八章固相过程与高温合成.pptVIP

黄磷生产的原料与成型工艺 1：原料成型 球团法 烧结法 瘤结法 工艺条件 原料另一重要成分为硅石，一般要求SiO2含量大于96%，Fe2O3含量小于1.5%，粒度控制在3～30mm。 焦炭是常用的还原剂。固定碳含量应大于80%，挥发分含量小于3%，Fe2O3含量小于1.5%，粒度控制在3～15mm。用量一般控制为炉料中P2O5、Fe2O3、CO2等组分还原需碳量理论值的105%～120%。 电炉制黄磷生产流程与设备系统 电炉制黄磷的生产流程基本上可归纳成供料系统（包括成型）、供电系统、制磷电炉、除尘装置和收磷系统等5个部分。 （1）黄磷工艺流程全景 图 电炉制黄磷工艺流程 1，2 胶带输送机；3 料仓；4 电炉； 5 电除尘器； 6 电除尘灰槽；7 冷凝塔；8 受磷槽；9 水泵； 10 磷泵；11旋转压缩机；12 水封；13 烟囱； 14 磷过滤机；15 滤渣槽；16 泥浆泵 图 磷炉结构示意图 1 电极；2 压放机构；3 电极把持器；4 拉杆； 5 短网；6 密封结构；7 炉盖；8 炉拱；9 料管； 10 炉衬；11 炉壁碳砖12 炉底炭砖；13渣口 热法磷酸的新进展 热能的利用 黄磷的主要用途是作为生产磷酸的原料。目前热法制酸主要通过生产黄磷经水合得到，黄磷燃烧加以氧化生成磷酐, 用水或稀磷酸吸收后得到磷酸。 磷矿还原得黄磷的过程是吸热反应, 需要大量的外加热量, 而磷的氧化过程是生成磷酐P4O10的放热反应, 此热量一般用冷却水带走，因此总能耗很大。 反应式为 Ca3(PO4)3+5C+3SiO2=P2↑+5CO↑+3CaSiO3 △H=22421kJ/kgP2 P2+5/2O2=P2O5 △H=-26097kJ/kgP2 P2O5+3H2O=2H3PO4 可见氧化放热高于还原吸热。如果将热法制黄磷与生产磷酸相结合，热能若能被利用，从而实现自热过程，不需外界供能，这将是一个重大的突破。 低品位矿的利用 KPA法（窑法磷酸） 包裹法 惰性气体隔离法 四川大学开发的窑法磷酸方法 思考题 窑法磷酸新工艺需要解决什么问题？ 窑法磷酸新工艺的反应过程和初步工艺条件？ 窑法磷酸新工艺的初步工艺流程安排？ 八章 固相过程与高温合成 四川大学化工学院 什么叫固相反应 固体原料混合物以固态形势直接反应的化学反应 如黄磷的生产 、无机材料的固相合成 固相反应的实质 原子的重排 固相过程的一般形式 固相过程的一般特征与应用 产物： 只有固相的反应 有气相与固相的反应 分离过程的不同 分离过程的一般方法 配料与成型 固相反应 选别 原料 气体 产品 净化 冷凝与分离 产品 图 固相过程的原则流程 固相间反应机理 物质输送机理。 物质输送的推动力是什么？ 热力学与动力学两种因素在固态反应中的地位 图 固相反应机制示意图 MgO和Al2O3以1:1mol比生成MgAl2O4 根据热力学分析，反应MgO(s)+Al2O3(s)=MgAl2O4(s)完全可以进行。然而，仅当温度超过1200℃时MgO和Al2O3之间才开始有明显的反应。通常必须在1500℃下将粉末混合物加热数天，这一反应才能完全。为了理解固态反应要在高温才能完全，可以从图的简单图示中得到初步说明。 如何判断化学反应能否进行？ 化学反应的速率？ 1：高温条件下，MgO和Al2O3 两种晶体反应时相互紧密接触，共享一个公共面， 2：晶粒界面间将产生反应生成产物尖晶石型MgAl2O4层。 3：反应过程：反应的第一阶段是生成MgAl2O4晶核。 成核反应需要通过反应物界面结构的重新排列，其中包括结构中的阴阳离子键的断裂和重新结合，即MgO和Al2O3中Mg2+和Al3+离子的脱出、扩散和进入缺位。只有在高温下才有利于这些过程的进行，有利于晶核的生成。 尖晶石型MgAl2O4高温固相反应过程 进一步实现在晶核上的晶体生长也有相当的困难。因为对原料中的Mg2+和Al3+来讲需要通过已存在的尖晶石产物层。正确地发生相互扩散到达新的反应界面。在此阶段有两个反应界面：MgO和尖晶石之间以及尖晶石和Al2O3之间的界面。通过这样的扩散才有可能在核上发生晶体生长反应，并使原料界面间的产物层增厚。因此很明显地可以认为决定反应速率的控制步骤是晶格中Mg2+和Al3+的扩散。且速率随尖晶石产物层的厚度增加而降低。 MgO和Al2O3的反应机制 Mg2+和Al3+离子通过产物层的相对扩散和随后在两个反应物─产物界面上的继续反应，这种机制称为Wagner机制