磷矿尾矿酸解实验报告

磷矿尾矿酸解实验报告1.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）初步了解湿法磷酸生产工艺与磷矿资源化综合利用方法。2.实验原理本次实验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，将工艺流程进行适当的组合，采用湿法分解过程对我国中磷矿选矿后的尾矿进行酸浸分解，测定其分解率及相关组分的变化，测试酸浸溶液中钙、镁、磷三种元素的浓度。并探索三种元素的分离方法，为矿产资源的综合利用及循环经济建设提供基础。本次实验中主要涉及的化工单元操作包括矿石酸浸取分解、过滤、结晶、化学滴定等，同时锻炼学生动手能力和分析能力。3.实验药品蒸馏水、磷矿尾矿、硝酸、氨水、碳铵、硫酸、过氧化钾、三乙醇胺、氢氧化钾、无水乙醇、氯化钾、钙-羧酸指示剂、乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、氨-氯化铵缓冲溶液、铬黑T等，以上药品除磷矿尾矿外均为分析纯药品。4.实验基本流程图基本实验流程图（方案二）5.实验步骤及实验内容5.1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，磨矿至100目约大于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，包括磷含量（%P2O5）、钙含量（%CaO）、镁含量（%MgO）等5.2硝酸分解磷矿尾矿及酸浸液中钙镁分离实验研究5.2.1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%（称取磷尾矿100g，硝酸160ml，水240ml)。反应温度为40～50℃，反应时间60min，搅拌桨转速350r/min。由于酸分解磷矿是放热反应，实验时应先加入酸至反应槽中预热至低于反应温度10～20℃时，再投入磷矿粉。反应后浆料经过滤后滤饼用热水洗涤干净（至少洗涤3遍）烘干后称重并测定干渣中磷含量。最后计算转化率。转化率计算公式参考公式1。X=1-(渣中目标物含量×重量)/（原矿中目标物含量×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浸取槽R1中和槽R2沉淀槽R3氢氧化钙过滤器S1氢氧化镁残渣氨水矿粉氨水、热洗水百分含量。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。5.2.2酸浸液中钙镁的分离根据Mg(OH)2、Ca(OH)2溶度积的不同通过调节溶液PH来分离钙、镁离子。常温下Mg(OH)2、Ca(OH)2溶度积分别为7.08×10-12、4.7×10-6，因此利用钙、镁两个元素在同一pH值条件下不同的溶解度进行分离，通常可控制溶液pH值为8-9。（1）将硝酸浸渍得到的浸取液取20mL，置于多少250mL的烧杯中，升高温度至50℃。（2）往浸取液中缓慢滴加氨水，刚出现沉淀时持续测定其pH值，继续滴加氨水，直到pH值为6。（3）过滤，将滤饼置于烘箱中干燥，干燥后称重，滤液定量。（4）将滤液移入250mL的烧杯中，继续滴加碳酸氨饱和溶液，直到再无沉淀生成，测量其pH值。（5）过滤，将滤饼置于烘箱中干燥，干燥后称重，滤液定量。（6）取以上两种滤饼各1g，分别用蒸馏水定容至100mL进行离子含量测定。5.3分离后产物中钙、镁含量测定5.3.1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5.3.2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，以铬黑T为指示剂用EDTA标准滴定溶液测定钙、镁离子含量，溶液颜色由紫红色变为纯蓝色时即为终点，由钙镁合量中减去钙离子含量即为鲜离子含量。5.3.3试剂与材料（1）硫酸：1+1溶液。（2）过硫酸钾：40g/L溶液，贮存于棕色瓶中。（3）三乙醇胺：1+2水溶液。（4）氢氧化钾：200g/L溶液。（5）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。（6）乙二胺四乙酸二钠(EDTA)标准滴定溶液:c(EDTA)=0.01mol/L。（7）氨-氯化铵缓冲溶液：pH=10。（8）铬黑T指示液：溶解0.50g铬黑T即〔1-(1-羟基-2-萘偶氨-6-硝基-萘酚-4-磺酸钠)〕于85mL三乙酸胺中，再加入15mL无水乙醇。5.3.4分析步骤5.3.4.1钙离子的测定用移液管吸取20mL待测样品于250mL锥形瓶中，加50mL水，3mL三乙醇胺、5mL氢氧化钾溶液和约0.2g钙-羧酸指示剂，用EDTA标准滴定溶液滴定，近终点时速度要缓慢，当溶液颜色由紫红色变为亮蓝色时即为终点。以mg/L表示的水样中钙离子含量(x1)按式(1)计算：X1=(c×V1×40.80)/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；0.04080---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。5.3.4.2镁离子的测定用移液管吸取20mL待测样品于250mL锥形瓶中，加50mL水和3mL三乙醇胺溶液，用氢氧化钾溶液调节pH近中性，再加5mL氨-氯化铵缓冲缓溶液和三滴铬黑T指示液，用EDTA标准滴定溶液滴定，近终点时速度要缓慢，当溶液颜色由紫红色变为纯蓝色时即为终点。注：①原水中钙、镁离子含量的测定不用加硫酸及过硫酸钾加热煮沸。②三乙醇胺用于消除铁、铝离子对测定的干扰。③过硫酸钾用于氧化有机磷系药剂以消除对测定的干扰。以mg/L表示的水样中镁离子含量(x2)按式(2)计算：X2=[c×(V2-V1)×24.31]/V(2)式中：V2---滴定钙、镁合量时，消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL；V1---滴定钙离子合量时，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；0.02431---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。6.实验记录六．实验原始数据样品总质量：100.0229g浸取过滤后干燥废渣质量：4.8436-1.5=3.3436g滤液总体积：350.5mL沉淀反应所取滤液体积：160mL称量取滤液体积：20mL滤液质量：109.8354-84.6643=25.1711g滤液密度;25.1711/20=1.2586g/mLEDTA浓度：0.01mol/L样品一烘干后质量：23.0858-1.5=21.5858g称取配制溶液的质量：0.1014g第一次沉淀氨水用量21.3mL钙滴定耗EDTA体积：4.05mL颜色变化：由紫红色变为无色再呈亮蓝色钙镁滴定耗EDTA体积：6.15mL颜色变化：由紫红色变为无色再呈纯蓝色样品二烘干后质量：99.1802-70.8731-1.5=26.8071g称取配制溶液的质量：0.1002g第二次沉淀碳氨用量70.0mL钙滴定耗EDTA体积：5.10mL颜色变化：由紫红色变为无色再呈亮蓝色钙镁滴定耗EDTA体积：8.58mL颜色变化：由紫红色变为无色再呈纯蓝色七．数据处理样品一用于滴定溶液中含钙量：X1=(c×V1×40.08）/V=0.01×4.05×40.08/10=0.162324g/L镁含量：X2=c×（V2—V1）×24.31/V=0.01×(6.15—4.05)×24.31/10=0.051051g/L所以：样品一中钙总质量为：0.162324×0.1/0.1014×21.5858=3.4060g镁总质量为：0.051051×0.1/0.1014×21.5858=1.0868g样品二用于滴定溶液中含钙量：X1=(c×V1×40.08）/V=0.01×5.10×40.08/10=0.204408g/L镁含量：X2=c×（V2—V1）×24.31/V=0.01×(8.58—5.10）×24.31/10=0.0845988g/L所以：样品二中钙总质量为：0.204408×0.1/0.1002×26.0718=5.3186g镁总质量为：0.0845988×0.1/0.1002×26.0718=2.2012g