011EnhancementofPhosphoriteAcidDecompositionbyUltrasonicWaveMajorChemicalEngineeringStudentGuo

5、MinSupervisorassociateProf．YangXuefengSolid-liquidl"gacRiOI!isoneofthemostcommonmethodsforrockprocessing．Withphosphaterockdecomposinginthecourseofreaction,someresultantsofreactionwilldiffuseandseparatecrystalsOUt．ThecrystalsmaydeposRonthesurfaceofparticlesofsolidreactant，coa

6、ttheparticles，formalayerofsolidfilmandresistfill'therreaction,ffthecrystallizationkIppensonthesaltfac．世ofparticles，whichresultsinadecreasingreactionrateorevellstoppingreaction．、Sonochemistryisanewbranchinchemistryandchemicalengineering．Theeffectsofultrasoundcanbeusedtointens

7、ifytheprocessofmasstransfer,heattransferandchemicalroaetiollandraisingthechemicalprocess．Ae舢-amgtothecharacteristicsofultrasoniccavitationinsolid-liquidsystemresultingsurface,energy,turbulentandmiero面aturbingeffects，themechanismofultrasoundtointensifymasstransferprocessWasan

8、alyzed．Itisthemostimportantsolid-liquid代组ctionthatsulfuricaciddecomposespho