清洁型脲硫酸复肥研究

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1、郑州大学博士学位论文清洁型脲硫酸复肥研究姓名：侯翠红申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：蒋登高;张宝林20040506摘要摘要本文根据我国磷复肥生产工艺的特点，针对现行磷复肥生产过程中存在的问题，对脲硫酸分解磷矿制备磷复肥的工艺技术进行了系统的研究，具体研究内容如下：1．针对脲硫酸复肥制备的理化基础，对脲硫酸酸解反应体系的有关基础数据如脲硫酸的密度、粘度、反应热、比热容、熔点、相变热等进行了测定与关联，发现脲硫酸溶液的粘度(r1)与温度(T)之间存在如下关系：r／=r／o+AI+exp(一T／五)脲硫酸体系的粘度与酸解剂配比间呈非单调变

2、化关系；不同配比的脲硫酸溶液，当加入第1moi尿素于1mol硫酸中时，混合过程放热速率最大，当加入尿素达到一定量后，混合过程不再放热。2．针对湿法磨矿的特点，在考察系统液相平衡的基础上，利用尿素系小分子，分子间的静电结合力弱，在动态中有与水相似的性质，开发出了用于清洁型脲硫酸复肥生产的矿浆减水技术和清洁型脲硫酸分解磷矿制备磷复肥的新工艺技术，实验考察了脲硫酸复肥生产新工艺中影响磷矿分解率的各种因素，如酸解剂用量与配比、反应温度、搅拌强度、磷矿粉细度、活化剂加入等，并优化出了工艺技术条件。3牙U用两级吸收装簧采用氟离子选择性电极法，研究了脲硫酸

3、分解磷矿过程中影响氟逸出率的各种因素，结果表明酸解剂配比是最主要的影响因素；进而从氟硅酸溶液蒸气压、pH值、反应温度等方面分析尿素加入对氟逸出率的影响；通过X．ray衍射分析发现反应过程中尿素与氟硅酸溶液的反应产物为氟硅酸脲，确定了氟的赋存形式。同时指出降低氟逸出率的主要原因在于脲合质子中较强的O⋯H⋯O氢键的络合效应，抑制了氟硅酸的分解。在优化工艺条件下，氟逸出率可降至7％以下。4．利用X．ray衍射分析和化学分析方法对脲硫酸分解磷矿过程进行了系统研究，认为脲硫酸酸解磷矿的主反应过程包括两个阶段：第一阶段为脲硫酸分解磷矿生成尿素磷酸和四尿素

4、硫酸钙，第二阶段为磷酸分解磷矿生成尿素磷酸二氢钙，尿素和一部分磷酸二氢钙生成尿素磷酸和磷酸氢钙(这是产品中枸溶性磷的主要形式)。郑州大学博士学位论文整个反应过程中，氟的行为：HF{S1F～—+HYSiF64CO(NH2)2+H2SiF6_“(ⅣH2)2co]2日)2·SiF65．根据酸解磷矿过程的反应原理，对第一阶段脲硫酸分解磷矿反应动力学进行了研究，得到脲硫酸分解磷矿第一阶段反应动力学方程为：r=等dx=554．61exp(一篇蚓⋯9第一阶段反应为一级反应，与硫酸分解磷矿第一阶段反应速率相比，加入尿素使第一阶段反应速率减慢。在MSMPR结晶

5、器中对硫酸钙结晶动力学进行了研究，结果表明，脲硫酸代替硫酸的酸解体系，使CaS04起晶时间明显延长(延长50％以上)，晶体生长速率加快，悬浮液密度增加50％以上。活化剂的加入，使成核速率减小，成长速率增大，晶习发生改变，晶形变粗。6．以保康矿为基础，对脲硫酸分解磷矿的宏观反应动力学进行了研究，得到在磷矿粒度为O．1lOmm～O．174ram，反应温度为339K～359K和酸解剂配比为尿素：硫酸=2．O～3．6：1(m01)的条件下，脲硫酸分解磷矿过程的宏观动力学方程为：；mc而拦}M睾=134362exPc寻笋‰-29288R。⋯该方程能比较

6、满意地描述这一过程的动力学关系，为工艺条件的优化和反应器的设计提供了理论依据。关键词：脲硫酸，酸解剂，复合肥料，清洁工艺，氟逸出率，反应动力学结晶动力学ABSTRACTBasedonthecurrentstatusoffertilizerindustryinChina，anewcleaningprocessofcompoundfertilizerbydecomposingphosphaterockwithurea—sulfuricacid(USCinbrief)isproposedandasystematictheorystudyisperf

7、ormed．Theprincipalresultsareasfollow：1Basicdataofthesystem，suchasdensity,viscosity，enthalpyofsolutionofureaatdifferentmoleratioinsulfuricacid，specificheat，meltingpoint，phasetransformationheatofurea—sulfuricacidaredetermined．Itisfoundthattheviscosity(r／)ofurea—sulfuricacidso

8、lutionhasthecorrelationwithtemperature(T)：r／=r／o+At+exp(一T／五)Becauseofthecomplexat