钙芒硝矿高效利用的技术基础研究

作     者：夏攀平 

作者单位：天津科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周桓;牛跃同

授予年度：2022年

学科分类：081902[工学-矿物加工工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：钙芒硝 eNRTL模型 转晶 热效应 

摘      要：“硐室水溶法是钙芒硝矿开采过程中广泛使用的一种方法,但该方法存在产出卤水硫酸钠浓度较低的情况,增加了后续生产工艺的能耗,为了解决这一问题,本文利用四川彭山钙芒硝矿,在了解该钙芒硝矿组成之后,开展钙芒硝转晶提浓、钙芒硝体系热力学模型、钙芒硝分解与转晶机理一系列基础研究,主要为了获得高浓硫酸钠卤水生成条件,确定生产工艺。得到结论如下:(1)钙芒硝溶解与转晶过程基础研究钙芒硝结构为块状板结结构,其中硫酸钠含量为51.18%,硫酸钙含量为33.76%;提高溶浸温度,钙芒硝矿粉溶浸液中硫酸钠浓度出现下降;利用低温水溶解矿粉,发现低温水化会破坏NaSO·Ca SO的晶体结构,使晶体中硫酸钠以十水硫酸钠形式存在;利用温度高于30℃的水,对转晶矿进行溶解,发现卤水中硫酸钠浓度和溶出率均比原矿粉直接溶浸效果好。(2)NaSO-Ca SO-HO体系热力学模型研究基于e NRTL模型对钙芒硝溶浸卤水NaSO-Ca SO-HO体系及其子体系的物性和溶解度进行计算,分别得到了2组盐对-水、盐对-盐对的液相特征参数;拟合二元和三元多温溶解度数据,获得了Ca SO及其水合物、复盐共计6组固相热力学参数;通过对相区的预测,确定可以发生钙芒硝分解转晶的温度范围是-1.24℃到27.38℃,使得钙芒硝卤水体系热力学性质的连续化表达更加完善,同时对于指导工艺生产有很重要的意义。(3)钙芒硝分解转晶机理与过程热效应研究建立了钙芒硝加水分解动态过程模型,包括固液物料平衡、固液相平衡方程、焓衡算方程和以钙芒硝分解为关键反应的动力学模型。其中动力学模型将钙芒硝分解推动力表达为液相活度积与零变量点活度积的差异,同时考虑钙芒硝量和水量的影响。通过对绝热过程温度变化的拟合获得了反应的活化能、反应速率常数、反应级数等分别为2.4 KJ/mol、2.5×10s、6.42,这些参数很好地用于等环境温度过程的热效应趋势表达,并确定了散热过程的传热系数。以此为基础,预测了转化进程中物料温度、钙芒硝转化率、十水硫酸钠生成量,体系固液比变化等状态参量随环境温度和时间的变化,为工艺条件的确定提供了有效的支持。(4)钙芒硝转晶提浓工艺研究低温环境下,矿粉加水进行转晶,并利用28℃左右低浓溶矿卤水溶解可获得含硫酸钠320 g/L以上的卤水。该结论可为企业钙芒硝转晶提浓工艺条件控制提供依据,确定工艺方案。