磷尾矿热分解动力学机理与煅烧工艺研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0295

摘要/Abstract

摘要：

磷尾矿中的钙、镁、磷资源含量丰富。使用煅烧-浸出法以磷尾矿为原料生产镁盐时，首先需要将磷尾矿煅烧分解为氧化钙和氧化镁，达到活化、提纯的目的。磷尾矿的热分解机理对生成镁盐的质量以及煅烧工艺的选择等都具有重要意义。对磷尾矿热分解动力学特性与煅烧工艺进行了探究，为磷尾矿资源的回收利用提供理论指导。研究表明，在升温速率为10 ℃/min条件下煅烧温度由25 ℃升高至1 000 ℃ 的过程中，磷尾矿非等温热分解过程可分为两个阶段，即400~500 ℃白云石分解为碳酸钙与氧化镁的第一阶段和700~900 ℃碳酸钙分解为氧化钙的第二阶段，并分别确立了相应的热分解动力学方程。较优煅烧条件:煅烧温度为900 ℃、煅烧时间为4 h、升温速率为15 ℃/min、尾矿粒度小于0.150 mm。

关键词: 磷尾矿, 煅烧, 热分解, 机理, 非等温动力学

Abstract:

Relatively high content of calcium，magnesium and phosphorus exists in phosphorus tailings.To produce magnesium salt from phosphorus tailings by calcination-leaching process，it is necessary to calcine and decompose phosphorus tailings into CaO and MgO to achieve the purpose of activation and purification.The thermal decomposition mechanism of phosphorus tailings is of great significance to the quality of magnesium salt and selection of calcination process.The thermal decomposition kinetic characteristics and calcination process of phosphorus tailings were explored，so as to provide theoretical guidance for the recycling of phosphorus tailings resources.The results showed that the non isothermal thermal decomposition process of phosphorus tailings could be divided into two stages in the process of heating rate of 10 ℃/min and calcination temperature rising from 25 ℃ to 1 000 ℃.Dolomite was decomposed into the first stage of calcium carbonate and magnesium oxide at 400 ℃ to 500 ℃，and calcium carbonate was decomposed into the second stage of calcium oxide at 700 ℃ to 900 ℃.The corresponding kinetic equations of thermal decomposition were established respectively.The better calcination conditions were calcination temperature of 900 ℃，calcination time of 4 h，heating rate of 15 ℃/min，tailings size of less than 0.150 mm.

Key words: phosphate ore tailings, calcination, thermal decomposition, mechanism, non-isothermal kinetics

中图分类号:

TF046

周强, 武斌, 陈葵, 纪利俊, 吴艳阳. 磷尾矿热分解动力学机理与煅烧工艺研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(3): 47-54.

ZHOU Qiang, WU Bin, CHEN Kui, JI Lijun, WU Yanyang. Study on thermal decomposition kinetic mechanism and calcination process of phosphorus tailings[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2023, 55(3): 47-54.

