磷矿尾矿酸解实验报告

化工专业实验报告实验名称：磷矿尾矿酸解实验姓名：******学号：*************专业班级：**************所属学院：化学工程学院同组学生：*********指导老师：****实验时间：***************磷矿尾矿酸解实验1磷酸矿尾矿酸解实验一、实验目的1．了解磷矿尾矿酸分解工艺。2．熟悉酸浸取、沉淀结晶、过滤、滴定等基本化工操作。3．了解原子荧光光度计（AFS）基本原理及操作规范。4．初步了解湿法磷酸生产工艺与磷矿资源化综合利用方法。二、实验原理本次实验目的是指导学生利用学过的反应工程、热力学和化工原理等基本理论，将化工工艺流程进行适当的组合，采用湿法分解过程对我国磷矿选矿后的尾矿矿渣进行酸浸分解，测定其分解率及相关组分的变化，测试酸浸溶液中钙、镁两种元素的浓度。同时探索两种元素的具体分离方法，了解矿产资源的综合利用及循环经济建设相关原理。本次实验中主要涉及的化学化工操作包括矿石酸浸取分解、过滤、结晶、化学滴定等，元素测定方式包括指示剂滴定法和原子荧光光度计法，同时锻炼学生动手能力和仪器操作、分析能力，熟悉相关化工设备的基本操作方法。三、实验药品蒸馏水、磷矿尾矿、硝酸、氨水、碳铵、硫酸、盐酸、三乙醇胺、氢氧化钾、无水乙醇、氯化钾、钙-羧酸指示剂、孔雀绿指示剂、酸性铬蓝、萘酚绿、乙二醇二乙醚二胺四乙酸（EGTA）、乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、氨-氯化铵缓冲溶液、抗坏血酸、氢氧化钠、氧化钙溶液等，以上药品除磷矿尾矿外均为分析纯药品。四、实验基本流程图本实验主要实验流程如下，主要分为酸分解浸取、过滤分离、滴定沉淀等化工单元操作：磷矿尾矿酸解实验2基本实验流程图五、实验步骤及实验内容1．磷矿尾矿的预处理磷矿尾矿准备需要完成以下工作：（1）矿粉准备：使用胶体磨将磷矿尾矿磨至100目大于70%，进行筛分，求出粒度的质量分布分率（粒度分布）。（2）获取或测定磷矿的主要及相关成分含量，包括磷含量（%P2O5）、钙含量（%CaO）、镁含量（%MgO）等。2．硝酸分解磷矿尾矿及酸浸液中钙镁分离实验研究（1）硝酸分解磷矿根据已知磷尾矿元素组成，参考普通的硝酸浸取磷矿工艺条件，按照磷矿尾矿的元素含量计算硝酸用量。硝酸浓度30%左右，硝酸用量不小于理论用量的120%（用千分之一精确天平称取磷尾矿100g，硝酸160mL，水240mL）。由于酸分解磷矿是放热反应，在烧杯中将硝酸与水充分混合后，转移进入反应釜中，先预热至30℃左右，再缓慢投入磷矿粉（边加边搅拌、控制加料速度，防止剧烈反应）。完全加入矿粉后将反应温度控制在50℃左右，继续反应60min（反应在通风橱中进行）。反应完成后将浆料过滤（过滤至少使用两层滤纸，防止滤纸破裂）后，滤饼用500mL热水洗涤（抽滤完成后滤液首先单独搜集定容，记录滤液总体积，浸取槽R1沉淀槽R2沉淀槽R3碳酸镁过滤器S1氢氧化钙残渣碳铵矿粉碳铵、热洗水过滤器S2过滤器S3磷矿尾矿酸解实验3之后再洗涤滤饼，洗滤饼得到的残液不要和滤液混合），滤饼烘干后称重。最后计算浸取反应浸取率。浸取率计算公式参考公式1。X=1-(滤渣重量)/(原矿重量)（1）附：若不考虑铁铝杂质时，每1g磷矿粉需用硝酸量（g）计算：Qn=2（WCaO/56+WMgO/40）×63×1.2/30%（2）考虑铁铝杂质含量时则为：Qn=[2(WCaO/56+WMgO/40)+6(WFe2O3/160+WAl2O3/102)]×63×1.2/40%（3）式中，WCaO、WMgO、WFe2O3、WAl2O3分别磷矿中CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3百分含量。56、40、160、102分别为各自的分子量。63为硝酸的分子量。1.2为硝酸过量系数。30%为硝酸浓度。（2）酸浸液中钙镁的分离取一定量酸浸液，利用碳酸钙、碳酸镁溶度积不同的方法分离钙、镁，通过控制溶液pH值调整钙镁分离比例。