Nghiên ứu sản xuất supe phốtphát giàu từ quặng apatít

Hình1.16 Tốc độ phân hủy apatít trong dung dịch H3PO4 bão hòa bởi các muối canxi phốtphá ở các nhiệt độ khác nhau.t Hình 1.17 Sự phụ thuộc của hoạt độ iôn hyđrơ và độ nhớt của các dung d

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hµ néi - Trần Đại Nghĩa Nghiên cứu sản xuất supe phốtphát giàu từ quặng apatít Chuyên ngành: Công nghệ chất vô Luận văn thạc sỹ công nghệ hoá học Ngời hớng dẫn khoa học TS trần thị hiền Hµ néi 11/2007 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17062857685301000000 3c9cdce i Môc lôc Trang Trang phô bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chơng - Tổng quan 1.1 Nguyên liệu sản xuÊt supe phètph¸t 1.1.1.AxÝt sunfurÝc 1.1.2 AxÝt phètphorÝc 1.1.3 Quặng phốtphát 1.2 Công nghệ điều chế supe phốtphát 10 1.2.1 Công nghệ sản xuất supe phốtphát đơn 10 1.2.2 Quá trình phân hủy quặng axít H3 PO 25 1.2.3 Supe phốtphát giàu 32 1.2.4 Tốc độ phản ứng hoá học yếu tố ảnh hởng đến trình phân huỷ quặng axít 37 Chơng 2- Phần thực nghiệm 39 2.1 Nguyên liệu thành phần nguyên liệu 39 2.2 Hoá chất phơng pháp phân tích nguyên liệu sản phẩm 39 2.3 Phơng pháp nghiên cứu tiến hành thí nghiệm 2.4 Nghiên cứu điều chế supe phốtphát giàu 40 41 2.5 Các thiết bị phân tích phơng pháp nghiên cứu 41 Chơng 3- Kết th¶o ln 43 ii 3.1 ¶nh hëng tû lƯ thay H2SO H PO đến hàm lợng P 2O hữu hiệu supe phốtphát tơi 43 3.2 ảnh hởng nồng độ ban đầu hai axít H 3PO H 2SO đến tû lÖ thay thÕ H2 SO b»ng H 3PO đến trình sản xuất supe phốtphát giàu 44 3.2.1 Nghiên cứu sản xuất supe phốtphát giàu từ axít H 3PO trÝch ly 44.15% H 3PO (32%P2 O ) nồng độ axít H2 SO thay đổi (tối đa 95%) 44 3.2.2 Nghiên cứu sản xuất supe phốtphát giàu từ axít H3 PO trích ly nồng độ cao axít H 2SO nồng ®é 95% 46 3.3 ¶nh hëng cđa tû lƯ thay H 3PO 4/H 2SO đến cấu trúc tính chất supe phốtphát 48 3.4 ảnh hởng tiêu chuẩn axít đến hiệu suất phân huỷ 59 3.5 ¶nh hëng cđa nång ®é axÝt H 3PO ®Õn hiệu suất phân huỷ 60 3.6 ảnh hởng thời gian ủ chín supe phốtphát giai đoạn phản ứng 61 3.7.ảnh hởng nhiệt độ đến trình chế tạo supe phốtphát giàu 62 3.7.1.ảnh hởng nhiệt độ môi trờng phản ứng đến mức phân huỷ apatít 62 3.7.2 Khảo sát ảnh hởng nhiệt độ tới trình ủ supe phốtphát giàu sau điều chế 64 3.8 Điều chế supe phốtphát giàu từ quặng tuyển quặng nguyên khai 69 Kết luận 71 Tài liệu tham khảo 73 Phụ lục Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực Danh mục Bảng biểu Tên Nội dung Bảng 1.1 Thành phần hoá học số loại apatít Lao cai Bảng 2.1 Thành phần mẫu quặng apatít nghiên cứu luận văn Bảng 3.1 ¶nh hëng cđa tû lƯ thay thÕ H 3PO đến