Nghiên cứu sản xuất supe phốt phát giàu từ quặng apatit và axit sunfuric

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI Trn Th Thanh Tho Nghiờn cu sn xut supe giu t apatớt v axớt sunfuric LUN VN THC S KHOA HC NGI HNG DN KHOA HC : GS.TSKH La Vn Bỡnh H NI 2010 Mục lục danh mục bảng biểu .Error! Bookmark not defined danh mục hình vẽ Error! Bookmark not defined mở đầu Error! Bookmark not defined Chơng - Tổng quan Error! Bookmark not defined 1.1 Axít sunfuríc .Error! Bookmark not defined 1.1.1 Tính chất hoá lý axít sunfurícError! Bookmark not defined 1.1.2.ứng dụng axít sunfuríc Error! Bookmark not defined 1.2 Axít phốtphoríc Error! Bookmark not defined 1.2.1 tính chất hoá lý .Error! Bookmark not defined 1.2.2.phơng pháp sản xuất .Error! Bookmark not defined 1.2.3 ứng dụng axít phốtphoríc Error! Bookmark not defined 1.3 Quặng phốt phát Error! Bookmark not defined 1.3.1 Thành phần cấu tạo phân loại quặng phốtphátError! Bookmark not defined 1.3.2 Những tính chất quặng phốtphát có ảnh hởng đến công nghệ sản xuất supephotphat Error! Bookmark not defined 1.4 Công nghệ điều chế supephốtphát .Error! Bookmark not defined 1.4.1 Công nghệ sản xuất supe phốt phát đơn Error! Bookmark not defined 1.4.1.1 Tính chất supe phốtphát đơn Error! Bookmark not defined 1.4.1.2 Phân huỷ quặng apatít axít sunfuríc (H2SO4).Error! Bookmark not defined 1.4.1.3 Một số đặc điểm trình phân huỷ quặng apatít axít H2SO4 Error! Bookmark not defined 1.4.1.4 Công nghệ sản xuất supe phốtphát đơn từ quặng apatít axít sunfuríc Error! Bookmark not defined 1.4.2.Quá trình phân hủy quặng apatít axít H3PO4 Error! Bookmark not defined 1.4.2.1 Cơ chế phản ứng phân huỷ quặng apatít axít H3PO4Error! Bookmark not defined 1.4.3 Supe phốtphát giàu Error! Bookmark not defined 1.4.3.1 Supe phốtphát giàu phơng pháp điều chế.Error! Bookmark not defined 1.4.4 Tốc độ phản ứng hoá học yếu tố ảnh hởng đến trình phân huỷ quặng axít Error! Bookmark not defined Chơng 2- phần thực nghiệm .Error! Bookmark not defined 2.1 Nguyên liệu Error! Bookmark not defined 2.2 Hoá chất .Error! Bookmark not defined 2.3 Các thiết bị phục vụ nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.4 Phơng pháp nghiên cứu tiến hành thí nghiệm.Error! Bookmark not defined 2.4 Nghiên cứu điều chế supe phốtphát giàu Error! Bookmark not defined 2.5 Các phơng pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined Chơng 3- kết thảo luận Error! Bookmark not defined 3.1 ảnh hởng tỷ lệ thay H2SO4 H3PO4 đến hàm lợng P2O5 hữu hiệu supe phốtphát giàu Error! Bookmark not defined 3.2 ảnh hởng nồng độ ban đầu hai axít H3PO4 H2SO4 đến trình điều chế supe phốtphát giàu .Error! Bookmark not defined 3.2.1 Nghiên cứu sản xuất supe phốtphát giàu từ axít H3PO4 trích ly axít H2SO4 nồng độ 95% .Error! Bookmark not defined 3.2.2 Nghiên cứu sản xuất supe phốtphát giàu từ axít H3PO4 trích ly 45% H3PO4 nồng độ axít H2SO4 thay đổi (tối đa 95%).Error! Bookmark not defined 3.3 ảnh hởng tỷ lệ thay H3PO4bằng H2SO4 đến cấu trúc tính chất supe phốtphát Error! Bookmark not defined 3.4 ảnh hởng tiêu chuẩn axít đến hiệu suất phân huỷ.Error! Bookmark not defined 3.5 ảnh hởng nồng độ axít H3PO4 đến hiệu suất phân huỷ.Error! Bookmark not defined 3.6 ảnh hởng thời gian ủ chín supe giai đoạn phản ứngError! Bookmark not defined 3.7.