湿法磷酸中氟离子的提取研究

摘要

湿法磷酸工艺虽已十分成熟，但仍一直面临着下游产品中杂质多，净化率低的难题。氟就是其中主要杂质之一，本文主要研究了湿法磷酸中氟的分离净化问题。本文以贵州瓮安磷矿为原料，对磷矿浸出液中的氟离子进行分离研究。采用一种新型液液分离的方法------泡膜分离法，首先研究了从磷矿浸出液分离出氟离子以及从有机负载相中反萃出氟离子，接着又深入地从反应机理和动力学方向对这一分离体系进行较为系统的研究。本文不但对湿法磷酸的净化具有重要价值，对我国含氟磷矿的综合利用也具有重要理论参考价值。 对瓮安磷矿进行化学成分分析，结果表明：磷矿属于高品位磷矿，P2O5含量为32.65%，氟含量为3.68%，氟离子浸出率为82.8%；又对分离过程中所用的有机溶剂进行普选，结果表明：以TP35和SO17为复合有机相具有最佳的分离效果，选为本分离体系的有机相。 以TP35和SO17为复合有机相，以硫酸为有机相处理剂，对磷矿浸出中的氟离子进行分离实验，结果表明：在预处理硫酸质量分数为75%，TP35和SO17体积比为7:3，预处理剂硫酸与复合有机相体积比为1:1，复合有机相与水相体积比为1:5，搅拌速率为200r/min，控制温度为90℃，反应50min，氟离子分离效率为98.3%，磷矿浸出液中P2O5的损失率只有2.21%。 负载有机相中的氟离子反萃过程中，选择氢氧化钠为反萃剂，结果表明：当氢氧化钠摩尔浓度为2mol/L，反萃液与负载有机相体积比为10:1，反应30min，反应温度为室温，搅拌速度为200r/min时，氟离子的反萃率可达90.2%，且复合有机相可以循环利用。 对本分离体系的反应过程进行进一步的反应机理研究，结果表明：本分离体系不同于一般的液液萃取分离，它是基于泡膜分离的一种气泡扩散过程，通过气泡理论研究了反应过程中的气泡形成并计算了其直径值，并据此建立了反应过程模型；通过建立反应动力学模型来对本分离体系的反应动力学进行研究，结果表明：本分离体系为混合控制过程即扩散控制和界面反应控制，反应过程的活化能为21.6kJ/mol，并最终求出了本分离体系的宏观动力学方程。

目录

第一章 绪论

1.1 氟及氟资源概况

1.1.1 氟的特点及应用

1.1.2 氟资源概况

1.2 磷矿资源概况

1.2.1 世界磷矿资源概况

1.2.2 中国磷矿资源概况

1.2.3 贵州瓮安磷矿资源概况

1.3 湿法磷酸工艺

1.3.1 盐酸法

1.3.2 硝酸法

1.3.3 硫酸法

1.4 氟对湿法磷酸工艺的影响

1.4.1 氟对湿法磷酸制备过程的影响

1.4.2 氟对湿法磷酸下游产品的影响

1.5 湿法磷酸中氟的分离研究现状

1.5.1 沉淀法

1.5.2 真空浓缩法

1.5.3 汽提法

1.5.4 溶剂萃取法

1.5.5 其他方法

1.6 论文研究的意义及内容

1.6.1 论文的选题意义

1.6.2 论文的研究内容

第二章 实验材料和方法

2.1.1实验原料

2.1.2 实验主要试剂

2.2 实验仪器及设备

2.3 实验工艺路线

2.4 实验方法

2.4.1 氟标准溶液的制备

2.4.2 磷矿浸出液的制备

2.4.3 复合有机相的制备

2.4.4 泡膜分离法提取氟离子

2.5 分析检测方法

2.5.1 磷矿中氟含量的测定

2.5.2 磷矿浸出液中氟含量的测定

2.5.3 磷矿浸出液中P2O5的测定

2.5.4 原子吸收分光光度分析

2.5.5 傅里叶红外光谱 (FTIR) 分析

2.5.6 倒置荧光显微镜分析

3.1 磷矿成分分析

3.1.1 磷矿的化学组分分析

3.1.2 磷矿浸出液成分分析

3.2 有机相的选择

3.2.1 有机相中主分离溶剂的确定

3.2.2 最佳复合分离溶剂的确定

3.3 萃取法与泡膜分离法对氟分离效果对比

3.4 本章小结

第四章 泡膜分离法从湿法磷酸中分离氟离子的研究

4.1从磷矿浸出液中分离氟离子的研究

4.1.1 温度对分离效率的影响

4.1.2 油内比和水油比对氟离子分离效率的影响

4.1.3 预处理剂浓度及其与有机相体积比对氟离子分离效率的影响

4.1.4 反应时间对氟离子分离效率的影响

4.1.5 分离体系的选择性

4.1.6 分离体系的平衡相图

4.2从负载有机相中反萃氟离子的研究

4.2.1 反萃剂的选择

4.2.2 温度对反萃率的影响

4.2.3 反萃剂浓度对反萃率的影响

4.2.4 反应时间对反萃率的影响

4.2.5 反萃剂与负载有机相体积比对反萃率的影响

4.3 复合有机相的循环利用性探究

4.4 本章小结

第五章 泡膜分离反应机理及动力学研究

5.1 泡膜分离反应机理

5.1.1 有机相的红外分析

5.1.2 有机相的倒置荧光显微镜分析

5.1.3 泡膜分离反应的机理反应方程和反应模型

5.1.4 泡膜理论的研究和验证

5.2 泡膜分离反应动力学

5.2.1 阻力区的确定

5.2.2 搅拌速度对分离速度的影响

5.2.3 界面面积对分离速度的影响

5.2.4 宏观动力学方程的确定

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

附录

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