具体操作步骤如下：1）将硝酸浸渍得到的浸取液取50mL，置于250mL的烧杯中，磁力搅拌并升高温度至50℃（多余的酸浸液暂时保存，实验结束后倒入废液桶）。2）往持续搅拌的浸取液中缓慢滴加浓氨水溶液（溶液用50mL量筒盛放，记录初始体积及最终体积，计算氨水使用量），刚出现沉淀后持续测试溶液pH值，继续缓慢滴加氨水，控制pH值至实验预定值（pH=8）。持续搅拌5分钟后，测试最终pH值。记录氨水用量与实际pH值。3）将溶液双层滤纸过滤，抽滤完成后，滤饼使用20mL去离子水洗涤，将滤液取出进行下一步反应。取出滤液后，将滤饼用蒸馏水充分洗涤后置于烘箱中干燥，干燥后称取滤饼总质量。4）将滤液置于250mL的烧杯中，滴加饱和碳酸铵溶液（加过量碳酸铵搅拌后静置得到）磷矿尾矿酸解实验420mL。持续搅拌5分钟，测试最终pH值。5）双层滤纸过滤，首次滤液倒入废液桶，之后将滤饼用蒸馏水充分洗涤后置于烘箱中干燥，干燥后称取滤饼总质量。6）取以上两种滤饼各0.1g，加入5滴浓盐酸帮助溶解，分别用蒸馏水定容至100mL进行离子含量测定。3．分离后产物中钙、镁含量测定——指示剂滴定法（1）引用标准GB/T601化学试剂滴定分析(容量分析)用标准溶液的制备GB/T603化学试剂试验方法中所用制剂及制品的制备GB/T6682分析实验室用水规格和实验方法GB/T1871.5-1995GB/T1871.4-1995（2）方法提要钙离子测定是在pH为12～13时，以钙-羧酸为指示剂，用EDTA标准滴定溶液测定水样中的钙离子含量。滴定时EDTA与溶液中游离的钙离子仅应形成络合物，溶液颜色变化由紫红色变为亮蓝色时即为终点；镁离子测定是在pH为10时，以酸性铬蓝K-萘酚绿B为指示剂用EDTA标准滴定溶液测定镁离子含量，溶液颜色由红色变为纯蓝色时即为终点。（3）试剂与材料1）三乙醇胺：1+4水溶液（25ml烧杯配制，配置20ml）。2）氢氧化钾：200g/L溶液（25ml容量瓶配制）。3）钙-羧酸指示剂：0.2g钙-羧酸指示剂〔2-羟基-1-(2-羟基-4磺基-1-萘偶氮)-3-萘甲酸〕与100g氯化钾混合研磨均匀，贮存于磨口瓶中。4）乙二胺四乙酸二钠(EDTA)标准滴定溶液:c(EDTA)=0.05mol/L（500ml容量瓶配制，分磷矿尾矿酸解实验5子量372.24）。5）氨-氯化铵缓冲溶液：pH=10。6）混合指示剂(酸性铬蓝K-萘酚绿B)：称取0.1克酸性铬蓝K，0.1g萘酚绿B和20g干燥氯化钾置于研钵中研细均匀，储于磨口瓶中。（1）分析步骤（注：每种样品均需要测试钙离子含量和钙镁离子含量）a)钙离子的测定用移液管吸取10mL待测样品于250mL锥形瓶中，加50mL去离子水，3mL三乙醇胺、5mL氢氧化钾溶液和约0.4g钙-羧酸指示剂，用EDTA标准溶液滴定，近终点时速度要缓慢，当溶液颜色由紫红色变为亮蓝色时即为终点。以g/L表示的水样中钙离子含量(x1)按式(1)计算：X1=(c×V1×40.8)/V(1)式中：V1---滴定钙离子时，消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL；c---EDTA标准滴定溶液的浓度，mol/L；V---所取样品的体积，mL；40.8---与1.00mLEDTA标准滴定溶液〔c(EDTA)=1.000mol/L〕相当的，以克表示的钙的质量。b)镁离子的测定用移液管吸取10mL待测样品于250mL锥形瓶中，加50mL去离子水和3mL三乙醇胺溶液，再加5mL氨-氯化铵缓冲缓溶液和适量混合指示液，用EDTA标准滴定溶液滴定，近终点时速度要缓慢，当溶液颜色由红色变为纯蓝色时即为终点。以g/L表示的水样中镁离子含量(x2)按式(2)计算：X2=[c×V2×24.31]/V(2)式中：磷矿尾矿酸解实验6V2---滴定钙、镁合量时，消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL；c---EDTA标准滴定溶液的浓度，mol/L；V---所取样品的体积，mL；24.31---与1.00mLEDTA标准滴定溶液〔c(EDTA)=1.000mol/L〕相当的，以克表示的镁的质量。