hàm lợng P O hữu hiệu B¶ng 3.2 ¶nh hëng cđa tû lƯ thay thÕ H PO ®Õn ®é Èm, P 2O tù B¶ng 3.3 ¶nh hëng cđa tû lƯ thay thÕ H 3PO 4/H SO đến thành phần supe phốtphát tơi Bảng 3.4 ảnh hởng tỷ lệ thay H 3PO 4/H SO đến thành phần supe phốtphát tơi Bảng 3.5 ảnh hởng thời gian ủ đến độ ẩm hàm lợng P O tù B¶ng 3.6 ¶nh hëng cđa thêi gian ủ đến độ ẩm hàm lợng P O tự Bảng 3.7 Thành phần hoá học quặng apatít nguyên khai quặng apatít tuyển Bảng 3.8 Kết điều chế supe phốtphát giàu với loại quặng tỷ lệ thay 33% Bảng 3.9 Kết điều chế supe phốtphát giàu với loại quặng ë tû lƯ thay thÕ 40% B¶ng 3.10 KÕt qu¶ điều chế supe phốtphát giàu với hỗn hợp quặng tỷ lệ 40% Danh mục hình vẽ Tên Nội dung Hình 1.1 Công thức cấu tạo, mô hình cấu tạo, công thức cấu trúc hoá trị, phối trí axít sunfuríc Hình 1.2 Công thức cấu tạo, mô hình cấu tạo axít orthô phốtphoríc Hình 1.3 Những khu vực tồn dạng hyđrát CaSO chế tạo axít H3 PO trích ly Hình 1.4 Sơ đồ chuyển dạng hyđrat CaSO dung dịch H PO nhiệt độ khác Hình 1.5 Cấu trúc ô sở floapatít Hình 1.6 Dạng chung kiến trúc tinh thể fluorapatít chiếu lên mặt (001) Hình 1.7 Tinh thể apatít Hình 1.8 Mô hình cấu trúc supe phốtphát Hình 1.9 Đờng hoà tan đẳng nhiệt hệ CaO-P2 O 5-H 2O Hình 1.10 Biểu đồ khái quát phụ thuộc mức phân huỷ quặng phốtphát fp nồng độ ban đầu C H2SO4 axít sunfuríc (đẳng thời) Hình 1.11 Mức trung hoà iôn hiđrô thứ H3 PO4 dung dịch bÃo hoà hệ CaO-P O5 -H2O vµ MgO-P 2O 5-H2 O ë 250C vµ 800C Hình 1.12 Giản đồ tan đẳng nhiệt hệ CaO-P2 O 5-H 2O 800C Hình 1.13 Đờng hoà tan đẳng nhiệt hệ CaO-P2 O 5-H 2O Hình 1.14 §é hoµ tan hƯ CaO-P 2O -H O 40oC 100oC Hình 1.15 So sánh đờng đẳng thời độ hoà tan apatít dung dịch axít phốtphoríc mức trung hoà Z khác Hình1.16 Tốc độ phân hủy apatít dung dịch H PO bÃo hòa muối canxi phốtphát nhiệt độ khác Hình 1.17 Sự phụ thuộc hoạt độ iôn hyđrô độ nhớt dung dịch bÃo hoà hệ CaO-P 2O5-H 2O vào nồng ®é axÝt phètphorÝc ë 400C H×nh 1.18 BiĨu ®å thành phần hỗn hợp axít H2 SO axít H3 PO4 Hình ảnh hởng tỷ lệ thay H3 PO đến hàm lợng P 2O hữu hiệu Hình 3.2 Sự phụ thuộc mức phân huỷ apatít vào tỷ lệ thay H PO /H2SO H×nh 3.3 Sù phơ thc møc phân huỷ vào tỷ lệ thay H3 PO4 /H2 SO Hình 3.4 Phổ phân tích nhiễu xạ tia X supe phốtphát đơn Hình 3.5 Phổ phân tích nhiễu xạ tia X supe phốtphát giàu tỷ lệ thay 18% Hình 3.6 Phổ phân tích nhiễu xạ tia X supe phốtphát giàu tỷ lệ thay 33% Hình 3.7 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) supe phốtphát đơn Hình 3.8 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) supe phốtphát giàu 33% Hình 3.9 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) supe phốtphát giàu 