無機化工反應(yīng)單元課件

1、1第四章 無機化工反應(yīng)單元工藝第一節(jié) 焙燒與煅燒第二節(jié) 浸取第三節(jié) 復(fù)分解無機化工反應(yīng)單元工藝2 無機化工是以天然資源為原料生產(chǎn)硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸等無機酸，純堿、燒堿等無機堿，合成氨和化肥，以及無機鹽等化工產(chǎn)品的工業(yè)。 無機化學(xué)工業(yè)包括硫酸工業(yè)、純堿工業(yè)、氯堿工業(yè)、合成氨工業(yè)、化肥工業(yè)和無機鹽工業(yè)等部門。 無機化工反應(yīng)單元工藝3硫酸工業(yè)的主要產(chǎn)品有濃硫酸、發(fā)煙硫酸、液態(tài)三氧化硫、液態(tài)二氧化硫等。硫酸生產(chǎn)中涉及到硫鐵礦的焙燒、硫磺的焚燒等固體原料加工過程、氣體凈化過程、二氧化硫催化氧化過程和三氧化硫吸收過程等單元工藝。純堿工業(yè)的主要產(chǎn)品是碳酸鈉、碳酸氫鈉與氯化銨等。純堿生產(chǎn)中涉及到母液吸氨過

2、程、氨鹽水碳化過程、碳酸氫鈉的煅燒過程、母液冷析鹽析過程等單元工藝。無機化工反應(yīng)單元工藝4氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品是燒堿（氫氧化鈉）、氯氣、鹽酸等。燒堿生產(chǎn)中涉及到食鹽水的電解、電解液蒸發(fā)濃縮、氫氣和氯氣合成氯化氫等單元工藝。合成氨工業(yè)的主要產(chǎn)品是氨。氨生產(chǎn)中涉及到天然氣、石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化過程、渣油部分氧化過程、煤氣化過程、合成氨原料氣脫硫、脫碳凈化過程、合成氣中一氧化碳變換反應(yīng)過程和氨的合成過程等。無機化工反應(yīng)單元工藝5化肥工業(yè)的主要產(chǎn)品是氮肥、磷肥和鉀肥。氮肥涉及到氨的化學(xué)加工；磷肥涉及磷礦石的酸解過程和熱加工過程；鉀肥涉及鉀礦的酸解、堿解與復(fù)分解過程。無機鹽工業(yè)產(chǎn)品繁多，大多無機鹽產(chǎn)品都涉及到礦

3、物的化學(xué)加工，如硼礦、鋇礦、鉀礦、硅石、螢石、錳礦、鉻礦、鉬礦、鈦礦、鋅礦、鋁土礦、鍶礦等的化學(xué)加工。無機化工反應(yīng)單元工藝6無機化工反應(yīng)的單元工藝中有一些單元工藝，如氧化、加氫、脫氫、電解等，已在通用反應(yīng)單元工藝中闡述。本章主要介紹與無機化工各類產(chǎn)品均有密切關(guān)系的化學(xué)礦物固相加工單元工藝?；瘜W(xué)礦物的固相化學(xué)加工單元工藝有三種類型。一是“濕法”化學(xué)加工，即用酸、堿對礦物進(jìn)行化學(xué)浸取，使其從不溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)。二是“熱法”化學(xué)加工，即采用煅燒、焙燒或燒結(jié)的方法對固相原料進(jìn)行化學(xué)加工。三是采用復(fù)分解或置換反應(yīng)工藝，使固相原料發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化。無機化工反應(yīng)單元工藝7 無機化工中化學(xué)礦物的固相加工生

