CN107814369A - 快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，包括：将磷矿原料于900～1100℃下进行煅烧；根据磷矿原料煅烧前后的重量差计算钙镁元素的总摩尔量；按照铵离子的摩尔量与钙镁元素的总摩尔量比为1.1～1.3：1，构建磷矿与铵离子水溶液体系进行浸取反应。采用本发明的上述快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，根据计算值判断初始构建浸取反应体系时硝酸铵的浓度和体积，在最适的底物比下进行浸取、浸取中加入最适地硝酸量，从而提升浸取效率、降低浸取成本。

Description

快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法及应用

技术领域

本发明涉及磷矿加工技术领域，尤其涉及一种快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法及应用。

背景技术

我国磷矿贮量居世界第二位，但贮量的80％左右是中低品位磷矿，其中多为难选的中低品位胶磷矿，矿物颗粒细、嵌布紧密，伴生镁等杂质较高，它会降低磷矿石的品位，增大磷矿湿法处理时的硫酸消耗，影响磷酸及磷酸盐深加工的过程及产品的质量。传统中对于中低品位的磷矿进行选矿处理，以此来降低磷矿中镁等杂质的含量，然后再进行下一步深加工，以降低后续磷矿利用的难度。但选矿后会产生难以处理的磷尾矿，并且磷的损失率较大。

为了提升在肥料制备的原料的品质，贵州省化工研究院在专利号为ZL201510226362.7名称为“一种由中低品位磷矿制取磷精矿副产碳酸钙、氧化镁的工艺”的发明专利中提出了一种对中低品位磷矿进行加工去除其中的钙镁杂质，过程包括将中低品位磷矿为主要原料在900～1100℃的温度下煅烧，并将煅烧后的煅烧渣依次用60～100℃的水进行消化、硝酸铵溶液浸取，最后再经过硫酸铵溶液浸取得到磷精矿，能够有效地将煅烧渣中氧化钙、氧化镁中钙、镁元素分离，提高磷精矿中五氧化二磷的含量。

但是以上步骤的浸取过程在具体的实施中，由技术人员根据经验对底物量、反应条件进行控制，使得反应的浸取速率和效率都达不到要求，造成浸取率无法良好重现，最终制备的磷精矿的杂质达不到标准；且以上方法中技术人员的实施经验针对的是中低品位磷矿原料，当原料是杂质含量差别比较大的其他品味磷矿，根据经验按照以上专利的细节条件进行浸取操作时浸取效率更差，且无法应用于工业化大量生产。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，旨在快速确定磷矿浸取过程中所需要的适当的浸取液的反应条件、浸取液初始加入量等，从而严格提升磷精矿制备过程中杂质钙/镁的浸取效率。并且采用上述方法根据计算值判断初始构建浸取反应体系时硝酸铵的浓度和体积，在最适的底物比下进行浸取、浸取中加入最适地硝酸量，从而提升浸取效率、降低浸取成本。

为实现上述目的，本发明提供的快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，包括如下步骤：

将磷矿原料于900～1100℃下进行煅烧；

根据磷矿原料煅烧前后的重量差计算钙镁元素的总摩尔量；

按照铵离子的摩尔量与所述钙镁元素的总摩尔量比为1.1～1.3：1，构建磷矿与铵离子水溶液体系进行浸取反应。

优选的，上述快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法中，所述磷矿与铵离子水溶液体系中铵离子浓度为0.5～3mol/L。

优选的，上述快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法中，所述浸取反应中还包括向磷矿与铵离子水溶液体系中添加硝酸，且加入的硝酸摩尔量与铵离子摩尔量比为0.1～0.2：1。

优选的，上述快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法中，所述浸取反应包括：

加入硝酸调整水溶液体系的pH为7.2～8.2进行钙浸取；

加入硝酸调整水溶液体系的pH为6.5～7.2进行镁浸取。

优选的，上述快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法中，所述铵离子供体为硝酸铵、硫酸铵、氯化铵中的一种或多种。

优选的，上述快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法中，所述浸取反应于20～80℃温度中进行。

优选的，上述快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法中，所述浸取反应时间为0.5～3h。

优选的，上述快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法中，所述煅烧步骤之后还包括粉碎步骤，所述粉碎步骤为：

将煅烧后的磷矿粉碎至粒径小于等于3毫米。

在本发明上述快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件方法的基础上，同时还提出上述方法在磷肥制备中的应用。采用本发明的方法可以适用于多种不同品位的磷矿，通过快速确定浸取反应体系条件并进行控制，除了能获得满足肥料生产中的磷矿石原料的品质要求外，还能大大加快工艺效率，促进大量生产和产业化应用。