40% Hình 3.10 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) supe phốtphát giàu 50% Hình 3.11 Phổ hồng ngoại (FTIR) supe phốtphát đơn Hình 3.12 Phổ hồng ngoại (FTIR) supe phốtphát giàu tỷ lệ thay 25% Hình 3.13 Phổ hồng ngoại (FTIR) supe phốtphát giàu tỷ lệ thay 35% Hình 3.14 Sự phụ thuộc mức phân huỷ apatít vào tiêu chuẩn axít Hình 3.15 Sự phụ thuộc mức phân huỷ vào nồng độ axít Hình 3.16 Sự phụ thuộc mức phân huỷ vào thời gian ủ chín Hình 3.17 Sự phụ thuộc mức phân huỷ vào nhiệt độ môi trờng phản ứng Hình 3.18 Sự phụ thuộc độ ẩm hàm lợng P 2O tự vào thời gian ủ supe phốtphát giàu Hình 3.19 Sự phụ thuộc độ ẩm hàm lợng P 2O tự vào thời gian ủ supe phốtphát giàu Hình 3.20 Sự phụ thuộc độ ẩm hàm lợng P 2O tự vào thời gian ủ supe phốtphát giàu Hình 3.21 Sự phụ thuộc độ ẩm hàm lợng P 2O tự vào thời gian ủ supe phốtphát giàu -1- Mở đầu Những năm gần với phát triển sản xuất nông nghiệp ngành phân bón nớc ta đà có bớc tiến đáng kể, công nghiệp phân bón đóng vai trò quan trọng cho chiến lợc phát triển nông nghiệp an ninh lơng thực quốc gia [14] Phân bón có chứa nguyên tố cần thiết cho trình sinh trởng thực vật Trong thành phần thực vËt cã nhiỊu nguyªn tè: O, H, C, N, P, Mg, S, K, Na, Fe, Mn, B, Zn, Cu, Mo, W Thực vật lấy nguyên tố từ không khí (C, O) từ đất (nớc, chất khoáng) [2] Có loại phân bón hoá học mà trồng cần lợng lớn phân đạm, phân lân phân kali có chứa nguyên tố N, P, K chất dinh dỡng đa lợng [9] Có nhiều loại phân lân khác nhau, đợc phân biệt công nghệ sản xuất chất lợng sản phẩm, theo phơng pháp ớt từ axít gồm loại sau: supe phốtphát đơn sản phẩm trình phân huỷ quặng phốtphát axít sunfuríc, supe phốtphát đơn thờng chứa từ 16ữ18% P 2O hữu hiệu; supe phốtphát kép sản phẩm trình phân huỷ quặng phốtphát axít phốtphoríc, supe phốtphát kép chứa lợng P O hữu hiệu lớn gấp 2ữ3 lần supe phốtphát đơn; supe phốtphát giàu sản phẩm trình phân huỷ quặng phốtphát axÝt sunfurÝc cã thay thÕ mét phÇn b»ng axÝt phètphorÝc, chứa lợng P O hữu hiệu từ 20ữ34% tuỳ thuộc vào lợng axít thay [2] Việt Nam sản xuất supe phốtphát đơn có 16ữ18% P O hữu hiệu muốn sản xuất phân hỗn hợp NPK có hàm lợng dinh dỡng cao cần phải nhập lợng tơng đối lớn phân bón nh DAP, TSP, MAP Do vậy, nghiên cứu để nâng cao chất lợng phân bón Việt Nam việc cần thiết [9] Để góp phần giải vấn đề đà Nghiên cứu sản xuất supe phốtphát giàu từ quặng apatít sử dụng hỗn hợp axít H SO H3 PO để phân huỷ quặng apatít, nguồn nguyên liệu nghiên cứu sử dơng níc -2- Ch¬ng - Tỉng quan trình sản xuất supe phốt phát từ quặng phốtphát hỗn hợp hai axít H 2SO H3 PO4 1.1 - Nguyên liệu sản xuất supe phốtphát Nguyên liệu để