4、產(chǎn)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)流程一般包括以下過程：（1）原料準(zhǔn)備：化學(xué)礦物首先應(yīng)加以破碎、磨細(xì)與篩分處理，必要時還要對礦物作精選處理，選礦的方法有手選、磁選和浮選等方法。（2）化學(xué)礦的熱處理：采用焙燒、煅燒和燒結(jié)工藝對礦物進(jìn)行熱法化學(xué)加工。無機化工反應(yīng)單元工藝8（3）化學(xué)礦的浸取：用合適的 溶劑對礦物進(jìn)行浸取，使有效組分從固相轉(zhuǎn)移到溶液中來，浸取過程可以是物理浸取或化學(xué)浸取。（4）過濾：浸取過程中有效組分進(jìn)入溶液，而其余物質(zhì)仍留在固相中，需進(jìn)行過濾將他們分離。常用的過濾設(shè)備有壓力式過濾、真空式過濾和離心式過濾。無機化工反應(yīng)單元工藝9（5）溶液的精制：濾液中還可能殘留溶解性雜質(zhì)，需進(jìn)行精制和提純，精制的方法

5、有蒸餾、吸附、液液萃取、離子交換、膜分離、沉淀和結(jié)晶等單元過程。（6）蒸發(fā)：用水蒸氣加熱物料，采用23效真空蒸發(fā)裝置，使溶劑蒸汽化，提高溶液的濃度。無機化工反應(yīng)單元工藝10（7）結(jié)晶：溶液在蒸發(fā)或結(jié)晶的過程中，使產(chǎn)品從溶液中結(jié)晶出來。對工業(yè)結(jié)晶產(chǎn)品的要求是顆粒粗大、均勻。為此要控制好溶液的過飽和度、攪拌速率和冷卻速率。結(jié)晶過程在冷卻式結(jié)晶器、蒸發(fā)式結(jié)晶器、真空式結(jié)晶器或塔式結(jié)晶器中進(jìn)行。(8)干燥:為防止?jié)裎锪系慕Y(jié)塊或有效組分的分解，需用熱空氣或煙道氣為加熱介質(zhì)對產(chǎn)品進(jìn)行干燥。無機化工反應(yīng)單元工藝11 第一節(jié) 焙燒與煅燒 焙燒與煅燒是兩種常用的化工單元工藝。 焙燒是將礦石、精礦在空氣、氯氣、氫

6、氣、甲烷、一氧化碳和二氧化碳等氣流中不加或配加一定的物料，加熱至低于爐料的熔點，發(fā)生氧化、還原或其他化學(xué)變化的單元過程，常用于無機鹽工業(yè)的原料處理中，其目的是改變物料的化學(xué)組成和物理性質(zhì)，便于下一步處理或制取原料氣。 煅燒是在低于熔點的適當(dāng)溫度下，加熱物料，使其分解，并除去所含結(jié)晶水、二氧化碳或三氧化硫等揮發(fā)性物質(zhì)的過程。 兩者的共同特點是都在低于爐料熔點的高溫下進(jìn)行，不同點是前者是原料與空氣、氯氣等氣體以及添加劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，后者是物料發(fā)生分解反應(yīng)，失去結(jié)晶水或揮發(fā)組分。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒12 燒結(jié)也是一種化工單元工藝。燒結(jié)與焙燒不同，焙燒在低于固相爐料的熔點下進(jìn)行反應(yīng)，而燒結(jié)需

7、在高于爐內(nèi)物料熔點下進(jìn)行反應(yīng)。燒結(jié)也與煅燒不同，煅燒是固相物料在高溫下的分解過程，而燒結(jié)是物料配加還原劑、助熔劑的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。燒結(jié)、焙燒、煅燒雖然都是高溫反應(yīng)過程，但燒結(jié)實在物料熔融狀態(tài)下的化學(xué)轉(zhuǎn)化，這是它與焙燒、煅燒的不同之處。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒焙燒與煅燒13焙燒過程與工業(yè)應(yīng)用 焙燒過程根據(jù)反應(yīng)性質(zhì)可以分為以下六類，每類都有許多實際工業(yè)應(yīng)用。 （1）氧化焙燒：硫化精礦在低于其熔點的溫度下氧化，使礦石中部分或全部的金屬硫化物變?yōu)檠趸?，同時除去易揮發(fā)的砷、銻、硒、碲等雜質(zhì)。硫酸生產(chǎn)中硫鐵礦的焙燒是最典型的應(yīng)用實例。硫化銅、硫化鋅礦的火法冶煉也用氧化焙燒。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與

