固定床与流化床还原磷矿石的对比研究

摘要

随着经济的高速发展，资源也越来越匮乏，这让我们不得不开发新的能源或技术。如今，在我国比较丰富的磷矿资源也面临着这一困境，而磷酸在国民经济中占有很重要的地位，是许多基础产品的重要原料。
　　目前生产磷酸的工艺方法主要有：湿法磷酸工艺、窑法磷酸工艺、热法磷酸工艺。鉴于热法磷酸工艺的发展前景较大，本论文从磷矿石还原设备的角度入手着重对磷矿的还原做了对比分析。
　　首先，利用高温固定床电炉探索了熔态还原磷矿的工艺条件，探究了温度、反应时间、碳用量、渣碱度对磷矿还原率的影响，获的最佳还原工艺条件是：温度为1350℃、反应时间为60min、碳过剩系数为1.6、渣碱度为2.2、磷矿的还原率达到96.61％。
　　其次，利用固定床反应器模拟了磷矿预处理的装置，探索了磷矿预处理的最佳温度为800℃，预处理时间为20min，还原温度为1300℃，其他条件与未经预处理的条件相同，还原率可达93.09%。通过热重分析、XRD分析及SEM分析，磷矿中的白云石和方解石在800℃是大部分分解，这使得磷矿在还原反应中迅速形成液相加快了还原反应的进程，从而达到了降低温度的目的。通过对比分析，经过预处理的磷矿还原效果明显优于未经预处理的情况。
　　再次，利用流化床反应器探索磷矿在流化床反应器内还原的各个影响因素，并与固定床反应器做对比研究。实验结果表明在温度为1300℃、氮气流量为500L/h、硅钙比为2.2、碳过剩系数为1.6、反应时间为60min的条件下，还原率可达95.32%，远高于1300磷矿在固定床反应器中的还原率。通过XRD及SEM分析,认为磷矿在流化床中碰撞更加激烈，传质传热效果更好一些，使得磷矿的还原反应速率更高一些，故还原率更高些。由于磷矿在流化床中在1150℃就有了较高的还原率，这也充分说明了流化床反应器有利于降低磷矿还原反应的温度，故流化床的发展前景更好一些。
　　最后，对固定床与流化床还原磷矿进行了动力学对比分析，结果表明在固定床中未经预处理的磷矿远低于一级反应，经过预处理的磷矿接近三级反应反应，在流化床中磷矿的还原反应接近一级反应；同时流化床中的活化能远低于固定床反应器中的活化能，这也从理论上说明了磷矿在流化床中反应速率更快一些，传质传热效率也更高一些。这也进一步表明流化床反应器比固定床反应器更适用于磷矿的还原，本实验为今后该工业的发展提供了必要的基础数据。

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