ảnh hởng nhiệt độ đến trình chế tạo supephốtphát giàu.Error! Bookmark not defin 3.8 Điều chế supe phốtphát giàu từ quặng tuyển quặng nguyên khaiError! Bookmark not def Kết luận .Error! Bookmark not defined Phụ lục Error! Bookmark not defined Phụ lục 1: Phơng pháp tính toán hiệu suất phân huỷError! Bookmark not defined Phụ lục 2: Phơng pháp tính nồng độ chung hỗn hợp hai axit phân huỷError! Bookmark not defi Phụ lục3: Một số hình ảnh quặng apatit Error! Bookmark not defined Tài liệu tham khảo Error! Bookmark not defined danh mục bảng biểu Tên Nội dung Bảng Thành phần hoá học số loại apatít Lào Cai Bảng Thành phần mẫu quặng apatít nghiên cứu luận văn Bảng ảnh hởng chủ tỷ lệ thay H3PO4 đến hàm lợng P2O5 hữu hiệu Bảng ảnh hởng tỷ lệ thay H3PO4đến độ ẩm P2O5 tự Bảng ảnh hởng tỷ lệ thay H3PO4 H2SO4 đến thành phần supe Bảng ảnh hởng tỷ lệ thay H3PO4/H2SO4 đến thành phần supe tơi Bảng ảnh hởng tiêu chuẩn axit tới hiệu suất phân huỷ Bảng ảnh hởng nồng độ H3PO4 tới hiệu suất phân huỷ Bảng ảnh hởng thời gian ủ đến hiệu suất phân huỷ Bảng 10 ảnh hởng nhiệt độ tới hiệu suất phân huỷ Bảng 11 Thành phần hoá học quặng nguyên khai quặng tuyển Bảng 12 Kết điều chế supe giàu với loại quặng tỷ lệ thay 30% Bảng 13 Kết điều chế supe giàu với loại quặng tỷ lệ thay 40% Bảng 14 Kết điều chế supe giàu với hỗn hợp quặng tỷ lệ 40% Bảng 15 Nồng độ axít sau thay axít H2SO4 axít H3PO4 với tỷ lệ khác -1- danh mục hình vẽ Tên Nội dung Hình1 Công thức cấu tạo, mô hình cấu tạo , công thức cấu trúc hoá trị, phối trí axít sunfuríc Hình2 Công thức cấu tạo, mô hình cấu tạo , công thức cấu trúc hoá trị, phối trí hình ảnhcủa axít phôtphoric Hình3 Những khu vực tồn dạng hyđrát CaSO4 chế tạo axít H3PO4 trích ly Hình4 Sơ đồ chuyển dạng hyđrát CaSO4 dung dịch H3PO4 nhiệt độ khác Hình5 Cấu trúc ô sở floapatit hai cách chiếu mặt {0001} Hình6 Dạng chung kiến trúc tinh thể fluorapatit chiếu lên mặt (001) Hình7 Tinh thể apatít Hình8 Mô hình cấu trúc supe phốtphát Hình9 Đờng hoà tan đẳng nhiệt hệ CaO-P2O5-H2O Hình10 Biểu đồ khái quát phụ thuộc mức phân huỷ quặng phốtphát fp nồng độ ban đầu C H2SO4 axít sunfuríc (đẳng thời) Hình11 Mức trung hoà iôn hiđrô thứ H3PO4 dung dịch bão hoà hệ CaO-P2O5-H2O MgO-P2O5-H2O 250C 800C Hình12 Giản đồ tan đẳng nhiệt hệ CaO-P2O5-H2O 800C Hình13 Đờng hoà tan đẳng nhiệt hệ CaO-P2O5-H2O Hình14 Độ hoà tan hệ CaO-P2O5-H2O 40oC 100oC Hình15 So sánh đờng đẳng thời độ hoà tan apatít dung dịch axít phốtphoríc mức trung hoà Z khác với đờng đẳng nhiệt hệ CaO-P2O5-H2O 400C(đờng ABC) Hình16 Tốc độ phân hủy apatít dung dịch H3PO4 bão hòa muối phốtphát canxi nhiệt độ khác Hình17 Sự phụ thuộc hoạt độ iôn hyđrô ( đờng cong 1) độ nhớt ( đờng cong 2) dung dịch bão hoà hệ CaO-P2O5-H2O vào nồng độ axít phốtphoríc -2- 400C Hình18 Biểu đồ thành phần hỗn hợp axít H2SO4 axít H3PO4 Hình19 ảnh hởng tỷ lệ thay H3PO4 đến hàm lợng P2O5 hữu hiệu Hình20 Sự phụ thuộc mức phân huỷ vào tỷ lệ thay H3PO4 H2SO4 Hình21 Sự phụ thuộc mức phân huỷ apatít vào tỷ lệ thay H3PO4 H2SO4 Hình22 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) supe