8、煅燒14 硫鐵礦（FeS2）焙燒的反應(yīng)式為： 生成的SO2就是硫酸生產(chǎn)的原料，而礦渣中Fe2O3與Fe3O4都存在，到底哪個比例大，要視焙燒時空氣過剩量和爐溫等因素而定。一般工廠，空氣過剩系數(shù)大，含F(xiàn)e2O3較多；若溫度高，空氣過剩系數(shù)較小，渣成黑色，且殘硫較高，渣中Fe3O4多。焙燒過程中，礦中所含鋁、鎂、鈣、鋇的硫酸鹽不易分解，而砷、硒等雜質(zhì)轉(zhuǎn)入氣相。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒15 有時，氧化焙燒過程中除加空氣外，還加添加劑，使礦物與氧氣、添加劑共同作用。如鉻鐵礦化學(xué)加工的第一步是純堿氧化焙燒，在工業(yè)上廣泛采用。原料鉻鐵礦要求w（Cr2O3）35%，在10001150下氧化焙燒為六價鉻

9、：無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒16 （2）硫酸化焙燒 使某些金屬硫化物氧化成為易溶于水的硫酸鹽的焙燒過程，主要反應(yīng)有式中：Me為金屬。例如一定組成下的銅的硫化物，在600下焙燒時，生成硫酸銅；在800下焙燒時，生成氧化銅。所以控制較高的SO2氣氛及較低的焙燒溫度，有利于生成硫酸鹽；反之則易變?yōu)檠趸?，成為氧化焙燒。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒17 （3）揮發(fā)焙燒 將硫化物在空氣中加熱，使礦物中被提取組分變?yōu)閾]發(fā)性氧化物，呈氣態(tài)分離出來，例如，火法煉銻中將銻礦石（含Sb2S3）在空氣中加熱，氧化為易揮發(fā)的Sb2O3：無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒18 4）氯化焙燒 借助于氯化劑（如Cl2，H

10、Cl，NaCl，CaCl2等）的作用，使物料中某些組分轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)或凝聚態(tài)的氯化物，從而與其他組分分離。金屬的硫化物、氧化物或其他化合物在一定條件下大都能與化學(xué)活性很強的氯反應(yīng)，生成金屬氯化物。金屬氯化物與該金屬的其他化合物相比，具有熔點低、揮發(fā)性高、較易被還原，常溫下易溶于水及其他溶劑等特點。并且各種金屬氯化物生成的難易和性質(zhì)上存在明顯區(qū)別?；どa(chǎn)中，常利用上述特性，借助氯化焙燒有效的實現(xiàn)金屬的分離、富集、提取與精煉的目的。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒19氯化焙燒用于火法冶金具有以下優(yōu)點：對原料適應(yīng)性強，可處理各種不同類型的原料；作業(yè)溫度比其他火法反應(yīng)過程低；分離效率高，綜合利用好。在高品

11、位礦石資源日趨枯竭的情況下，對儲量很大的低品位、成分復(fù)雜的難選的貧礦來說，氯化焙燒將發(fā)揮更大作用。但是氯化焙燒要解決以下兩個問題：提高氯的利用率與氯化劑的再生回收問題是關(guān)鍵問題；設(shè)備的防腐蝕問題與環(huán)境保護(hù)問題。 無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒20 在無機鹽生產(chǎn)中，新建的鈦白粉（TiO2）裝置多采用氯化法。金紅石礦或鈦鐵礦渣與適量的石油焦混合后，加入流態(tài)化爐中，通入氯氣在8001000下進(jìn)行氯化，其反應(yīng)式為： 式中為排出爐氣中的比值。純TiCl4是無色透明液體，但此過程所得粗TiCl4含有雜質(zhì)，將雜質(zhì)分離后，可制金屬Ti或TiO2。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒21（5）還原焙燒： 將氧化礦預(yù)熱

