磷石膏分解特性的研究

磷化工业的迅速发展带来了磷石膏的综合利用和硫酸需求量增加两大问题。本文提出的磷石膏流态化分解制硫酸联产石灰工艺是符合我国国情的资源化利用磷石膏的有效途径。因此,开展磷石膏分解特性的研究具有重要的实用价值和理论意义。 第一,采用XRD、XRF、激光粒度分析、高温显微镜等方法研究了有代表性的贵州瓮福磷石膏的基本特性。结果表明,磷石膏主要矿物成分为CaSO4.2H2O,纯度高,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℃以后有可能产生液相,磷石膏熔点在1280℃左右,随杂质含量的变化而略有不同。 第二,采用HSC热力学计算软件,经过热力学计算,研究了磷石膏在还原分解的过程中可能发生的反应,并进行了理论热耗的计算。结果表明,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。 第三,采用热综合分析法,对比研究了化学分析纯石膏在空气和氮气中的分解特性、化学分析纯石膏掺不同剂量的焦炭在氮气气氛保护下的分解特性、磷石膏在空气和氮气中的分解特性、磷石膏掺焦炭分别在氮气气氛保护下和在空气中的分解特性。结果表明,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,CaS在1100℃以上约1200℃左右、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。 第四,采用分散态磷石膏的高温气氛炉模拟试验研究了分散态磷石膏的分解特性。结果表明,温度和气氛是影响磷石膏分解的最重要因素,弱还原气氛有利于磷石膏的分解,在高温气氛炉模拟试验条件下,适合磷石膏的分解条件是1000℃～1100℃,CO:3%～5%,CO2体积分数为25%～30%,反应时间20min,预计流态化条件下分解时间仅需15-30s,分解率达到95%左右,脱硫率85%左右。 最后,综合分析磷石膏分解特性的研究结果,就磷石膏分解制硫酸联产石灰的工艺提出了建议。