phốtphát đơn Hình23 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) supe phốtphát giàu 30% Hình24 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) supe phốtphát giàu 40% Hình25 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) supe phốtphát giàu 50% Hình26 Sự phụ thuộc mức phân huỷ apatít vào tiêu chuẩn axít Hình27 Sự phụ thuộc mức phân huỷ vào nồng độ axít Hình28 Sự phụ thuộc mức phân huỷ vào thời gian ủ chín Hình29 Sự phụ thuộc mức phân huỷ vào nhiệt độ môi trờng phản ứng -3- lời cảm ơn Em xin cảm ơn thầy cô giáo môn Công nghệ chất vô Khoa Công nghệ hoá học Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TSKH La Văn Bình tận tình bảo hớng dẫn em suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Em xin chân trọng cảm ơn! -1- lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn nghiên cứu riêng Các số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không chép tài liệu trớc Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm luận văn Hà Nội ngày 28 tháng 10 năm 2010 Trần Thị Thanh Thảo -2- mở đầu Hiện nghành phân bón nớc ta phát triển Theo dự thảo quy hoạch phát triển hệ thống sản xuất, hệ thống phân phối mặt hàng đến năm 2025 Phân bón nớc ta đợc đầu t với số vốn lớn Trong tơng lai nhiều nhà máy phân bón chuẩn bị xây dựng để đáp ứng cho chiến lợc phát triển nông nghiệp an ninh lơng thực quốc gia Phân bón gồm có phân đạm, phân lân phân kali phân lân có vai trò quan trọng đời sống trồng, lân có thành phần hạt nhân tế bào, cần cho việc hình thành phận lân tham gia vào thành phần enzim,các protein, tham gia vào trình tổng hợp axít amin Lân kích thích phát triển rễ làm cho rễ ăn sâu vào đất lan rộng xung quanh tạo thêm điều kiện cho chống chịu đợc hạn đổ ngã Lân kích thích trình đẻ nhánh, nảy chồi thúc đẩy hoa kết qủa sớm nhiều Lân làm tăng đặc tính chống bệnh, chống rét, chống hạn, chống số loại sâu bệnh Có nhiều loại phân lân nh phốt phát nội địa, supe lân, tecmô phốt phát, phân lân kết tủa Trong thông dụng đợc bà nông dân hay dùng supe lân gồm loại sau: supe phốtphát đơn chứa từ 16ữ18% P2O5 hữu hiệu; supe phốtphát kép chứa lợng P2O5 hữu hiệu lớn gấp 2ữ3 lần supe phốtphát đơn; supe phốtphát giàu chứa lợng P2O5 hữu hiệu từ 20ữ34% tuỳ thuộc vào lợng axít thay nớc ta có nhà máy sản xuất supe lân đơn, để tăng hàm lơng P2O5 hữu hiệu supe Tôi nghiên cứu sản xuất supe lân giàu : sản phẩm trình phân huỷ quặng phốtphát axít sunfuríc có thay phần axít phốtphoríc -4- Chơng - Tổng quan trình sản xuất supe phốt phát giàu từ quặng phốtphát hỗn hợp hai axít H2SO4 H3PO4 1.1 Axít sunfuríc Axít sunfuric axit vô mạnh, hoà tan nớc theo tỷ lệ nào, tên gọi cổ dầu sulfat, đợc đặt tên nhà giả kim kỷ thứ Jabir ibn Hayyan sau ông phát chất 1.1.1 Tính chất hoá lý axít sunfuríc axít sunfuríc hợp chất anhydrit sunfuríc với nớc công thức hoá học SO3.H2O H2SO4, kỹ thuật hỗn hợp theo tỷ lệ SO3 H2O gọi axít sunfuríc Nếu tỷ lệ SO3/H2O gọi dung dịch axít sunfuríc, tỷ lệ SO3/H2O > gọi dung dịch SO3 axít sunfuríc hay ôlêum axít bốc khói Thành phần dung dịch axít sunfuríc đợc đặc trng phần trăm khối lợng H2SO4 SO3 Hình 1: Công thức cấu tạo, mô hình cấu tạo , công thức cấu trúc hoá trị, phối trí 