12、至一定溫度，然后用還原氣體（含CO，H2，CH4等）使其中某些氧化物部分或全部還原，以利于下一步處理。 例如貧氧化鎳礦預(yù)熱到80800，用混合煤氣還原，使鐵的高價化合物大部分還原為Fe3O4，少量還原為FeO及金屬鐵，鎳與鈷的氧化物還原成易溶于NH3-CO2-H2O溶液的金屬鎳和鈷。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒22無機鹽生產(chǎn)中，重晶石（主要含BaSO4）的化學(xué)加工主要采用還原焙燒法，是生產(chǎn)各種鋇化合物最經(jīng)典、最重要、使用最廣的方法。還原焙燒所用重晶石礦的品位要高，一般w（BaSO4）98%，w（SiO2）5）的磁硫鐵礦。純粹的黃鐵礦w（硫）=53.45%，磁硫鐵礦w（硫）=36.5%40.8

13、%。硫鐵礦有塊狀和粉狀兩種。塊狀硫鐵礦是專門從礦山開采供制硫酸使用的含硫量符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的原礦，也包括從煤礦中撿出的塊狀含煤硫鐵礦；粉狀硫鐵礦包括專門為制硫酸而開采的、經(jīng)過浮選符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的硫精礦。對于塊礦，在焙燒前要經(jīng)過破碎、篩分等作業(yè)，一般不需要進(jìn)行干燥；對于粉礦，在焙燒前需進(jìn)行干燥、破碎與篩分。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒37 硫鐵礦焙燒的化學(xué)反應(yīng)是FeS2的氧化，它分兩步進(jìn)行，首先是FeS2的熱分解，而后為分解產(chǎn)物的氧化。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒38 實際上焙燒爐中過剩空氣較少，故礦渣中的鐵有Fe2O3和FeO兩種形態(tài)，F(xiàn)e2O3和FeO比例取決于爐中氧的分壓。 硫鐵礦焙燒的總反

14、應(yīng)式為：無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒39 硫鐵礦的焙燒是強放熱反應(yīng)，除可供反應(yīng)自熱外，還需要移走反應(yīng)余熱。在空氣中焙燒黃鐵礦獲得含SO3的爐氣，理論最高濃度為（SO3）=16.2%。 現(xiàn)代硫鐵礦的焙燒都采用沸騰焙燒技術(shù)。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒40 無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒硫鐵礦焙燒工藝流程圖1-貯礦斗 2-皮帶秤 3-給料器 4-粉體焙燒爐 5-廢熱鍋爐 6-旋風(fēng)除塵器7-電除塵器 8-空氣鼓風(fēng)機 9-顯形推灰線 10，11-鏈?zhǔn)竭\輸機 12-礦渣增濕機 13-蒸汽洗滌器41 硫鐵礦焙燒工藝流程見圖。焙燒工序的主要設(shè)備有沸騰焙燒爐、廢熱鍋爐和電除塵器。沸騰焙燒爐的出口爐氣約90

15、0，經(jīng)廢熱鍋爐降溫至350。爐氣中礦塵部分在廢熱鍋爐中沉降，其余大部分在旋風(fēng)分離器中除去，剩余礦塵在電除塵器中再除去。送往凈化工序的氣體含塵量0.2g/m3。當(dāng)電除塵器具有更高的捕集效率時，也可不用旋風(fēng)分離器。所有礦渣（礦灰）經(jīng)礦渣增濕器噴水增濕，降溫至80以下，以便運輸。 無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒42 典型還原焙燒工藝重晶石（硫酸鋇）焙燒制硫化鋇 鋇鹽是一種重要的無機鹽類。鋅鋇白（立德粉，等質(zhì)量的硫酸鋇和硫化鋅的混合物）用于涂料、橡膠、油墨、造紙等工業(yè)，氯化鋇用于制造含鋇有機顏料，硼酸鋇用于陶瓷工業(yè)與涂料工業(yè)，硝酸鋇用于制造煙火、信號彈等。 鋇鹽制造過程中，首先要將重晶石礦進(jìn)行還原焙燒

