硫酸浸提對(duì)磷礦石物性變化影響

鄭凌志1, 竇 焰1, 孫祥斌1, 沈 浩2, 鄭之銀2, 劉 榮2, 崔 鵬1

(1. 合肥工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院, 安徽 合肥 230009；

2. 安徽六國(guó)化工有限公司, 安徽 銅陵 244000)

硫酸浸提對(duì)磷礦石物性變化影響

鄭凌志1, 竇 焰1, 孫祥斌1, 沈 浩2, 鄭之銀2, 劉 榮2, 崔 鵬1

(1. 合肥工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院, 安徽 合肥 230009；

2. 安徽六國(guó)化工有限公司, 安徽 銅陵 244000)

以硫酸浸提磷礦石的反應(yīng)過程為研究對(duì)象，在反應(yīng)溫度80℃，攪拌速率300 r·min-1，反應(yīng)時(shí)間180 min的反應(yīng)條件下，對(duì)硫酸浸提體系進(jìn)行研究。通過原子吸收、掃描電鏡、X射線電子衍射、比表面積與粒徑分布等測(cè)量及表征。結(jié)果表明：磷礦浸提反應(yīng)120 min內(nèi)大部分磷礦石轉(zhuǎn)變?yōu)镃aSO4·2H2O晶體，反應(yīng)過程中，CaSO4·2H2O晶體首先在磷礦表面產(chǎn)生，在磷礦表面堆疊。隨著反應(yīng)進(jìn)行，晶體長(zhǎng)大后脫落，礦石結(jié)構(gòu)坍塌。由此導(dǎo)致礦物平均粒徑先增大后減小，孔性能的N2等溫吸附曲線滯回環(huán)由H3型轉(zhuǎn)變?yōu)镠4型。

磷酸生產(chǎn)；二水硫酸鈣；結(jié)晶；化學(xué)過程

1 前 言

濕法磷酸是獲取磷酸的重要方法。通常工藝為為硫酸和磷酸的混酸分解磷礦，浸提制取磷酸。

濕法磷酸的研究，主要集中在對(duì)其結(jié)構(gòu)，酸解率，動(dòng)力學(xué)等方面。黃芳等[1,2]分析了高鎂磷尾礦的礦石結(jié)構(gòu)以及礦物組成，并研究了磷鎂的賦存狀態(tài)。Gilbert等[3]分析了不同粒徑，不同濃度的磷硫混酸，不同溫度下的磷礦酸解率。研究了不同工藝條件對(duì)磷礦酸解的影響。Taner Tekin[4]研究了在超聲影響下鹽酸分解磷礦過程，表明超聲波有助于提高磷礦的分解率以及分解速率。

Zafar等[5,6]，Gharabaghi等[7]，Economou等[8]研究了有機(jī)酸分解磷礦時(shí)的選擇性及其浸出動(dòng)力學(xué)。Lassis[9]以阿爾及利亞兩種磷礦為原料，研究了不同硫酸濃度，粒徑大小，反應(yīng)時(shí)間以及轉(zhuǎn)速對(duì)磷酸浸出率的影響。Antar[10]以突尼斯磷礦為原料，研究其在不同溫度下的浸出動(dòng)力學(xué)。羅洪波[11]以甕福磷礦為原料，對(duì)硫酸脲分解磷礦的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了初步探索。

李成蓉等[12]對(duì)金河磷礦在磷硫混酸的情況下進(jìn)行了酸解動(dòng)力學(xué)的研究，并考察了礦石粒度、硫酸濃度以及反應(yīng)溫度對(duì)酸解過程的影響。劉代俊等[13,14]研究了以磷酸與具有豐富內(nèi)孔隙的磷礦顆粒為代表的液固兩相反應(yīng)的機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。嚴(yán)永華[15]以云南上蒜磷礦為原料，研究磷酸浸提磷礦時(shí)動(dòng)力學(xué)過程并給出動(dòng)力學(xué)模型。

至今為止，對(duì)磷礦石酸解浸提過程及產(chǎn)物的研究，主要集中于酸解以及溶解度方面，關(guān)于磷礦石在酸解浸提過程中礦石結(jié)構(gòu)物性以及產(chǎn)物變化的研究鮮有報(bào)道。

本文針對(duì)磷硫混酸酸解磷礦石浸提制酸過程，以湖北宜昌某磷礦為對(duì)象研究酸解過程中礦相的化學(xué)組成及含量、物理結(jié)構(gòu)的變化。從磷礦石在浸提中物性變化入手，力圖闡明磷礦石在整個(gè)浸提過程發(fā)生的物理及化學(xué)性質(zhì)發(fā)生的變化，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際具有指導(dǎo)作用。