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 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; tnc=10,4oC Hằng số phân li pKa1 = -3; pKa2=1.99 áp suất thờng (760 mm Hg) đến 296,2oC axít H2SO4 bắt -5- Hiệu suất phân huỷ 92 90 88 86 84 82 80 78 20 40 60 80 nồng độ axit Hình27: Sự phụ thuộc mức phân huỷ vào nồng độ axítH3PO4 Từ hình ta thấy rằng, nồng độ ban đầu axít H3PO4 khoảng khảo sát có ảnh hởng đáng kể đến mức phân giải apatít Khi tăng nồng độ axít từ 52ữ68% mức phân giải quặng thay đổi Mức phân giải đạt đến giá trị cực đại 90.8% nồng độ axít H3PO4 62% Kết phù hợp với phơng trình đẳng nhiệt hoà tan khoáng vật axít Trepelevetski Tuy nhiên, tiếp tục tăng nồng độ axít từ 62ữ68% mức phân giải apatít lại bị giảm từ 90,8% đến 83% Điều ảnh hởng giảm độ nhớt dung dịch chiếm u khoảng nồng độ ấy, nghĩa hạn chế khuếch tán iôn hiđrô đến bề mặt hạt phốtphát iôn canxi từ lớp giới hạn pha vào thể tích dung dịch, số iôn H+ đơn vị thể tích dung dịch tăng Nồng độ axít tối u thay đổi theo tiêu chuẩn axít, tiêu chuẩn axít thay đổi nồng độ axít thích hợp thay đổi, nồng độ axít thấp hay cao nồng độ axít thích hợp supe phốtphát tơi có tính vật lý xấu, tăng nồng độ axít lên cao supe phốtphát tơi trở nên đặc, chặt mức phân huỷ giảm xuống 3.6 ảnh hởng thời gian ủ chín supe giai đoạn phản ứng Để xác định thời gian ủ chín thích hợp chọn khoảng thời gian nghiên cứu từ 50 đến 120 phút; nhiệt độ tủ sấy 1050C; nồng độ axít H3PO4 62%; tiêu chuẩn axít 112%; kết thực nghiệm đợc trình bày hình 28 bảng dới -55- Bảng9: ảnh hởng thời gian ủ đến hiệu suất phân huỷ Thời gian ủ (phút) 50 70 90 100 120 P2O5tự (%) 13.85 13.15 12.65 11.86 11.56 92 93.2 95.1 96.4 97 Hiệu suất phân huỷ Hiệu suất phân huỷ(%) 98 97 96 95 94 93 92 91 50 100 150 Thời gian ủ Hình28: Sự phụ thuộc mức phân huỷ vào thời gian ủ chín Từ kết bảng hình 28 thấy rằng, mức phân giải apatít tăng theo thời gian tơng tác chất phản ứng, nhng tốc độ trình giảm dần chậm khoảng cuối thời gian khảo sát Trong thời gian 50 phút đầu mức phân giải đạt 82%, nhng 50 phút nâng đợc đến 86,4% mà Điều giải thích thừa số (A-x) phơng trình (27) nh nồng độ iôn H+ môi trờng phản ứng phơng trình (28) khoảng thời gian nhỏ, độ nhớt môi trờng phản ứng lớn, thêm vào hạt phốtphát lại hạt lớn nhóm hạt đợc xác định qua sàng 0,18mm Những yếu tố dẫn đến tốc độ phân giải chậm sau khoảng thời gian 60 phút trở Tuy nhiên việc tăng mức phân giải lên 1ữ2% phản ứng phân huỷ quặng apatít axít điều cần quan tâm Để cân đối mặt chọn thời gian thích hợp trình phân giải nằm khoảng 90 phút -56- 3.7.ảnh hởng nhiệt độ đến trình chế tạo supephốtphát giàu Để khảo sát phụ thuộc mức phân huỷ quặng vào nhiệt độ môi trờng phản ứng thay đổi nhiệt độ khảo sát từ 850C đến 115oC; thời gian ủ 90 phút; nồng độ axít H3PO4 62%; tiêu chuẩn axít N=1,12N0 Kết thực nghiệm đợc trình bày hình 29 bảng dới Bảng 10: ảnh hởng nhiệt độ tới hiệu suất phân huỷ 85 90 95 100 105 110 Hiệu suất phân huỷ 90.25 93.15 96.75 95.4 92.9 92.4 Hiệu suất phân huỷ Nhiệt độ ủ (oC) 98 96 94 92 90 88 50 100 150 Nhiệt độ ủ Hình29: Sự phụ thuộc mức phân huỷ vào nhiệt độ môi trờng phản ứng Từ kết hình 29 ta thấy mức phân giải apatít tăng theo nhiệt độ khoảng từ 85ữ95oC