16、，得到硫化鋇，然后再以硫化鋇為原料制造各種鋇鹽，如硫化鋇與硫酸鋅反應(yīng)生成鋅鋇白，與氯化氫反應(yīng)生成氯化鋇，在堿性溶液中與硼礦作用生成偏硼酸鋇，與純堿作用生成碳酸鋇等。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒43 重晶石礦物的重要成分是硫酸鋇，含量為w（硫酸鋇）=95%98%，其余是二氧化硅、硫酸鈣等雜質(zhì)。目前世界各國大都是在轉(zhuǎn)窯內(nèi)用煤或石油焦為還原劑，在10001250高溫下將重晶石還原為硫化鋇： 其生產(chǎn)過程如下：研細(xì)的粒度為0.25mm的重晶石粉與粒度為23mm的煤粉，經(jīng)自動混料器混料送至貯斗，再由自動運料機送入轉(zhuǎn)窯。轉(zhuǎn)窯直徑1.52.0m，長2040m，以天然氣，油或煤粉為熱源。物料在轉(zhuǎn)窯中停留時間為

17、1.52h。焙燒后黑色或暗灰色含硫化鋇的黑灰放入冷卻桶中冷卻，再送至螺旋浸取器中浸取，溶液中w（硫化鋇）=12%15%，除渣后將溶液進(jìn)一步精制后即可作為生產(chǎn)其他鋇鹽的原料。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒44 典型氯化焙燒工藝氯化法制造鈦白粉 鈦白粉（TiO2）是一種重要的無機化工產(chǎn)品，在涂料、油墨、造紙、塑料、橡膠、化纖、陶瓷等工業(yè)中有重要用途。 鈦白粉的生產(chǎn)工藝有硫酸法和氯化法兩種工藝路線。硫酸法工藝路線較長，生產(chǎn)過程中有大量的廢氣排放和廢液生成，污染嚴(yán)重。氯化法是鈦白粉生產(chǎn)主要方向。氯化法工藝簡單，20世紀(jì)50年代實現(xiàn)工業(yè)化，由于其流程緊湊合理，“三廢”少，產(chǎn)品質(zhì)量高，現(xiàn)在氯化法鈦白粉產(chǎn)量

18、已經(jīng)超過硫酸法。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒45 氯化法鈦白粉生產(chǎn)對原料的要求比硫酸法高，要使用w（TiO2）9095%以上的天然金紅石礦。主要工藝過程有天然金紅石礦的氯化焙燒制取四氯化鈦，四氯化鈦的氧化及鈦白粉的表面處理三個部分。 （1）天然金紅石礦的氯化焙燒 氯化通常在沸騰爐中進(jìn)行。先用空氣使干燥的金紅石礦粉流態(tài)化，并加熱至650左右，然后加入焦炭粉，待溫度升至900時，用氯氣替代空氣入爐。金紅石礦與氯氣、焦炭粉發(fā)生如下反應(yīng)：無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒46 從氯化焙燒爐中出來的氣體含有TiCl4，還含有其他雜質(zhì)。氣體冷卻到200左右，大部分雜質(zhì)冷凝在爐灰上沉降下來，氣體經(jīng)進(jìn)一步冷卻，

19、冷凝為液態(tài)TiCl4，經(jīng)提純后送往氧化爐。由于TiCl4的沸點與FeCl3，AlCl3，SiCl4沸點不同，可采用精餾法將粗TiCl4進(jìn)行提純，得到高濃度液態(tài)TiCl4。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒47 （2）TiCl4的氧化 TiCl4的氧化反應(yīng)是一個氣相反應(yīng)，溫度在14001500，反應(yīng)時間只需要幾毫秒，不像硫酸法焙燒需要幾個小時。 進(jìn)氧化爐前，液態(tài)TiCl4先蒸汽化并預(yù)熱至90100，氧氣也要預(yù)熱至此溫度，兩者同時噴入氧化爐，進(jìn)行快速強放熱反應(yīng)。反應(yīng)在幾毫秒內(nèi)發(fā)生，為避免生成的TiO2晶體在高溫下長大并相互粘結(jié)而結(jié)疤，初生成的TiO2晶體不可碰器壁，且需要急劇降溫，以極高流速通過冷卻套