2 實(shí)驗(yàn)(材料與方法)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑

磷礦石原礦：取自湖北宜昌，粉碎為平均粒徑178 μm的磷礦粉備用，其主要組成見表1。

表1 磷礦石主要化學(xué)組成Table 1 Main compositions of the phosphate ore

磷酸、硫酸、硝酸、鹽酸、鉬酸銨、抗壞血酸與氯化鋇，AR，國(guó)藥集團(tuán)藥業(yè)股份有限公司。

Ca、Mg、Fe單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。

2.2 酸解浸提過程

本方法在Gilbert R L[3]的文獻(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化所得(浸出率98%)，具體方法如下。準(zhǔn)確稱取一定量的磷礦石粉置于250 mL三口燒瓶中，加入適量水連續(xù)攪拌，待礦漿達(dá)到預(yù)定溫度后，加入按比例配制的磷硫混酸(磷酸：硫酸摩爾比為：1:10)，在80℃下以轉(zhuǎn)速300 r·min-1(攪拌槳為雙葉片聚四氟乙烯攪拌槳，葉展直徑65 mm)反應(yīng)180 min。反應(yīng)過程中定時(shí)取樣(采用注射器定量移出反應(yīng)物至大量水中稀釋，然后快速過濾)，反應(yīng)結(jié)束后采用大量水稀釋，真空抽濾分離，固相數(shù)次用去離子水和乙醇洗滌，45℃真空烘干。

2.3 分析與表征方法

P2O5含量測(cè)定采用磷鉬酸喹啉質(zhì)量法[GB/T 1871.1-1995]；

CaO、Fe2O3與MgO含量的測(cè)定采用原子吸收分光光度法(AA-6300C，日本島津制作所)；

比表面積與孔徑分布測(cè)定采用比表面分析儀(SA3100，美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特有限公司)；

微觀形貌表征及EDS分析采用掃描電子顯微鏡(JSM-6490LV，日本電子株式會(huì)社)；

粒徑分布測(cè)定采用激光粒度儀(MS-2000，英國(guó)馬爾文儀器有限公司)；晶型表征采用X射線衍射儀(X'Pert PRO MPD，荷蘭帕納科有限公司)。

圖1 酸浸提過程中磷礦SEM圖Fig.1 SEM micrographs of phosphate ore during leaching a. 0 min b. 1 min c. 10 min d. 30 min e. 60 min f. 120 min g. 180 min

3 結(jié)果與討論

3.1 表面形貌與結(jié)構(gòu)

從圖1可見，未反應(yīng)的磷礦礦粉顆粒表面具有深淺不一的坑丘。在反應(yīng)時(shí)間1 min時(shí)，可以觀察到片狀晶體附著于磷礦表面。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，磷礦顆粒表面逐漸被晶體所覆蓋，并堆疊在顆粒表面。在60 min時(shí)已有部分晶體開始脫落，隨著包覆的晶體厚度增加，顆粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度開始減弱，同時(shí)反應(yīng)中有HF氣體產(chǎn)生[16]，導(dǎo)致了部分晶體開始脫落。120 min時(shí)顆粒結(jié)構(gòu)完全坍塌，圖1f中只可觀察到片狀和棒狀晶體。隨著反應(yīng)時(shí)間增加，晶體繼續(xù)長(zhǎng)大，180 min時(shí)晶體顆粒形貌變得更為粗大、規(guī)整。

以上分析可知，當(dāng)顆粒結(jié)構(gòu)未坍塌時(shí)，選用圖2所示的收縮未反應(yīng)芯來(lái)分析此過程比較恰當(dāng)。在反應(yīng)過程中主要有以下幾種反應(yīng)[17,18]