具体实施方式

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，方法步骤包括：

S10，获取磷矿原料并于900～1100℃下进行煅烧；

S20，根据磷矿原料煅烧前后的重量差计算钙镁元素的总摩尔量；

S30，按照铵离子的摩尔量为钙镁元素的总摩尔量的1.1～1.3倍，构建磷矿与铵离子水溶液体系进行浸取反应。

本发明的上述快速确定浸取条件的方法，是根据热解前和热节后的矿粉重量差计算可以浸提的钙镁杂质元素的含量，在这一含量的基础上进一步确定最适合的进行浸取反应体系构建时的铵离子的摩尔总量，使浸取反应在最适当的反应的底物配比和效率的范围下进行，从而提升浸取效率、降低浸取成本。

本发明的上述方法中，磷矿原料中含有的成分为磷灰石，以及以白云石(CaCO₃·MgCO₃)、方解石(CaCO₃)和氟磷灰石(Ca₅F(PO₄)₃)形态存在的钙、镁、氟等杂质、以及倍半氧化物(Fe₂O₃/Al₂O₃等)以及少量的水和有机物。在煅烧的过程中，主要的钙镁杂质进行形态转化，白云石和方解石在煅烧温度750℃以上时就开始分解，如下：

CaCO₃·MgCO₃＝CaO+MgO+2CO₂(g)；CaCO₃＝CaO+CO₂(g)；

因此煅烧处理之后，磷矿原料中的钙、镁杂质转化成CaO、MgO的氧化物形态、与磷共同存在煅烧渣中。所以，在煅烧的过程中磷矿原料损失的CO₂量，基本上可以被认为是后续需要进行浸取的CaO、MgO量在理论上是1:1的摩尔数对应关系，从而可以根据重量损失初步得出需要浸取的钙镁杂质的摩尔数。(虽然煅烧中磷矿原料损失的重量不等于就是钙镁碳酸盐的分解量，因为在煅烧过程中水分、F、和有机物也一并的转化成气体排出，也会造成重量损失；但是由于所购买磷矿原料中水分、F、有机物的量比较少，对整体的重量损失影响不大，而且这影响系数可以通过煅烧中搜集的CO₂的生成量进行对比修正，修正之后的煅烧损失重量即为煅烧过程中的钙镁碳酸盐的分解量)

进一步步骤S30根据以上所得到的不同磷矿中待进行钙镁杂质浸取的摩尔数，按照铵离子的摩尔量为钙镁元素的总摩尔量的1.1～1.3倍，计算浸取反应初始需要加入硝酸铵的浓度和体积，来构建铵离子水溶液的浸取反应体系，对磷矿中的钙镁杂质进行浸取。为了保证反应速率以及反应过程中动力常数，构建的浸取反应体系的铵离子浓度为0.5～3mol/L，通常可以选用1mol/L的标准浓度进行实施。

通常铵离子的供体可以采用硝酸铵/氯化铵/硫酸铵，本发明中以硝酸铵为最优实施方案进一步对浸取细化描述，浸取反应的过程中，硝酸铵反应溶液，对钙进行浸取；在该步骤的发生的反应过程为，

CaO+H₂O+NH₄NO₃→Ca²⁺+NO₃ ⁺+H₂O+NH₃(g)；同时，另一主要杂质镁的反应过程为，

MgO+H₂O+NH₄NO₃→Mg²⁺+NO₃ ⁺+H₂O+NH₃(g)；

反应过程中，一方面由于两种杂质的浸取需要在各自适当的pH条件下才能进行，另一方面由于反应的过程中酸性铵根离子被逐渐消耗造成体系的pH升高，因此本发明步骤S30在浸取反应的过程中进一步通过加入硝酸(当然，如果之前铵离子供体为氯化铵/硫酸铵，那么此时对应加入盐酸或硫酸)调节浸取反应进行的条件，加入硝酸的摩尔量为铵离子摩尔量的0.1～0.2倍。

加入硝酸可以缓步加入，具体根据浸取的目的而定，比如可以先加入硝酸调整浸取反应体系的pH为7.2～8.2进行钙浸取，浸取之后再继续加入硝酸调整反应体系的pH至6.5～7.2进行镁浸取。

进一步在步骤S30设计浸取反应的条件过程中，反应体系的温度控制20～80℃范围；优选的温度范围为60～80℃，温度过高或者过低变化的情况下，在该步骤中会进一步影响pH的变化，造成反应体系的条件变化，所以温度变化过大的情况下要注意跟进pH值的调节，以免影响浸取反应的效率和最终的产品品质。如果维持pH不变的情况下，优选反应的温度为10℃的变化范围内波动。通常在本发明的上述条件的采用后，浸取反应能比较顺畅高效地进行，反应过程控制0.5～3h之间即可浸取完成。