图/表 14

表1

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

图12

图13

参考文献 17

1	李鹏毅，张冬冬，宁平，等.磷尾矿资源化利用研究[J].化工矿物与加工，2019，48（2）:66-70.
	LI Pengyi， ZHANG Dongdong， NING Ping，et al.Study on resource utilization of phosphate tailings[J].Industrial Minerals & Processing，2019，48（2）:66-70.
2	马会娟，杨成，潘志权，等.磷尾矿制备硫酸镁试验研究[J].非金属矿，2017，40（1）:93-95.
	MA Huijuan， YANG Cheng， PAN Zhiquan，et al.Experimental study on the preparation of magnesium sulfate from phosphate tailings[J].Non-Metallic Mines，2017，40（1）:93-95.
3	田兴.反浮选磷尾矿的综合利用[D].武汉:武汉工程大学，2013.
	TIAN Xing.Comprehensive utilization of phosphate tailings from reverse floatation[D].Wuhan:Wuhan Institute of Technology，2013.
4	苗俊艳，王艳语，许秀成.中低品位磷矿及磷尾矿的综合利用现状[J].硫磷设计与粉体工程，2019（6）:11-13，27.
	MIAO Junyan， WANG Yanyu， XU Xiucheng.Current utilization of medium- and low-grade phosphate ore and tailing[J].Sulphur Phosphorus & Bulk Materials Handling Related Engineering，2019（6）:11-13，27.
5	高贺然，黄远来，邱跃琴，等.减水剂对磷尾矿胶结充填料浆输送流动性能影响研究[J].矿冶工程，2018，38（1）:30-34.
	GAO Heran， HUANG Yuanlai， QIU Yueqin，et al.Influence of water reducer on fluidity of phosphate tailings cemented paste backfill[J].Mining and Metallurgical Engineering，2018，38（1）:30-34.
6	黄芳，王华，李军旗，等.萃取-反萃法综合回收磷矿浮选尾矿中磷和镁[J].环境科学与技术，2010，33（4）:104-107，140.
	HUANG Fang， WANG Hua， LI Junqi，et al.Recovering P and Mg from phosphate floatation tailings using extraction-stripping process[J].Environmental Science & Technology，2010，33（4）:104-107，140.
7	谢娟，刘松林，陶绍程，等.高镁磷尾矿碳化法制备碱式碳酸镁研究[J].无机盐工业，2021，53（12）:135-139.
	XIE Juan， LIU Songlin， TAO Shaocheng，et al.Study on preparation of magnesium carbonate hydroxide by carbonization method from high-Mg phosphate tailings[J].Inorganic Chemicals Industry，2021，53（12）:135-139.
8	周佳琦，陈葵，武斌，等.磷尾矿煅烧及酸浸过程动力学研究[J].无机盐工业，2022，54（1）:77-82，108.
	ZHOU Jiaqi， CHEN Kui， WU Bin，et al.Study on kinetics of phosphate tailings calcination and acid leaching process[J].Inorganic Chemicals Industry，2022，54（1）:77-82，108.
9	陈永弟.白云石的热分解规律及其应用[D].长春:吉林大学，2012.
	CHEN Yongdi.The thermal decomposition behavior of dolomite and application[D].Changchun:Jilin University，2012.
10	林小化，张煜，廖裕辉，等.煅烧条件对白云石质磷尾矿热分解规律的影响[J].化工矿物与加工，2019，48（1）:31-35，39.
	LIN Xiaohua， ZHANG Yu， LIAO Yuhui，et al.Effect of calcining conditions on thermal decomposition of dolomite phosphate tailings[J].Industrial Minerals & Processing，2019，48（1）:31-35，39.
11	王景峰，胡宏.瓮福磷尾矿热分解过程研究[J].煤炭与化工，2013，36（3）:29-31，67.
	WANG Jingfeng， HU Hong.Study on thermal decompose process of Wengfu phosphorus tailing[J].Coal and Chemical Industry，2013，36（3）:29-31，67.
12	李沛伦，邱显扬，胡真，等.复杂Mn-Ag-Cu结合矿的浸出机理及工业优化[J].中国有色金属学报，2022，32（2）:563-573.
	LI Peilun， QIU Xianyang， HU Zhen，et al.Mechanism of leaching on complex Mn-Ag-Cu bound ore and industrial optimizations[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals，2022，32（2）:563-573.
13	魏君，邓强，刘雪梅，等.HSC Chemistry在电动势法测定化学热力学函数中的应用[J].广东化工，2017，44（11）:279-280， 283.
	WEI Jun， DENG Qiang， LIU Xuemei，et al.Application of HSC chemistry software in the determination of chemical thermodynamic function by measuring electromotance[J].Guangdong Chemical Industry，2017，44（11）:279-280，283.
14	李宁.HSC Chemistry软件在高校化学科研中的应用[J].化工管理，2016（17）:74.
	LI Ning.The application of HSC Chemistry software in chemical research in colleges and universities[J].Chemical Management，2016（17）:74.
15	郭满满，肖卓炳，于华忠，等.热重法研究绿原酸的热稳定性、分解动力学及贮存期[J].药物评价研究，2011，34（5）:348-352.
	GUO Manman， XIAO Zhuobing， YU Huazhong，et al.Study on thermal stability，decomposition kinetics，and shelf life of chlorogenic acid by thermogravimetry method[J].Drug Evaluation Research，2011，34（5）:348-352.
16	刘小星，李陇岗，杨建元，等.改进Freeman-Carroll法求算氢氧化镁热分解动力学参数研究[J].广州化工，2012，40（14）:32-33.
	LIU Xiaoxing， LI Longgang， YANG Jianyuan，et al.Studies on the calculation of the kinetic parameters of Mg（OH）₂ thermo-decomposition by improved Freeman-carroll method[J].Guangzhou Chemical Industry，2012，40（14）:32-33.
17	张英明，王兵毅，余坚，等.三氧化二铝对环氧树脂固化动力学及热降解动力学的影响[J].广东工业大学学报，2019，36（5）:63-70.
	ZHANG Yingming， WANG Bingyi， YU Jian，et al.Effects of aluminum oxide on curing and thermal decomposition kinetics of epoxy resin[J].Journal of Guangdong University of Technology，2019，36（5）:63-70.