(1) 磷硫混酸中的 H+通過磷礦顆粒外面的液膜層擴(kuò)散至顆粒的外表面；

(2) H+由礦粉顆粒外表面通過固體產(chǎn)物層擴(kuò)散至未反應(yīng)的磷礦顆粒表面；

(3) H+與磷礦發(fā)生反應(yīng)；

(4) 反應(yīng)產(chǎn)物通過固體產(chǎn)物層向外表面?zhèn)鬏敚?/p>

步驟(1)發(fā)生在圖2中的II-III區(qū)，此區(qū)為反應(yīng)殘核區(qū)，由酸難溶的硅酸鹽骨架和反應(yīng)產(chǎn)物構(gòu)成[19]。反應(yīng)生成的晶體包裹在顆粒表面，使磷礦繼續(xù)分解受到阻力，這種阻力會(huì)減慢混酸分解速度[16]。同時(shí)，由于反應(yīng)界面中發(fā)生了局部的濃度變化，Ca2+與SO42-相互碰撞結(jié)合形成締合體，促進(jìn)了晶體的形成[18]。步驟(2) (3) (4)主要發(fā)生在圖2中的III區(qū)，此區(qū)為反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)產(chǎn)物不斷傳遞到表面，在表面形成堆積，如圖1d。反應(yīng)至120 min時(shí)，顆粒骨架結(jié)構(gòu)無(wú)法支撐反應(yīng)殘核區(qū)，顆粒結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌。

圖2 磷礦顆粒收縮未反應(yīng)芯模型Fig.2 Shrinking core model of a phosphate ore particle I. unreacted particle core II-III. reaction residue III. reaction zone

3.2 主要化學(xué)成分與含量

在磷酸浸提工藝條件下，研究浸提過程中磷礦固相與浸提液中化學(xué)組成與含量變化，結(jié)果見圖3。

圖3 磷礦石酸解浸提過程中主要化學(xué)組成變化 / %(wt)Fig.3 Variation of main chemical components of phosphate ore during leaching

從磷含量的變化可以發(fā)現(xiàn)固相P2O5含量在0～10 min下降速度較快，10～120 min P2O5含量穩(wěn)定下降，120～180 min含量基本不變，據(jù)此，可以將磷礦浸提反應(yīng)分為三個(gè)階段：快速反應(yīng)階段、穩(wěn)定反應(yīng)階段和反應(yīng)終止階段?？焖俜磻?yīng)階段是化學(xué)反應(yīng)速度是反應(yīng)控制步驟，以化學(xué)反應(yīng)為主，其表現(xiàn)為磷礦表面發(fā)生反應(yīng)。此階段對(duì)應(yīng)圖1中的a～c階段，圖2反應(yīng)模型中的固體產(chǎn)物層正在形成。穩(wěn)定反應(yīng)階段是擴(kuò)散速度為反應(yīng)控制步驟，反應(yīng)特性符合圖2中的反應(yīng)模型。在此時(shí)間達(dá)到最大的結(jié)晶速度，溶液中的溶質(zhì)迅速下降。此階段對(duì)應(yīng)圖1中的d～e階段。在反應(yīng)終止階段，晶核已經(jīng)不再生成，晶體開始逐漸生長(zhǎng)。

酸浸提過程中CaO含量在反應(yīng)時(shí)間120 min后基本保持不變。未反應(yīng)的磷礦中CaO的存在形式主要是Ca5(PO4)3F和少量的CaCO3，浸提制酸后CaO的存在形式主要是CaSO4·2H2O以及微量的未反應(yīng)的Ca5(PO4)3F和少量溶于浸提液中。所以CaO含量下降的主要原因是其在固相中的存在形式發(fā)生了MgO與Fe2O3含量在快速反應(yīng)階段下降較快，在10 min時(shí)反應(yīng)基本結(jié)束。

浸提過程中未檢測(cè)出Al2O3、K2O和Na2O含量的變化。

對(duì)酸浸提反應(yīng)0～180 min過程中，對(duì)固相進(jìn)行能譜分析，其主要化學(xué)元素及含量見表2。

表2 化學(xué)組分相對(duì)含量(原子比)Table 2 Relative contents of different chemical elements (atomic ratio)

在快速反應(yīng)階段，晶體未完全覆蓋磷礦顆粒表面，能譜中可以檢測(cè)磷元素存在，10 min時(shí)已經(jīng)無(wú)法檢測(cè)到磷元素。鈣元素在0至10 min時(shí)含量快速下降，說(shuō)明礦粉顆粒表面CaO的存在形式發(fā)生轉(zhuǎn)變，硫酸鈣已經(jīng)完成對(duì)礦粉顆粒的覆蓋。10 min后各元素含量基本保持穩(wěn)定，反應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)定反應(yīng)階段。

由表3可知在快速反應(yīng)階段反應(yīng)較為復(fù)雜，即存在Ca5F(PO4)3與H+分解反應(yīng)也存在磷礦中其他成分與H+發(fā)生反應(yīng)。而到了穩(wěn)定反應(yīng)階段，主要反應(yīng)僅為Ca5F(PO4)3的分解反應(yīng)。

