论文部分内容阅读
磷石膏为湿法磷酸工艺生产中的副产物。由于其产量大、综合利用率低,严重制约着磷化工行业的可持续发展。针对处理磷石膏所面临的环境问题以及经济效益,考虑到磷石膏的特性、危害以及综合利用方法,本论文主要研究了磷石膏两步法分解制备CaO的反应机理。进行了对磷石膏还原分解过程中的热力学分析研究,以及中间还原产物CaS的氧化反应机理和影响因素的热力学分析和动力学研究,初步进行了流态化过程冷态实验。本论文得到的主要研究成果如下：1.用F act Sage 6.1计算结果表明:磷石膏在CO作为还原气氛下温度900℃以下将还原成CaS,900℃以上可以还原成CaO；而CaS与02发生氧化反应生成CaS04和CaO是平行竞争反应,温度超过1000℃时CaS主要氧化成CaO,温度低于1000℃时CaS主要氧化成CaS04。2.研究了磷石膏两步法分解过程,磷石膏在CO气氛下进行还原,然后将还原产物在空气气氛下氧化生成CaO,并且验证了用空气作为氧化气氛是合理和经济的。N2对磷石膏的分解以及CaO的生成没有影响,而CO2的存在一定条件下会促进CaO的生成,对磷石膏的分解没有不利的影响。同时用热重分析、XRD以及XRF结果表明,在温度超过1000℃条件下,磷石膏在还原气氛-氧化气氛循环两次分解生成CaO是可行的,当温度达到1100℃时,CaO的转化率达到90.75%。3.研究了磷石膏在空气气氛下流态化实验冷态过程中,用校正好的转子流量计测得磷石膏的初始流化速度为0.665 m/s,带出速度为1.055 m/s。采用热分析技术以及Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法以及Coats-Redfem法等动力学理论分析,得到还原产物CaS氧化反应的动力学参数活化能E的值为257.35kJ/mmol,指前因子的对数1nA为25.37,最有可能的机理模型为Jnder公式中三维球对称的模型,并得到了还原产物CaS氧化反应的机理函数的积分式、微分式以及在热分解过程中质量转化率对时间的关系式；同时也得到了分析纯CaS氧化反应的动力学参数活化能E的值为243.60kJ/mol,指前因子的对数lnA为22.76。机理模型是颗粒表面氧化发生球对称性收缩过程,并计算分析得到其机理函数积分式、微分式和热分解过程中质量转化率对时间的关系式。