《有機酸溶出轉爐鋼渣中磷組分的過程及機理研究》是依託安徽工業大學，由呂寧寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：有機酸溶出轉爐鋼渣中磷組分的過程及機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：呂寧寧
- 依託單位：安徽工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著高磷鐵礦石的開發利用以及轉爐雙聯脫磷工藝的實施，鋼渣中P2O5含量可增加至10%以上，這為磷資源的回收利用創造了較好的客觀條件。根據鋼渣中磷組分易溶於植物根部有機酸的特點，利用有機酸將其浸出被認為鋼渣除磷以及解決土壤缺磷問題的有效途徑。但目前磷在有機酸中的溶出過程及相關機理尚不明確，從根本上制約了磷資源的進一步高效利用。為此，本項目擬首先通過實驗研究鋼渣成分及有機酸溶液性質等對磷溶出行為的影響，揭示各因素對磷溶出的作用機制；建立有機酸溶液體系內元素的電位-pH圖及含磷礦相的溶解度相圖，解析出各礦物相的溶出過程及調控規律，查明磷在礦物相-有機酸溶液中的遷移機制；建立磷溶出過程的巨觀動力學模型，得出磷溶出反應的限制性環節及過程的強化規律。項目的開展可豐富鋼渣中磷濕法浸出的相關理論，進而為促進鋼渣磷肥技術的發展提供理論基礎與技術支撐。
結題摘要
為了回收鋼渣中的磷資源，人們嘗試利用鋼渣易溶於有機酸的特點，分析了磷在有機酸中的溶解行為，但未對磷元素在有機酸溶液中的溶出機制進行研究。為此，本項目首先通過實驗研究，分析了鋼渣性質(粒度、成分、冷卻方式、改質處理)及有機酸性質(種類、濃度)對磷溶出過程的影響規律；之後基於熱力學理論，繪製了鋼渣中各元素的濃度-pH圖，計算了有機酸浸出液中各物質的濃度；最後建立了包含多因素的磷溶出反應動力學方程。項目順利完成了擬定的研究計畫，並取得以下研究結果：(1) 隨著鋼渣鹼度的增大，磷的溶出率呈先升高后降低的趨勢；鋼渣中2CaO·SiO2-3CaO·P2O5固溶體的生成有利於磷的溶出；在鋼渣中添加Na2O可促進2CaO·SiO2-3CaO·P2O5固溶體的生成，進而使磷的溶出率提高，但當Na2O的添加量超過10%後，磷的溶出率變化不明顯；降低鋼渣的冷卻溫度可促進磷的溶出。(2) 磷在蘋果酸及檸檬酸溶液中的溶出率較高，但很難在酒石酸、乙酸和乳酸溶液中溶出；當檸檬酸濃度超過0.0104mol/L後，磷的溶出率可達80%以上，鋼渣中的2CaO·SiO2-3CaO·P2O5固溶體相被大量溶解，但鎂鐵相很難溶解進入檸檬酸溶液中。(3) 當初始檸檬酸的濃度較低時，各元素的溶出率都較低，浸出液中主要存在Ca2+、CaCit-、MgCit-、FeH2PO42+ 及 CaHPO4等物質，Ca5(PO4)3(OH)(s)也易在溶液中形成，導致磷的溶出率降低；當檸檬酸溶液的濃度提高至0.0104mol/L後，除了鐵元素，其他元素的溶出率顯著提高，浸出液中主要存在Ca2+、CaCit-、MgCit-、H2Cit-、H3Cit、FeH2PO42+等物質。(4) 鋼渣粒度、反應溫度、攪拌速率對磷溶出的影響不大，但增大固液比可使磷的溶出率顯著提高，磷的溶出反應符合內擴散控制的未反應核縮減模型，即磷在鋼渣內部的擴散是反應的限制性環節，最後建立了包含有機酸濃度、鋼渣粒度、反應溫度、攪拌速率及液固比的動力學方程。