表3 不同階段主要反應(yīng)Table 3 Main reactions happened during different reaction phases

3.3 晶型結(jié)構(gòu)

隨著浸提過程的進(jìn)行，定時(shí)取樣分析反應(yīng)固相的晶型，其XRD圖譜見圖4。

圖4 酸浸提過程晶型轉(zhuǎn)變XRD衍射Fig.4 XRD patterns of phase transformation during leaching

從XRD衍射圖中可以看出隨著反應(yīng)的進(jìn)行，CaSO4·2H2O的衍射峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，說(shuō)明其含量逐漸增加，衍射強(qiáng)度最強(qiáng)的三個(gè)衍射峰的晶面分別為(020)，(021)以及(041)。其中衍射強(qiáng)度最大峰為(020)晶面衍射峰。

SiO2在2θ= 26.243°處出峰，為(011)晶面的衍射峰，在反應(yīng)不同時(shí)間，該衍射峰的強(qiáng)度變化不大。

如圖4(b)所示，可以觀察到Ca5F(PO4)3在40.040°的特征衍射峰強(qiáng)度逐漸減弱，表示其含量逐漸降低，60 min時(shí)衍射峰基本消失。CaSO4·2H2O在40.624°的特征衍射峰逐漸強(qiáng)度增強(qiáng)。

3.4 粒徑尺寸

不同反應(yīng)時(shí)間下粒徑分布相對(duì)含量如表4所示。

從0 min的粒徑分布可知磷礦礦粉粒徑主要分布在II區(qū)間，10 min時(shí)II區(qū)間粒徑分布比例達(dá)到最大，反應(yīng)開始進(jìn)入穩(wěn)定反應(yīng)階段。0～30 min時(shí)，粒徑分布主要集中于II區(qū)間內(nèi)，CaSO4·2H2O在礦石表面生長(zhǎng)。隨后該區(qū)間含量開始下降，與圖1e對(duì)應(yīng)，說(shuō)明CaSO4·2H2O晶體開始脫落。反應(yīng)至120 min時(shí)，酸解反應(yīng)基本完成，結(jié)合圖2分析可知磷礦結(jié)構(gòu)坍塌，此后晶體開始逐漸生長(zhǎng)。

120 min時(shí)，粒徑分布主要集中于I區(qū)間，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)入終止階段，晶核已經(jīng)不再生成，晶體開始逐漸生長(zhǎng)，溶液的過飽和度降低，殘留的溶質(zhì)沉積到已有的晶體表面，使晶體形貌變得較為規(guī)整。由此，結(jié)合圖1中f和g可知I區(qū)間是脫落的二水CaSO4·2H2O晶體粒徑分布區(qū)。由粒徑分布分析結(jié)果可知，圖2模型中的固體產(chǎn)物層在10～30 min較為穩(wěn)定，隨后隨著反應(yīng)界面進(jìn)一步向內(nèi)部推進(jìn)，固體產(chǎn)物層的CaSO4·2H2O晶體開始出現(xiàn)脫落。

表4 粒徑分布區(qū)間相對(duì)含量/ %(V)Table 4 Relative contents of samples at differentparticle size ranges / %(V)

3.5 孔性能結(jié)構(gòu)表征

對(duì)磷礦不同反應(yīng)時(shí)間下進(jìn)行孔性能表征，結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，N2等溫吸附曲線按IUPAC分類屬于IV型，說(shuō)明材料與氮有較強(qiáng)作用力。從圖中可以看出，吸附量在低壓端平緩增加，在相對(duì)壓力大于0.4時(shí)出現(xiàn)滯回環(huán)，其中原礦屬于H4型滯回環(huán)，浸提過程產(chǎn)物為H3型滯回環(huán)。

圖5 酸浸提過程孔結(jié)構(gòu)變化圖Fig.5 Profiles of pore structure change during leaching

隨著反應(yīng)的進(jìn)行，吸附脫附等溫線逐漸增高，形成的滯回環(huán)先增大后減小。說(shuō)明磷礦石顆粒除了微孔，還存在介孔結(jié)構(gòu)，介孔結(jié)構(gòu)在增多后減小。從形貌分析可知，滯回環(huán)由H3型轉(zhuǎn)變?yōu)镠4型的原因是由于浸提過程中，片狀CaSO4·2H2O晶體在磷礦表面堆疊，使滯回環(huán)發(fā)生的轉(zhuǎn)變[20]。結(jié)合3.1節(jié)SEM圖可知CaSO4·2H2O晶體形成了固體產(chǎn)物層。CaSO4·2H2O晶體的堆疊使磷礦表面產(chǎn)生了許多介孔，隨著反應(yīng)進(jìn)行，堆疊程度的加大，介孔結(jié)構(gòu)開始增加。反應(yīng)終止階段，CaSO4·2H2O晶體開始脫落，介孔結(jié)構(gòu)開始減少。