giảm dần từ 95ữ1150C Tăng nhiệt độ môi trờng phản ứng yếu tố quan trọng việc đẩy mạnh trình dị thể có trình phân giải apatít axít Khi xây dựng lý thuyết phân giải khoáng vật axít, trepelevetski rằng, số tốc độ hoà tan nhiệt độ thành phần dung môi chọn trớc đại lợng không đổi, nhng tăng nhanh tăng nhiệt độ theo quy luật hàm số mũ: A K = K '.e RT (1) K: số mới, thực tế không phụ thuộc nhiệt độ tuyệt đối -57- Đại lợng A số mũ có thứ nguyên lợng ý nghĩa vật lý tơng tự nh lợng hoạt hoá phản ứng hoá học Có thể tìm đại lợng A cánh xác định số tốc độ hoà tan hai nhiệt độ khác nhau: lg A=2,3.R K T1 K T2 (2) 1 ( ) T2 T1 Đối với trình hoà tan mà khuếch tán giai đoạn giới hạn trình đại lợng A thờng dao động khoảng 6500ữ9000 Kcal Trong miền động học lợng hoạt hoá có giá trị lớn khoảng 15000ữ25000 Kcal Theo giá trị tuyệt đối A xét trình hoà tan nằm miền khuếch tán miền động học Trong số trờng hợp thay đổi đại lợng A giá trị đợc gọi hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng, tỷ số số tốc độ nhiệt độ khác 10oC K t +10 (3) Kt Hệ số rõ, tốc độ phản ứng tăng lên lần tăng nhiệt độ 100 Hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng miền khuếch tán thờng dao động từ 1,2ữ1,6 miền động học gần Bằng số liệu phân giải quặng với quặng apatít loại I tính theo công thức (2), (3) ta nhận đợc giá trị tơng ứng với apatít loại I A = 7050 kcal, hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng 1,425, phù hợp với khoảng lợng hệ số nhiệt độ mà trepelevetski xác định cho miền khuếch tán Theo trepelevetski , phản ứng bị phức tạp hoá trình phụ làm chậm nó, hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng bị giảm đáng kể chí nhỏ đơn vị (trờng hợp tăng nhiệt độ làm giảm tốc độ phản ứng) Quá trình phụ hạn chế phản ứng tạo màng canxisunphát, mônôcanxiphotphat mịn bao bọc ngăn cản thâm nhập iôn H+ khuếch tán iôn Ca2+ -58- Tuy nhiên, nâng cao nhiệt độ làm tăng ăn mòn thiết bị, việc chọn nhiệt độ tối u môi trờng phản ứng cần phải tính đến yếu tố Khoảng tối u môi trờng phản ứng nghiên cứu 95ữ100oC, để xét đến tính chất ta sử dụng nhiệt độ thấp 95oC 3.8 Điều chế supe phốtphát giàu từ quặng tuyển quặng nguyên khai Với điều kiện nghiên cứu so sánh trình điều chế supe phốtphát giàu từ loại quặng nguyên khai quặng tuyển axít hỗn hợp thay 30% H3PO4 40% H3PO4 bảng 11 Kết thu đợc trình bày bảng 12 13 Bảng 11 Thành phần hoá học quặng nguyên khai quặng tuyển Fe2O3 % Al2O3 % 12.94 2.4 2.9 42.84 13.4 2.0 3.9 13.4 2.0 3.9 Loại quặng ẩm % Nguyên 2.34 khai Tuyển 17,0 không sấy Tuyển 2,0 sấy SiO2 % CaO % MgO % P2O5 % F % 2.0 32.51 1.9 41.16 2.0 31.81 1.5 41.16 2.0 31.81 1.5 Sản phẩm supe phốtphát tơi điều chế đợc thể bảng 12 13 Bảng 12 Kết điều chế supe giàu với loại quặng tỷ lệ thay 30% H2O Thành phần % P2O5 P2O5 tự hữu hiệu chung % Tuyển P2O5 % Gốc SO42- Hệ số % % K % 11.24 12.42 29.4 31.02 21.5 89.5 Nguyên khai 10.64 14.76 27.5 29.86 21.23 84.7 -59- Độ mịn 0.16 mm 0.074 mm 0.074 mm Bảng13 Kết điều chế supe giàu với loại quặng mức độ thay 40%H3PO4 H2O Thành phần % P2O5 11.11 10.65 Nguyên khai 11.31 P2O5 tự hữu hiệu chung % Tuyển P2O5 12.7 Gốc SO42- Hệ số % K % % 31.14 32.7 19.15 93.6 28.93 30.96 19.24 91.2 % Từ kết bảng 