六、实验结果处理1．实验结果记录表1硝酸分解磷矿实验记录汇总表矿用量（g）硝酸萃取磷矿条件实验结果汇总萃取温度（oC）硝酸用量（ml）去离子水用量（ml）滤液总体积（ml）残渣干重（g）100.01501602403893.51表2酸浸液钙镁离子分离记录表沉淀反应所取滤液体积：50ml沉淀终点pH值所用氨水/碳铵体积（ml）滤饼质量（g）第一次813.57.19第二次8204.18表3钙镁离子滴定数据记录滤饼1和滤饼2各取0.1g项目滤饼1滤饼2Ca2+Mg2+Ca2+Mg2+始（ml）23.828.36.313.1终（ml）28.335.713.123.5EDTA用量（ml）4.57.46.810.4磷矿尾矿酸解实验72．数据处理（1）浸取率的计算由X=1-(滤渣重量)/(原矿重量)=1-3.51/100=0.9649，即磷矿尾矿酸浸取率为0.9649。（2）钙、镁元素含量测定计算a.钙离子含量以g/L表示的水样中钙离子含量(X1)按式(1)计算：X1=(c×V1×40.8)/V(1)滤饼1：X1=（0.01×4.5×40.8）/10=0.1836g/l滤饼2：X1=（0.01×6.8×40.8）/10=0.2774g/lb.镁离子含量:以g/L表示的水样中镁离子含量(X2)按式(2)计算：X2=（c×V2×24.31）/V(2)滤饼1：c=0.01mol/l，V2=7.4ml，V=10ml，X2=（0.01×7.4×24.31）/10=0.1799g/l。滤饼2：c=0.01mol/l，V2=10.4ml，V=10ml，X2=（0.01×10.4×24.31）/10=0.2528g/l。（3）两次沉淀中钙、镁元素含量及其氧化物含量百分比计算①滤饼1钙元素：m1(Ca)=0.1m1X1/0.1=7.19×0.1836=1.3200g含量w1(Ca)%=m1(Ca)/m1×100%=1.3200/7.19×100%=18.36%氧化物含量百分比w1(CaO)%=1.3200/40×56/7.19×100%=25.70%；镁元素：m1(Mg)=0.1m1X2/0.1=7.19×0.1799=1.2935g含量w1(Mg)%=m1(Mg)/m1×100%=1.2935/7.19×100%=17.99%氧化物含量百分比w1(MgO)%=1.2935/24×40/7.19×100%=29.98%。②滤饼2（计算方法同上）钙元素：m2(Ca)=1.1595g含量w2(Ca)%=27.74%氧化物含量百分比w2(CaO)%=1.1595/40×56/4.18×100%=38.84%镁元素：m2(Mg)=1.0567g含量w2(Mg)%=25.28%磷矿尾矿酸解实验8氧化物含量百分比w2(MgO)%=42.13%。（4）估算磷矿尾矿中钙、镁氧化物的百分比wCaO%=（1.3200+1.1595）/40×56/50×389/100×100%=27.01%wMgO%=（1.2935+1.0567）/24×40/50×389/100×100%=30.47%3．结果分析与讨论（1）结果分析第一次滴定时，由于指示剂加入太多，而且晃动锥形瓶的幅度过小，没有及时观察到颜色的变化，停止滴定时剧烈晃动锥形瓶，直接由紫红色变成亮蓝色，无法判断是否准确到滴定终点。（2）误差分析①称量固体和量取液体都会存在误差，导致滴定结果有误差。②滴定终点判断不准确，多加或少加都会导致最终钙镁离子的含量计算造成误差。（3）思考题对比磷矿尾矿参考钙、镁含量与产品回收率，指出实验中钙镁离子在哪些步骤中存在损失，并提出改进意见。答：在溶解过程中溶解不完全、洗涤过程、抽滤过程中都会存在损失。改进意见：①在溶解过程中要搅拌要充分，并给予足够的时间使钙镁离子充分溶解。②洗涤时尽量减少蒸馏水的用量。③抽滤时玻璃棒跟烧杯上都会残留一些固体，导致钙、镁离子沉淀减少，尽量减少残留固体。