4 結(jié) 論

磷礦石酸浸提經(jīng)歷快速反應(yīng)向穩(wěn)定反應(yīng)的變化，反應(yīng)進(jìn)行120 min時(shí)磷礦石大部分轉(zhuǎn)化為CaSO4·2H2O晶體，液相中磷酸為主體；Fe2O3與MgO在快速反應(yīng)階段反應(yīng)基本完成；Al2O3、K2O和Na2O含量不發(fā)生變化。

磷礦石酸浸提反應(yīng)過程中，CaSO4晶體首先在磷礦表面產(chǎn)生，在磷礦表面堆疊。隨著反應(yīng)進(jìn)行，晶體長(zhǎng)大后脫落，礦石結(jié)構(gòu)坍塌，導(dǎo)致顆粒平均粒徑先增大后減小。

參考文獻(xiàn):

[1] HUANG Fang (黃芳), LIU Shi-rong (劉世榮), WANG Hua (王華), et al. Research on ore structures and mineral composition of phosphate tailings with high magnesium content (高鎂磷尾礦的礦石結(jié)構(gòu)與礦物組成) [J]. Acta Mineralogica Sinica (礦物學(xué)報(bào)), 2010, 30(1): 130-135.

[2] HUANG Fang (黃芳), LIU Shi-rong (劉世榮), LI Jun-qi (李軍旗), et al. A study on P and Mg existing states and their mineral characteristics in phosphate tailings (磷尾礦中磷鎂賦存狀態(tài)及其礦物特征研究) [J]. Acta Mineralogica Sinica (礦物學(xué)報(bào)), 2010, 30(2): 257-261.

[3] Gilbert R L, Moreno E C. Dissolution of phosphate rock by mixtures of sulfuric and phosphoric acids [J]. Industrial & Engineering Chemistry Process Design & Development, 2002, 4(4): 368-371.

[4] Tekin T. Use of ultrasound in the dissolution kinetics of phosphate rock in HCl [J]. Hydrometallurgy, 2002, 64(3): 187-192.

[5] Zafar Z I, Anwar M M, Pritchard D W. Selective leaching of calcareous phosphate rock in formic acid: optimisation of operating conditions [J], Minerals Engineering. 2006, 19(14): 1459-1461.

[6] Zafar Z I, Ashraf M. Selective leaching kinetics of calcareous phosphate rock in lactic acid [J]. Chemical Engineering Journal, 2007, 131(1): 41-48.

[7] Gharabaghi M, Noaparast M, Irannajad M. Selective leaching kinetics of low-grade calcareous phosphate ore in acetic acid [J]. Hydrometallurgy, 2009, 95(s3-4): 341-345.

[8] Economou E D, Vaimakis T C, Papamichael E M. The kinetics of dissolution of the carbonate minerals of phosphate ores using dilute acetic acid solutions: the case of pH range from 3.96 to 6.40. [J]. Journal of Colloid & Interface Science, 2002, 245(1): 133-141.

[9] Lassis M, Mizane A, Dadda N, et al. Dissolution of Djebel Onk phosphate ore using sulfuric acid [J]. Environmental Nanotechnology Monitoring & Management, 2015, 4: 12-16.

[10] Antar K, Jemal M. Kinetics and thermodynamics of the attack of a phosphate ore by acid solutions at different temperatures[J]. Thermochimica Acta, 2008, 474(s 1-2): 32-35.

[11] LUO Hong-bo (羅洪波), JIANG Shao-zhi (姜紹志), ZHONG Ben-he (鐘本和), et al. An investigation on the reaction mechanism of decomposing phosphate ore with urea sulfate (硫酸脲分解磷礦反應(yīng)機(jī)理探討) [J]. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities (高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)), 2003, 17(6): 673-678.

[12] LI Cheng-rong (李成蓉), ZHONG Ben-he (鐘本和), ZHANG Yun-xiang (張?jiān)氏?. Dissolution kinetics of Jinhe phosphate rock in mixture of sulfuric and phosphoric acids (金河磷礦在硫、磷混酸中的溶解動(dòng)力學(xué)) [J]. Journal of C hemical Industr y an d Engineering (化工學(xué)報(bào)), 1998, 49(3): 335-341.