采用本发明的上述快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，根据计算值判断初始构建浸取反应体系时硝酸铵的浓度和体积，在最适的底物比下进行浸取、浸取中加入最适地硝酸量，从而提升浸取效率、降低浸取成本。并且浸取反应的浸取效率，后续还可以从浸取后矿渣减少量与煅烧过程中热解的减少量这两个数据进一步验证，验证浸取效率是否完成目标。当然，这两个验证的重量数据之间会存在一定的系数差，但是在一定的范围内。

在本发明上述快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件方法的基础上，同时还提出上述方法在磷肥制备中的应用。因此，本发明的方法可以适用于多种不同品位的磷矿，通过快速确定浸取反应体系条件并进行控制，除了能获得满足肥料生产中的磷矿石原料的品质要求外，还能大大加快工艺效率，促进大量生产和产业化应用。

为使本发明上述的方法细节更利于本领域技术人员的理解和实施，以及验证本案快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法实施中对磷矿浸取效率的进步性，以下通过具体的实施例来对本案的上述内容进行举例说明。

实施例1

S10，将购买的中低品位磷矿原料5kg(瓮福集团)，于900℃的煅烧炉中煅烧1.5h，获取煅烧渣；并对煅烧样的重量数据进行统计，结果如下表：

S20，根据以上灼烧的失量计算后对应的钙镁的总摩尔数；

S30，将煅烧渣粉碎3mm以下的粒径，并按照如下铵离子的摩尔量为钙镁元素的总摩尔量的1.1～1.3倍，构建硝酸铵的水溶液体系(硝酸铵的浓度采用1mol/L的标准浓度)对煅烧渣进行浸取，并且在浸取的过程中补充铵离子的摩尔量0.1～0.2倍的硝酸，先调整浸取反应体系pH为7.6～7.8，反应1h后继续添加硝酸调整反应体系的pH至6.8～6.9反应1h，结束；然后进行固液分离(通常实施中可以采用压滤的方式进行，但是实施中技术人员可以根据便利性选择沉降、离心等相类似的方式进行，并不限定于压滤)，取固相颗粒进行成分检测。为了验证对照效果，每组实验样品100g，反应完成之后统计结果。

同时，为了突出反应体系条件的对比，将铵离子在上述范围之外(铵离子的摩尔量为钙镁元素的总摩尔量的0.7～1倍、1.4～1.6倍)的摩尔量作为本实施例的对比实例进行试验，并检测浸取渣的成分含量，分析最终的煅烧样的浸取结果如下表：

实施例2

S10，将购买的磷矿原料5kg(未知品次)，于1000℃的煅烧炉中煅烧1.5h，获取煅烧渣；并对煅烧样的重量数据进行统计，结果如下表：

后续同样按照与实施例1相同的步骤对构建反应体系的实验组和对比组，完成之后检测浸取渣的成分含量，分析最终的煅烧样的浸取结果如下表：

在以上实施的结果及其对比的数据之中，相比之下，本发明的方法直接快速确定的钙镁浸取反应的条件体系，并且按照该条件控制浸取反应，使浸取反应在最适当的反应的底物配比和效率的范围下进行，从结果上还可以看出具有较好的浸取效率，并且缩短了时间、降低了浸取成本。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将磷矿原料于900～1100℃下进行煅烧；

根据磷矿原料煅烧前后的重量差计算钙镁元素的总摩尔量；

按照铵离子的摩尔量与所述钙镁元素的总摩尔量比为1.1～1.3：1，构建磷矿与铵离子水溶液体系进行浸取反应。

2.如权利要求1所述的快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，其特征在于，所述磷矿与铵离子水溶液体系中铵离子浓度为0.5～3mol/L。

3.如权利要求2所述的快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，其特征在于，所述浸取反应中还包括向磷矿与铵离子水溶液体系中添加硝酸，且加入的硝酸摩尔量与铵离子摩尔量比为0.1～0.2：1。

4.如权利要求1至3任一项所述的快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，其特征在于，所述浸取反应包括：

加入硝酸调整水溶液体系的pH为7.2～8.2进行钙浸取；

加入硝酸调整水溶液体系的pH为6.5～7.2进行镁浸取。

5.如权利要求1至3任一项所述的快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，其特征在于，所述铵离子供体为硝酸铵、硫酸铵、氯化铵中的一种或多种。

6.如权利要求1至3任一项所述的快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，其特征在于，所述浸取反应于20～80℃温度中进行。

7.如权利要求1至3任一项所述的快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，其特征在于，所述浸取反应时间为0.5～3h。

8.如权利要求1至3任一项所述的快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法，其特征在于，所述煅烧步骤之后还包括粉碎步骤，所述粉碎步骤为：

将煅烧后的磷矿粉碎至粒径小于等于3毫米。

9.如权利要求1至8任一项所述的快速确定磷矿钙镁浸取工艺条件的方法在肥料制备中的应用。