sản xuất supe phốtphát giàu axít sunfuríc, axít phốtphoríc quặng phốtphát 1.1.1 Axít sunfuríc Trên giới, axít sunfuríc đợc sử dụng công nghiệp cho nhiều mục đích khác nhau, nhng chủ yếu cung cấp cho sản xuất phân bón chứa lân nh SSP, TSP, DAP, MAP(chiếm khoảng 60% sản lợng [24] 1.1.1.1 Tính chất hoá lý axít sunfuríc axít sunfuríc hợp chất anhydrit sunfuríc với nớc công thức hoá học SO H2 O H2 SO 4, kỹ thuật hỗn hợp theo tỷ lệ SO H O gäi lµ axÝt sunfurÝc NÕu tû lƯ SO3/H O gọi dung dịch axít sunfuríc, tỷ lệ SO 3/H O > gọi dung dịch SO3 axít sunfuríc hay ôlêum axít bốc khói Thành phần dung dịch axít sunfuríc đợc đặc trng phần trăm khối lợng H 2SO SO [6] H - O O H-O S2+ S H - O O O H-O O Hình 1.1 Công thức cấu tạo, mô hình cấu tạo [25], công thức cấu trúc hoá trị, phối trí [33] axít sunfuríc Axít sunfuríc chất lỏng không màu, nhớt, hút ẩm Axít sunfuríc axít vô hoạt động mạnh Nó tác dụng hầu hết với kim loại ôxít kim -3- loại Tham gia phản ứng trao đổi, trung hoà kiềm Dung dịch đặc thụ động hoá số kim loại Chất ôxi hoá mạnh dung dịch đặc, yếu dung dịch loÃng Axít sunfuríc trộn lẫn vô hạn với nớc tạo dung dịch loÃng axít mạnh, ăn mòn mạnh Axít sunfuríc có tính háo nớc dễ làm hoá than hợp chất hữu có chứa bon Tính chất: M = 98,08 gmol-1 ; d =1,834 (20)gcm -3; t nc=10,4 oC [10] H»ng sè ph©n li pK a1 = -3; pKa2=1.99 [25] áp suất thờng (760 mm Hg) đến 296,2oC axít H 2SO bắt đầu sôi bị phân huỷ tạo thành hỗn hợp đẳng phí chứa 98,3% H 2SO 1,7% H 2O Hỗn hợp đẳng phí sôi 336,5oC Khi tăng nồng độ axít H SO 4: khối lợng riêng dung dịch tăng đạt cực đại 98,3% sau giảm, nhiệt dung dung dịch giảm, nhiệt độ sôi dung dịch tăng đạt cực đại 336,5o C nồng độ 98,3% sau giảm [6,32] 1.1.1.2 ứng dụng axít sunfuríc Axít sunfuríc đợc ứng dụng rộng rÃi nhiều ngành công nghiệp nh hoá chất thực phẩm, sản xuất phân bón, sản xuất số axít khác, tinh chế sản phẩm dầu mỏ, tẩy rửa kim loại, luyện kim, sản xuất chất màu vô cơ, sản xuất sơn, sản xuất hợp chất hữu cơ, sản xuất chất nổ, chất tạo khói, sản xuất muối sunfát, công nghiệp điện hoá, sấy khí, cô đặc HNO [8] 1.1.2 AxÝt phètphorÝc 1.1.2.1 TÝnh chÊt hoá lý axít phốtphoríc Axít phốtphoríc bị phân ly dung dịch nớc Hằng số phân ly ë 25 0C: H 3PO + H 2O = H O+ + H PO 4- K1 = 8x10-3 (1.1) H 2PO 4- + H 2O = H3 O+ + HPO 2- (1.2) HPO 42-+H O = H O++ PO4 3- K = 6x10-8 K3 = 1x10-12 [22] (1.3) AxÝt H PO đợc gọi axít ortho có trạng thái hyđrôxyl hoá cao Khi hyđrát hoá anhydrít phốtphoríc tạo thành liên tiếp loạt axít phốtphoríc nh sau: H P O12 , H 6P 4O 13 , hỗn hợp axít H3 PO H5 P 3O 10 , tiếp tục hyđrát hoá axít H P 3O 10 sÏ t¸ch H 3PO vµ nã chun thµnh