[13] LIU Dai-jun (劉代俊), ZHONG Ben-he (鐘本和), ZHANG Yun-xiang (張?jiān)氏?. Liquid and solid phase reaction kinetics of phosphoric acid complex system (I) diffusion and reaction mechanism in fractal media (磷酸復(fù)雜系統(tǒng)液固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)(I) 分形介質(zhì)中的擴(kuò)散與反應(yīng)機(jī)理) [J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (化工學(xué)報(bào)), 2000, 51(5): 620-625.

[14] LIU Dai-jun (劉代俊), ZHONG Ben-he (鐘本和), ZHANG Yun-xiang (張?jiān)氏?. Reaction kinetics of phosphoric acid complex system (II) experimental study on digestion kinetics of phhosphate ore particle system (磷酸復(fù)雜系統(tǒng)液固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)()Ⅱ磷礦顆粒系統(tǒng)酸解動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究) [J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (化工學(xué)報(bào)), 2001, 52(1): 28-34.

[15] YAN Yong-hua (嚴(yán)永華), LIU Qi-chong (劉期崇), XIA Dai-kuan (夏代寬), et al. Reaction kinetics of phosphate ore in phosphoric acid (磷酸分解磷礦石的動(dòng)力學(xué)) [J]. Journal of Chem ical En gineering of Chine se Uni versities (高校化學(xué)工程學(xué)報(bào)), 1998, 12(3): 265-270.

[16] GONG Chang-sheng (貢長(zhǎng)生), MEI Yi (梅毅), HE Hao-ming (何浩明), et al. Techology and application of advanced phosphorus chemical engineering (現(xiàn)代磷化工技術(shù)和應(yīng)用) [M]. Beijing (北京): Chemical Industry Press (化學(xué)工業(yè)出版社), 2013.

[17] TU Min-rui (涂敏瑞), ZHOU Jin (周進(jìn)). Kinetics of acidulation of phosphate rock with a mixture of phosphoric and sulfuric acids (硫磷混酸分解磷礦反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究) [J]. Chemical Engineering(China) (化學(xué)工程), 1995, 23(1): 62-66.

[18] WU Pei-zhi (吳佩芝). Wet-process phosphoric acid (濕法磷酸) [M]. Beijing (北京): Chemical Industry Press (化學(xué)工業(yè)出版社), 1987.

[19] Hunan Province geological testing institute (湖南省礦產(chǎn)測(cè)試?yán)醚芯克?. Analysis of phosphate rock (磷礦石分析) [M]. Beijing (北京): Geological Publishing House (地質(zhì)出版社), 1995.

[20] Sing K S W. Reporting physisorption data for gas/solid systems – with special reference to the determination of surface area and porosity, International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) [J]. Pure & Applied Chemistry, 1982, 54(11): 2201-2218.

Effects of Sulfuric Acid Leaching on Physical Properties of Phosphate Ore

ZHENG Ling-zhi1, DOU Yan1, SUN Xiang-bin1, SHEN Hao2, ZHENG Zhi-yin2, LIU Rong2, CUI Peng1
(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China；2. Anhui Liuguo Chemical Co., Ltd., Tongling 244000, China)

Sulfuric acid leaching of phosphoric ore was investigated under conditions of reaction temperature 80℃, stirring speed 300 r·min-1and reaction time 180 min. SEM, XRD, EDS, BET and particle size analysis were used to characterize the resultant crystals. Atomic absorption spectrophotometer (AAS) was employed to determine ion concentrations. The results show that phosphate ore is almost decomposed and changed to CaSO4·2H2O grain after 120 min. The crystals of CaSO4·H2O grow on the surface of phosphate ore at the beginning, which peel off from the surface after reaching to certain limit with ore structure collapsed. The average particle size increases first and then decreases. The hysteresis loop of nitrogen adsorption isotherms changes from H3 into H4.

phosphoric acid production； calcium sulphate dehydrate； crystallization； chemical processes

TQ126.3

A

10.3969/j.issn.1003-9015.2016.06.019

1003-9015(2016)06-1366-06

2016-03-21；

：2016-06-14。

安徽省創(chuàng)新環(huán)境建設(shè)專項(xiàng) (1606a1003040)。

鄭凌志(1994-)，男，安徽六安人，合肥工業(yè)大學(xué)碩士生。

：崔鵬，E-mail：cuipeng@hfut.edu.cn