项目	化学成分质量分数/%
项目	CaO	MgO	P₂O₅	Al₂O₃	Fe₂O₃	S	SiO₂	CO₂
磷尾矿	28.14	17.3	9.175	1.52	3.10	1.43	5.411	33.8

[1]	田晓利, 李志勋, 冯润棠, 张洁, 郑全福, 史旭武, 杜永彬. 西藏卡玛多微晶菱镁矿热分解行为研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(3): 60-65.
[2]	廖圣德,杨要峰,李亚新,吴浩. 十二胺浮选脱硫副产物亚硫酸镁实验及其机理研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(2): 113-118.
[3]	张太玥,谢凡,郭君渊. 磷石膏基复合胶凝材料的性能优化及机理研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(9): 136-142.
[4]	苗林平,许淼,王辛龙,严正娟,许德华,杨晶旭. 聚磷酸钙镁的制备研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(9): 63-68.
[5]	王翛茜,宋慧平,薛芳斌. 无机盐晶须的制备以及应用研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(8): 20-32.
[6]	侯顺丽,赵段,周庚,魏诗诗,李健,王甲泰. 高镍三元正极材料镍钴铝的掺杂改性研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(8): 40-46.
[7]	梁朝,李春全,孙志明,郑水林. 新型有机改性剂对重质碳酸钙的表面改性效果及机理[J]. 无机盐工业, 2022, 54(7): 70-77.
[8]	刘应强,呙润华,刘喜杰. 硅灰、偏高岭土对矿渣-粉煤灰微珠胶凝材料性能的影响[J]. 无机盐工业, 2022, 54(6): 102-108.
[9]	王悠悠,袁浩,韩晴晴,谌世英. 激发剂对粉煤灰-钛石膏-电石渣体系的活化及作用机理[J]. 无机盐工业, 2022, 54(6): 115-119.
[10]	张理元,沈如倩,阳金菊,李燕,税亿,苏敏. 锂离子筛研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(5): 28-37.
[11]	顾青山,林喜华,赵士豪,袁义进. 不同预处理工艺对磷石膏性能的影响[J]. 无机盐工业, 2022, 54(4): 17-23.
[12]	王自有,王鑫. 石墨烯铜基复合材料制备与强化机制研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(12): 1-9.
[13]	杨凤玉,董华,陈勃涛. 富锂锰基正极材料反应机理研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(12): 19-27.
[14]	杜晓燕,龙红明,刘秀玉,朱庆明,韩伟胜. 钢渣改性用于烟气脱硫研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(11): 39-44.
[15]	裴胤昌,莫胜鹏,解庆林,陈南春. 红辉沸石两步水热法合成A型分子筛机理研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(11): 59-64.

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会