磷酸分解磷矿的动力学及影响因素研究

周海，杨三可，解田

(1.贵州大学 化学与化工学院，贵州 贵阳 550025;2.中低品位磷矿及其共伴生资源高效利用国家重点实验室,贵州 贵阳 550025)

近年来，磷酸生产的清洁工艺技术已经成为研究热点，利用磷酸分解磷矿，在工艺的源头减少重金属的污染[1-2]。磷矿与酸反应的影响因素主要有酸浓度、液固比等[3-7]。一些研究人员用有机酸分解磷矿[8]，发现这些反应受到化学反应控制，活化能在40～64 kJ/mol[9-10]。探究合成的磷灰石在盐酸溶液中的溶解动力学和机理，发现活化能为14 kJ/mol[11]，动力学溶解模型与由扩散控制的模型一致。严永华等研究了磷酸分解磷矿的动力学，并提出了动力学模型[12]，但是没有系统研究磷酸对磷矿动力学影响因素的研究。本文研究了磷酸对磷矿浸出的影响及溶解动力学行为，建立动力学半经验方程式，为工艺设计提供参考。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

磷矿(贵州某矿区浮选矿)在105 ℃，100～200目磷矿成分见表1，XRD结果见图1，磷矿石的主要成分为氟磷灰石[Ca5(PO4)2F]，含有少量的白云石[CaMg(CO3)2]以及石英(SiO2)；工业磷酸，浓度为61.5%(P2O5计)；柠檬酸、盐酸、硝酸、钼酸钠、丙酮均为分析纯。

表1 磷矿的XRF分析结果Table 1 XRF analysis results of phosphate rock

图1 原磷矿XRD图谱Fig.1 The XRD pattern of raw original sample

DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器;JJ-1B恒速电动搅拌器;101-2AB恒温鼓风干燥箱;Zetium X-射线荧光光谱仪;D8 advance X-射线衍射仪;H1850离心机;SHB-B95循环水式多用真空泵。

1.2 实验方法

浓度61.5%(P2O5计)磷酸用去离子水配成浓度23%，25%，28%，30%，33%(P2O5计)的溶液备用。按液固比10∶1,精确量取一定量所需浓度(P2O5计)的磷酸溶液于三口烧瓶中，加热到70 ℃ 后，在300 r/min的搅拌速度下,加入40 g的矿粉，反应至设定的时间后，立即冷却，然后抽滤，洗涤滤渣，于105 ℃恒温烘干。……