12 13 ta thấy phân huỷ quặng tuyển cao quặng nguyên khai, xét hàm lợng P2O5 quặng quặng tuyển thấp quặng nguyên khai Còn thành phần khác nh SiO2, R2O3, MgO, CaO xấp xỉ nh % CO2 độ mịn hai yếu tố định làm tăng hiệu suất phân huỷ quặng apatít tuyển Chúng điều chế supe phốtphát từ hỗn hợp quặng nguyên khai tuyển theo tỷ lệ khối lợng 1:1 (50% quặng nguyên khai 50% quặng tuyển cha qua sấy) tỷ lệ thay axít 40%, nồng độ axít H2SO4 95%, nồng độ H3PO4 45%, nhiệt độ hỗn hợp axít vào phản ứng 600C, thời gian khuấy trộn phút, tốc độ khuấy 1000 vòng/phút, thời gian ủ 90 phút, tiêu chuẩn axít 112%, nhiệt độ tủ sấy 1000C Kết đợc trình bày bảng 14 Bảng 14 Kết điều chế supe giàu với hỗn hợp quặng apatit axít với mức độ thay 40% H3PO4 H2O Thành phần % P2O5 P2O5 tự hữu hiệu chung % Sản phẩm P2O5 11.54 10.32 % % 30.38 32.12 Gốc SO42- Hệ số K % % 18.96 88.4 Sản phẩm thu đợc có màu sắc, tính chất vật lý tốt, khô, tơi xốp Hệ số phân huỷ cao so với điều chế 100% từ quặng nguyên khai nhng thấp so với điều chế 100% từ quặng apatít tuyển -60- Kết luận Từ kết nghiên cứu sản xuất supephốtphát giàu từ quặng apatít hỗn hợp axít H2SO4, H3PO4 đa số kết luận sau: Khi thay đổi mức độ thay axít H2SO4 H3PO4 để phân huỷ apatít cấu trúc thành phần chất sản phẩm supe phốtphát thay đổi: Khi tăng mức độ thay hàm lợng P2O5 hữu hiệu tăng lên, gốc SO42- giảm, sản phẩm có kích thớc giảm, hiệu suất phân huỷ quặng apatít giảm, sản phẩm có độ ẩm, độ tự cao Khi thay đổi nồng độ axít H2SO4 H3PO4 nghiên cứu xác định đợc tỷ lệ thay axít H2SO4 H3PO4 thích hợp - Trờng hợp dùng axít H3PO4 trích ly 45% mức độ thay 40% đợc nồng độ axít chung 70,3% Sản phẩm supe phốtphát giàu điều chế đợc có hàm lợng P2O5 hữu hiệu từ 32ữ34% Supe tơi xốp, độ ẩm nhỏ Đã nghiên cứu ảnh hởng yếu tố khác đến trình phân huỷ quặng apatít nguyên khai loại I với mức thay axít 40% tìm đợc tiêu kỹ thuật sau: - Mức phân huỷ đạt cực đại dùng axit nồng độ 62% H3PO4, 95% H2SO4 - Chỉ tiêu tiêu hao axít thích hợp 112% - Đã xác định đợc thời gian ủ chín supe phốtphát giàu 80ữ90 phút - Đã xác định đợc nhiệt độ môi trờng tối u trình phân huỷ quặng apatít hỗn hợp hai axít 95ữ100oC Đã nghiên cứu ảnh hởng nhiệt độ, lợng quặng apatít trung hoà thời điểm trung hoà trình ủ trung hoà sản phẩm supe phốtphát cho thấy - Đã tìm khoảng nhiệt độ ủ tối u ngày đầu 40ữ500C - Đa đợc quy trình trung hoà supe phốtphát quặng apatít gồm hai lần: lần sau ủ chín lần hai sau ngày ủ sản phẩm kho Đã đa đợc kết luận khả phản ứng quặng tuyển so với quặng nguyên khai trình điều chế supe phốtphát giàu chế độ công nghệ, cho thấy quặng tuyển phản ứng tốt qặng nguyên khai Trên sở kết khảo sát, thăm dò bớc đầu thấy sản phẩm supe phốtphát giàu có hàm lợng P2O5 hữu hiệu cao, góp phần làm tăng chất -61- lợng NPK tăng tính chủ động nguồn nguyên liệu, giảm nhập sản phẩm DAP, MAP Công nghệ không cần đầu t dây chuyền mà áp dụng trực tiếp dây chuyền sản xuất supe phốtphát đơn với việc thêm thiết bị chứa định lợng axít phốtphoríc Từ kết nghiên cứu cho thấy để đa đợc vào thực tế ứng dụng cần phải có số khảo sát thêm chế độ công nghệ để tăng đợc hiệu suất phân huỷ quặng apatít, cần ý đến vấn đề ăn mòn thiết bị thay đổi công nghệ Đối với vai