黄磷渣制备白炭黑联产硝酸钙工艺研究

摘要

黄磷渣是电炉法生产黄磷时产生的固体废弃物，主要成分为硅酸钙。近年来，随着黄磷产业的快速发展，黄磷渣的产量也呈快速增长的趋势，导致黄磷渣大量堆置，不仅占用大面积的土地资源，而且磷渣中有害成分可随降水逐渐溶出，污染土壤及水体，破坏生态环境。目前，黄磷渣主要用于生产水泥、混凝土或硅肥等，但存在利用率低、产生价值小的缺点。本论文采用硝酸酸浸工艺实现黄磷渣中的硅钙分离制得粗品白炭黑，并对粗制白炭黑进行精制，制备出高纯度、高白度的白炭黑产品，同时对浸出液进行硝酸钙的回收，成功开发出一条综合利用黄磷渣的新工艺，主要结果如下:
　　(1)硝酸酸浸黄磷渣粗制白炭黑。设计单因素实验和正交试验考察了硝酸用量、液固比、黄磷渣粒度、搅拌转速、反应时间和反应温度因素对白炭黑白度的影响。最优工艺条件为:硝酸用量为140％，黄磷渣粒度为150μm，搅拌速率为300r/min，反应时间为110min，反应温度为75℃，液固比为12.5∶1。在最优工艺条件下制备的自炭黑产品白度为71.4％，纯度为96.2％。各个因素对制各自炭黑影响的大小为:硝酸用量＞黄磷渣粒度＞反应温度＞反应时间＞液固比＞搅拌转速。
　　(2)NaOH溶液精制粗品白炭黑。设计单因素实验和正交试验考察NaOH溶液、液固比、反应温度、反应时间、搅拌转速对白炭黑产率的影响。最优工艺条件为:NaOH溶液浓度为12.5％，液固比为12.5∶1，反应温度为85℃，反应时间为60min，搅拌转速为300r/min。在最优工艺条件下制得的白炭黑产品产率为80.3％，白度为96.2％，纯度为99.3％，扫描电镜、红外光谱分析为无定型的水合二氧化硅。各个因素对白炭黑精制过程影响的大小为:NaOH溶液浓度＞反应温度＞搅拌速率＞反应时间。
　　(3)结晶回收硝酸钙。单因素实验法得到制备硝酸钙晶体的最佳工艺条件:诱导时间为30min、结晶温度为-8℃、陈化时间为3h。在最佳工艺条件下，得到的硝酸钙产品产率达到45.3％，硝酸钙含量为99.94％，该指标符合行业HG3787-2005所规定的硝酸钙含量标准。通过显微镜观察、红外光谱分析，热重分析对产品进行表征，制备得到的产品为直径基本相等，但长度不等的单斜晶体，热重分析产品与四水硝酸钙的高温失重相符。
　　本论文采用酸浸法和碱溶法相结合的手段，成功制备出高纯度、高白度的白炭黑产品，并对实验产生的废液进行回收利用，提高黄磷渣的综合利用率，达到节能减排、绿色环保的目的，而且降低了工业上生产白炭黑和硝酸钙产品的成本，开发出一条充分利用黄磷渣的新工艺流程，具有很好的应用和发展前景。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 黄磷渣的概述

1．2 黄磷渣的应用

1．2．1 黄磷渣生产农用硅肥

1．2．2 黄磷渣生产水泥

1．2．3 黄磷渣生产混凝土

1．2．4 黄磷渣在微晶玻璃中的应用

1．2．5 黄磷渣生产白炭黑

1．3 白炭黑的发展现状

1．3．1 白炭黑概述

1．3．2 白炭黑的应用

1．3．3 白炭黑的制备方法

1．4 硝酸钙发展现状

1．4．1 硝酸钙概述

1．4．2 硝酸钙的生产

1．5 研究目的与内容

1．5．1 研究的目的

1．5．2 研究的内容

2 白炭黑的制备

2．1 实验试剂和设备

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验设备

2．2 实验工艺流程及实验装置

2．3 实验方法

2．4 实验设计

2．4．1 单因素实验设计

2．4．2 正交试验设计

2．5 分析方法

2．5．1 二氧化硅含量的测定

2．5．2 二氧化硅白度的测定

2．6 结果与讨论

2．6．1 硝酸用量对白炭黑白度的影响

2．6．2 液固比对白炭黑白度的影响

2．6．3 黄磷渣粒度对白炭黑白度的影响

2．6．4 反应温度对白炭黑白度的影响

2．6．5 反应时间对白炭黑白度的影响

2．6．6 搅拌转速对白炭黑白度的影响

2．6．7 验证实验

2．6．8 正交试验结果分析

2．7 本章小结

3 白炭黑的精制

3．1 实验试剂和设备

3．1．1 实验试剂

3．1．2 实验设备

3．2 实验工艺流程及实验装置

3．3 实验方法

3．4 实验设计

3．4．1 单因素设计

3．4．2 正交试验设计

3．5 分析方法

3．6 结果与讨论

3．6．1 NaOH浓度对白炭黑产率的影响

3．6．2 液固比对白炭黑产率的影响

3．6．3 反应温度对白炭黑产率的影响

3．6．4 搅拌转速对白炭黑产率的影响

3．6．5 反应时间对白炭黑产率的影响

3．6．6 验证实验

3．6．7 正交试验结果分析

3．7 产品表征

3．7．1 白炭黑的扫描电镜分析

3．7．2 白炭黑产品的红外光谱分析

3．8 本章小结

4 硝酸钙的回收实验

4．1 前言

4．2 实验原理

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验设备

4．3 实验工艺流程

4．4 实验方法与设计

4．4．1 实验方法

4．4．2 实验设计

4．5 硝酸钙含量的测定

4．6 结果与分析

4．6．1 诱导时间对硝酸钙产率的影响

4．6．2 结晶温度对硝酸钙产率的影响

4．6．3 陈化时间对硝酸钙产率的影响

4．6．4 验证实验

4．7 产品表征

4．7．1 硝酸钙产品的显微镜观察

4．7．2 硝酸钙产品的TGA分析

4．7．3 硝酸钙产品的红外光谱分析

4．8 本章小结

5 结论

5．1 结论

5．2 论文创新点

参考文献

致谢

个人简历