磷酸-無(wú)機(jī)酸-鹽-水-磷酸三丁酯四元體系液液相平衡的研究.pdf

1、隨著社會(huì)對(duì)磷需求的日益增長(zhǎng)，磷礦資源逐漸貧化。從中低品位磷礦直接制取高品質(zhì)磷酸的技術(shù)得到飛速發(fā)展。但該法最大的缺點(diǎn)是雜質(zhì)種類繁多且含量較高。目前，國(guó)內(nèi)外所應(yīng)用的最為常用的濕法磷酸凈化法是溶劑萃取。但仍然有眾多問(wèn)題亟待研究，如液-液相平衡數(shù)據(jù)的缺乏，萃取過(guò)程的優(yōu)化，萃取設(shè)備的改進(jìn)等。液-液相平衡數(shù)據(jù)用以設(shè)計(jì)萃取設(shè)備和評(píng)估萃取流程，同時(shí)也是仿真模擬以及流程放大的重要參數(shù)，并可以此來(lái)探索溶劑萃取的機(jī)理。
　　本文測(cè)定7個(gè)體系(磷酸-無(wú)機(jī)

2、酸/鹽-水-磷酸三丁酯(tri-n-butyl phosphate，TBP)）的液-液相平衡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及密度、黏度等物理性質(zhì)，并計(jì)算了各溶質(zhì)的分配系數(shù)、分離因子等，用以判斷TBP對(duì)各物質(zhì)的萃取能力。采用理論模型NRTL、Pitzer方程等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，采用關(guān)聯(lián)模型Hand方程、Othmer-Tobias方程和Bachman方程等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。
　　濕法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中必然會(huì)因加入過(guò)量酸解液而產(chǎn)生磷酸-無(wú)機(jī)酸混合液。相應(yīng)完成H3PO

3、4-HCl/H2SO4/HNO3-H2O-TBP三個(gè)體系的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)定，并計(jì)算各溶質(zhì)的分配系數(shù)，獲得在相同濃度范圍內(nèi)，不同的無(wú)機(jī)酸溶液中，TBP萃取H3PO4的分配系數(shù)大小順序:HCl＞H2SO4＞HNO3，這幾種質(zhì)子酸被TBP萃取的先后順序?yàn)镠NO3＞H3PO4＞HCl＞H2SO4。
　　因磷礦石中鈣含量較高，濕法磷酸難免會(huì)含有大量鈣離子。如硝酸法磷酸含有硝酸鈣。本文考察了H3PO4濃度在2.5％-17.5％、Ca(NO3)2在

4、0-15％間的H3PO4-Ca(NO3)2-H2O-TBP體系的萃取實(shí)驗(yàn)。當(dāng)初始混合液中溶質(zhì)含量上升時(shí)，水相析出Ca(H2PO4)2·H2O晶體。依據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)了溶劑萃取法生產(chǎn)磷酸二氫鈣的工藝。
　　本文還考察了鹽析作用對(duì)TBP萃取H3PO4的影響。依據(jù)濕法磷酸中金屬離子種類，本文選取NaCl、Na2SO4、K2SO4作鹽析劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí):鹽能促進(jìn)TBP對(duì)H3PO4的萃取，即鹽濃度越高，H3PO4萃取越容易。不同的鹽對(duì)TB

5、P萃取H3PO4的促進(jìn)作用不同，Na+的存在較K+更容易促進(jìn)萃取。Na2SO4以及K2SO4對(duì)TBP萃取的作用較為近似，而NaCl較KCl對(duì)TBP萃取的促進(jìn)作用更顯著。
　　另外，本課題完成了TBP萃取分離H3PO4-HNO3混合溶液的工藝條件優(yōu)化。以TBP為萃取劑，水作反萃劑。萃取工藝的最佳工藝條件為，振蕩時(shí)間5min、振蕩溫度303.2K、相比A/O（質(zhì)量比）1∶2;在此條件下，硝酸的萃取率可達(dá)0.8。反萃工藝的最佳工藝條件，