trò axít H3PO4 axít H2SO4 loại axit có nồng độ thích hợp phân huỷ quặng nguyên khai I hỗn hợp hai axit có nồng độ hai axít thích hợp chọn nồng độ loại axít -62- Phụ lục Phụ lục 1: Phơng pháp tính toán hiệu suất phân huỷ %=(% P2O5 hh GP2O5 Trong H3PO4 bổ xung)/P2O5 quặng Trong đó: (P2O5)hh -lợng P2O5 hữu hiệu có phân lân (gam) (P2O5)ax-lợng P2O5trong axit H3PO4 bổ xung dùng để phân huỷ(gam) (P2O5)q- LợngP2O5 có quặng dùng để chế tạo supe(gam) Với mẫu 4: Thay 40% axit H2SO495% axit H3PO445% *Để tính toán với mẫu trớc tiên ta tính toán phối liệu với supe đơn 2Ca5F(PO4)3 + 7H2SO4 + 3H2O 3Ca(H2PO4)2.H2O + 7CaSO4+2HF 1008g 686 g 100g 68,06g GH SO4 =68,06g biết nồng độ 95%, tra bảng tính chất axit sunfuric đợc gia trị khối lợng riêng : dH2SO4= 1,8337g/ml Lấy lợng axit sunfuric d 12% ta tính đợc thể tích dung dịch axit sunfuric 95% cho vào là: VH2SO4= 1,12 GH SO 68, 06 = 1,12 = 44(ml ) 0,95.d H SO 0,95.1,8337 *khi Thay 40% axit H2SO4 95% axit H3PO445% Do lấy d axit 12% nên lợng axit sunfuric phân huỷ là: 68,06.1,12= 76,23(g) Có: H2SO4 2H+ + SO42- 76, 23 = 0, 78 (mol) 1,56(mol) 98 Lợng H+ cần thay : 0,4.1,56=0,624(mol) Có: H3PO4 0,208(mol) 3H+ + PO430,624(mol) Với nồng độ H3PO4là 45% khối lơng riêng dH3PO4= 1,345g/ml tính đợc thể tích axit phốtphoríc thêm vào là:V H3PO4= 1,12 GH PO 0, 208.98 = 1,12 = 38(ml ) 0, 45.d H PO 0, 45.1,345 Quá trình phản ứng thu đợc lợng supe tơi là: G=180g -63- Lợng axit photphoric bổ xung là:1,12 0,208.98=22,83(g) = 0, 295.180 22,83 100% = 93,12% 32,5 Phụ lục 2: Phơng pháp tính nồng độ chung hỗn hợp hai axit phân huỷ Nồng độ axit hỗn hợp: A%= Trong đó: (GH SO4 + GH3 PO4 ) Gdungdich 100% GH SO4 : Lợng H2SO4 có dung dịch ( gam) GH3 PO4 : Lợng H3PO4 có dung dịch (gam) Gdd: Khối lợng dung dịch axit lấy phân huỷ (gam) *Với tỷ lệ thay 40% có: GH2SO4= Lợng axit sufuric ban đầu lợng axit sunfuric thay 0,56 98 = 40.62( g ) = 0,187.98 = 18,33( g ) GH SO = 68, 06 GH PO Gdung dich= Lợng dung dịch axit sunfuric + lợngdung dịch axit photphoric Gdungdich = GH SO GH PO 40, 62 18,33 + = + = 83,5( g ) CH SO CH PO 0,95 0, 45 Vậy nồng độ chung axit là: A%= 40, 62 + 18,33 100% = 70,3% 83,85 Bảng15: Nồng độ axít sau thay axít H2SO4 axít H3PO4 với tỷ lệ khác Tỷ lệ H2SO4 H3PO4 Khối lợng (g) Nồng độ % khối lợng Khối lợng (g) A% % % Nồng độ % khối lợng 10 82,06 61,2 6,1 4,57 88,19 97,25 20 79,1 54,34 11,5 9,15 81,89 96,04 30 59 47,48 17,05 13,72 76,05 94.13 40 48,65 40,62 22 18,33 70,30 93,12 50 39 33,76 26,45 22,87 65,57 90.5 thay -64- Phụ lục3: Một số hình ảnh quặng apatit Quặng apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) Qặng apatit vùng mỏ Nam Cờng Apatit màu xanh màu vàng -65- Các bao thể apatit Qặng aptít Ca5F(PO4)3 -66- Tài liệu tham khảo Tiếng việt: Nguyễn An, Vơng Ngọc Điều (1978), Nghiên cứu sản xuất nitrophot từ apatít loại II Lao cai, Tạp chí khoa học Viện K.H.V.N (số 1) Nguyễn An (1972), Kỹ thuật sản xuất phân khoáng, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp Nguyễn An (1997), Tính toán đồ thị công nghệ chất vô cơ, Xí nghiệp in Minh Sang, Hà nội Nguyễn An (1980), Luận án tiến sỹ, Hà nội La Văn Bình, Trần Thị Hiền (2007), Công nghệ sản xuất phân bón vô cơ, Nhà xuất Bách