本文選題：磷石膏　切入點：綜合利用　出處：《武漢工程大學》2016年碩士論文

【摘要】：磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物,截至2011年,我國磷石膏累計產(chǎn)生量超過3億噸,堆存量超過2.5億噸。長期堆存磷石膏不僅占用大量土地資源,造成環(huán)境污染,還會給生產(chǎn)企業(yè)征地和建堆場帶來很大的經(jīng)濟負擔。但是現(xiàn)有的磷石膏開發(fā)利用技術水平較為滯后,綜合利用成本偏高,且產(chǎn)品市場需求不大,不利于推廣。故本文提出一種雙極膜電滲析法(BMED)循環(huán)利用磷石膏的新工藝:第一步將磷石膏分解為可溶性硫酸鹽溶液,副產(chǎn)碳酸鈣或氫氧化鈣;第二步采用雙極膜電滲析技術將可溶性硫酸鹽溶液分解為硫酸和堿,硫酸可循環(huán)用于分解磷礦,堿則可循環(huán)用于分解磷石膏。論文主要研究內(nèi)容及結果如下:1、通過對比氫氧化鈉和碳酸鈉分解轉化磷石膏的效果,發(fā)現(xiàn)用氫氧化鈉將磷石膏分解轉化為硫酸鈉和氫氧化鈣的工藝更具優(yōu)勢,而且得到的硫酸鈉溶液電滲析后堿室產(chǎn)物氫氧化鈉可直接回用于分解磷石膏,故最終選用氫氧化鈉作為分解磷石膏的試劑。然后采用單因素實驗的方法,考察分解磷石膏制備硫酸鈉過程中諸多因素對硫酸根轉化率的影響,確定了制備硫酸鈉的最佳工藝條件:氫氧化鈉用量比(實際用量與理論用量的質(zhì)量比)為1.2、液固比3.5、反應溫度20℃、反應時間3h,在此條件下,磷石膏中硫酸根的回收率可達87.57%。2、在利用磷石膏分解液進行雙極膜電滲析分解實驗之前,預先實驗考察雙極膜電滲析分析純的硫酸鈉溶液制備酸堿的情況,判斷其可行性。實驗結果表明,雙極膜電滲析可以將硫酸鈉溶液成功分解為硫酸和堿,且該工藝產(chǎn)物選擇性高、過程穩(wěn)定、流程短、操作簡單。3、確定雙極膜電滲析法分解硫酸鹽制備酸堿的可行性后,下一步考察并對比分析純的硫酸鈉溶液和磷石膏分解液電滲析過程中,通電方式、鹽室料液啟動濃度、電流密度、通電時間等參數(shù)對鹽室料液分解率、分解能耗和電流效率的影響。綜合分析實驗結果可得,對于純硫酸鈉溶液,當鹽室啟動料液濃度為0.758mol/L,通入恒定15.8m A/cm2電流密度時,分解率可達95.78%,電流效率可達93.4%,而能耗2.0643k Wh/kg也相對較低;對于磷石膏分解液,在通電至電壓明顯升高時,隨著電流密度的增大,硫酸鈉分解率基本不變,但分解能耗上升,電流效率下降;隨著通電時間變長,分解率先上升后基本不變,而能耗上升,電流效率下降,說明企業(yè)在生產(chǎn)中應以盡量小的電流密度電滲析磷石膏分解液,以降低生產(chǎn)成本。對比兩者的電滲析結果,發(fā)現(xiàn)磷石膏分解液中的雜質(zhì)以及其他離子會對電滲析過程造成負面影響,需在電滲析前進行預處理。4、對雙極膜電滲析后堿室和酸室溶液循環(huán)利用的途徑和可行性進行了分析,并對其經(jīng)濟性進行了估算。堿室、酸室溶液可分別回用于分解磷石膏和生產(chǎn)濕法磷酸,但是其濃度均低于生產(chǎn)的要求,需預處理達到生產(chǎn)所需的濃度后方能投入使用;通過經(jīng)濟性估算得出該法暫不具備經(jīng)濟性效益的結論,但是隨著國家對環(huán)保需求的增長,該法具有良好的發(fā)展前景。5、對電滲析傳質(zhì)過程及離子在雙極膜內(nèi)的傳遞過程進行了理論分析。得出影響傳質(zhì)過程的主要因素為濃度差與電勢差,簡化后得出傳質(zhì)速率方程;根據(jù)雙極膜水解離機理及膜內(nèi)傳質(zhì)過程得出產(chǎn)生酸堿量的計算公式,以及產(chǎn)堿濃度隨時間變化的方程,該方程表明傳質(zhì)速率隨工作電流的增加而增加,隨堿室內(nèi)溶液濃度增大而減小。雙極膜電滲析法循環(huán)利用磷石膏工藝具有節(jié)能減排、綠色環(huán)保的特點,有效地分解了磷石膏并將硫酸鈉轉化為氫氧化鈉和硫酸,循環(huán)利用于濕法磷酸生產(chǎn)和磷石膏分解過程中,解決了磷石膏綜合利用的成本及產(chǎn)品銷路問題,具有較好的發(fā)展前景。
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【學位授予單位】：武漢工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ177.375

【參考文獻】

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本文編號：1663106