超聲波對磷礦酸解強(qiáng)化作用的研究.pdf

1、液固反應(yīng)是礦物化學(xué)處理最常見的加工方法之一。在磷礦酸解反應(yīng)過程中，隨著礦物的溶解，將出現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物的擴(kuò)散和結(jié)晶。當(dāng)結(jié)晶過程在固體反應(yīng)物顆粒表面進(jìn)行時，顆粒表面有可能會形成—層固態(tài)薄膜包裹顆粒表面，阻礙礦物的繼續(xù)分解，減緩甚至終止礦物的溶解反應(yīng)過程。 聲化學(xué)是化學(xué)、化工的一個新分支，超聲作用能強(qiáng)化傳質(zhì)，提高反應(yīng)過程速率。本文根據(jù)固—液體系中超聲波空化引起的表面效應(yīng)、聚能效應(yīng)、湍動效應(yīng)和微擾效應(yīng)，對超聲波強(qiáng)化液—固傳質(zhì)的機(jī)理作了初步的

2、探討。硫酸分解磷酸是磷肥工業(yè)中最重要的液固分解反應(yīng)，本研究從磷礦酸解液—固反應(yīng)著手，通過對比的方法，探討常規(guī)的液—固反應(yīng)體系施加超聲波后，超聲的聲強(qiáng)、時間、溫度對磷礦酸解的影響。 實驗結(jié)果表明，在一定的條件下，超聲波能促進(jìn)磷礦酸解反應(yīng)的進(jìn)行，加快反應(yīng)速率，并具有細(xì)化、均化結(jié)晶的作用，但是超聲作用不會改變結(jié)晶性質(zhì)、晶格結(jié)構(gòu)和晶體組成。超聲波不僅存在“熱效應(yīng)”也存在“非熱效應(yīng)”。 實驗結(jié)果表明，磷礦分解率隨著超聲功率、反應(yīng)時

3、間和水浴溫度的增加而提高。當(dāng)超聲波功率增大，超聲密度就越大，溶質(zhì)分子運動速度增加，強(qiáng)化空化產(chǎn)生的沖擊流，對磷石膏的侵蝕力度也加強(qiáng)，因此提高磷礦分解率。在反應(yīng)初期，CaSO<,4>晶體尚未形成，擴(kuò)散過程主要依靠濃度差作為推動力，反應(yīng)速度快，升高溫度能促進(jìn)擴(kuò)散或反應(yīng)過程的進(jìn)行，無論有無超聲作用對磷礦的酸解率差別并不大。固態(tài)膜形成后，在超聲波作用下空化泡崩潰，在極短時間內(nèi)和極小空間中產(chǎn)生幾千K的高溫，伴生強(qiáng)烈的沖擊波和微射流，強(qiáng)化傳質(zhì)過程，因

4、此在超聲波作用下磷礦的分解率比無超聲作用時的分解率高。在實驗室條件下，通過正交實驗，初步研究了最適宜工藝條件，硫酸濃度98％，超聲波功率80W，反應(yīng)時間30min，反應(yīng)溫度60℃。 反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系符合阿累尼烏斯方程。利用固體粒度不變的縮芯模型回歸實驗數(shù)據(jù)，得到宏觀動力學(xué)模型。超聲波中磷礦酸解的傳質(zhì)過程為擴(kuò)散控制階段，動力學(xué)方程為：k=0.879exp(-2.988×10<'3>/RT)，活化能Ea為2.988kJ/mo