khoa Hà nội Đỗ Bình (2004), Công nghệ sản xuất axít sunfuríc, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Văn Chiến (1962), Giáo trình khoáng vật học, Nhà xuất giáo dục, Hà nội Nguyễn Thành Công (2006), Đánh giá công nghệ sản xuất axit sunfuric nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trờng, Luận văn thạc sỹ khoa học, Viện khoa học công nghệ môi trờng Lê Tuyết Mai Hà (2006), Đề tài Phân lân, Bộ môn hoá vô cơ, khoa công nghệ hoá học dầu khí, Đại học Bách khoa, đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh 10 Lê Kim Long, Hoàng Nhuận, Hoàng Nhâm (2001), Tính chất lý hoá học chất vô cơ, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 11 Vũ Xuân Nùng (1991), Công nghệ sản xuất supe phốtphát, Công ty Supe phốtphát hoá chất Lâm thao 12 Nguyễn Huy Phiêu (2007), Dùng tinh quặng apatít nghiền thô để sản xuất axít phốtphoríc trích ly, Tạp chí công nghiệp hoá chất, (số 1) 13 Nguyễn Huy Phiêu (2002), Khả sử dụng quặng apatít chứa 28ữ30% P2O5 để sản xuất supe phốtphát, Thông tin kinh tế công nghệ công -67- nghiệp hoá chất (số 1) 14 Nguyễn Huy Phiêu (2002), số suy nghĩ nghành công nghiệp phân bón, Thông tin kinh tế công nghệ công nghiệp hoá chất, (số 1) 15 Thông tin kinh tế công nghệ công nghiệp hoá chất (2005), Tinh chế axít phốtphoríc trích ly sản xuất sản phẩm chứa lân, (số 4) 16 Thông tin kinh tế công nghệ công nghiệp hoá chất (2004), Một số vấn đề sử dụng quặng phốtphát nghèo, (số 2) 17 Thông tin kinh tế công nghệ công nghiệp hoá chất (2002), So sánh u điểm kinh tế trình trích ly H3PO4 việc tận dụng phôtphogip, (số 2) 18 TS Nguyễn Văn Thơ (2000), Về khả sản xuất supe phốtphát giàu nớc ta nay, Tạp chí công nghiệp hoá chất, (số 7) 19 P.V (2006), "Nghiên cứu sản xuất supe phốtphát giàu từ quặng apatít loại I quặng tuyển, Tạp chí công nghiệp hoá chất, (số 2) 20 http://www.vinachem.com.vn/TCTYHC/GifAdv/apatit/indexl.htm Tiếng Anh: 21 EFMA (2000), Production of Phosphoric Acid, Brucssels Belgium 22 Eng.Dr.I.Moldovan, Eng.N.Polovici, Eng.G.Chivu (1969), The technology of mineral fertilizers; London 23 JamesP.Schaffer, Ashok Saxena (1999), The Science and Design Of Engineering Materials, Mc Graw-Hill International 24 Fertilizers Manual, Unido (1990) 25 http://en.wikipedia.org/wiki/Phosphoric_axíts_and_Phosphates 26.http://chemicalland21.com/arokorhi/industrialchem/inorganic/supephosphate.htm 27 Nernst W., Z.Phys.Chem, (1904) Tiếng Nga: 28 - (1937), , " " -68- 29 , , , , , , (1987r) , "" 30 , . (1982), , "" . (2002), , 31 .., , (NO4) 32- ; (1971), "" 33- ; (1967), "" 34- ; (1965), "" 35- (1965), , "" -69- ... nghiên cứu sản xuất supe lân giàu : sản phẩm trình phân huỷ quặng phốtphát axít sunfuríc có thay phần axít phốtphoríc -4- Chơng - Tổng quan trình sản xuất supe phốt phát giàu từ quặng phốtphát hỗn... Hơn 80% sản lợng quặng phốtphát giới từ quặng phốtphát trầm tích Thông thờng quặng phốtphát nguồn gốc macma quặng apatít, quặng phốtphát trầm tích đa số phốtphorít Trong thiên nhiên phốtpho... lợng P2O5 quặng phốtphát đa vào sản xuất Mỹ, supephốtphát đơn thờng đợc sấy, độ ẩm 2ữ3%, nên để có supephốtphát đơn khô 18% P2O5 hữu hiệu, cần loại quặng 31ữ32% P2O5 nớc ta supephốtphát đơn có