20、管冷卻至600左右。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器進(jìn)一步冷卻后，用袋濾器將TiO2收集下來，含氯尾氣經(jīng)處理后返回氯化焙燒使用。TiCl4氧化時需要加入AlCl3作為成核劑（晶種），AlCl3隨TiCl4一同蒸汽化，混合后進(jìn)入氧化爐內(nèi)。TiCl4在氧氣中燃燒所放出的熱量還不足以使物料上升到氧化反應(yīng)的溫度，需要外供熱量幫助升溫。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒48 TiCl4的氧化是一個技術(shù)難度很高的高溫反應(yīng)，其難度在于：高溫下TiCl4腐蝕性很強，在1000高溫對材料的防腐蝕要求很高；TiCl4與氧噴入反應(yīng)器的速率達(dá)10m/s，這種高速混合有很大的難度；而且在幾微秒的時間中控制TiO2晶體顆粒的大小也是很困

21、難的事情，此外還要防止TiO2在器壁上結(jié)疤。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒49 （3）鈦白粉的表面處理 生成的鈦白粉還要用無機或有機表面處理劑進(jìn)行處理。無機表面處理劑中鉛、硅包膜用得最多，以提高鈦白粉產(chǎn)品的耐候性與在不同介質(zhì)中的分散性能；有機表面處理劑有乙醇胺、丙二醇、三羰甲基丙烷等，以提高鈦白粉產(chǎn)品在不同介質(zhì)中的潤濕性能。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒50焙燒設(shè)備 焙燒過程中的主產(chǎn)物如果是固體物料，應(yīng)使其物理化學(xué)性質(zhì)適合后續(xù)作業(yè)，而且要提供適宜的物理狀態(tài)。用反射爐焙燒的金屬，如銅，焙燒后的物料應(yīng)是細(xì)粉料。相反，鼓風(fēng)爐煉鉛，必須是一定大小的燒結(jié)塊；焙燒過程的主產(chǎn)物如是氣體，在粉塵和雜質(zhì)含量方面

22、有一定的要求。工業(yè)主要焙燒技術(shù)有爐膛焙燒，飄懸焙燒，沸騰焙燒和燒結(jié)焙燒。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒51 （1）爐膛焙燒 在一直立多膛爐中進(jìn)行，有812層爐床。礦石由頂部加入，并由爐膛內(nèi)一層層向下降落，此時硫化礦顆粒與上升氣流接觸進(jìn)行焙燒。內(nèi)壁襯以耐火磚，在中心軸上連續(xù)旋轉(zhuǎn)耙臂隨軸轉(zhuǎn)動，礦石被耙推向外緣或內(nèi)緣之開孔，降至下一層。轉(zhuǎn)動耙臂需冷卻。每天可焙燒塊狀爐料100200t，通常過程自熱，爐料的氧化足以提供熱能。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒52 （2）飄懸焙燒 由多膛焙燒爐改進(jìn)而來。對多膛焙燒的研究發(fā)現(xiàn)，氧化主要發(fā)生在與爐氣接觸的礦石表面，特別是由一層降落到另一層的瞬間，據(jù)此開發(fā)出飄懸焙

23、燒。焙燒在類似于拆除中間幾層的多膛爐中進(jìn)行，精礦通常是濕的；在上部一、二層干燥后，穿過燃燒室下落，焙燒礦下落并匯集于底層后從爐內(nèi)卸出。此過程中燃燒量不足，需燃燒輔助燃料以維持焙燒溫度。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒53 （3）沸騰焙燒 又稱流態(tài)化焙燒，是固體流態(tài)化技術(shù)在化工、冶金中的應(yīng)用。沸騰焙燒爐中，礦石粒子在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行焙燒，床層由上升的氣流及運動著的燒渣粒子群所構(gòu)成，氣體與固體粒子在床層中劇烈湍動，加快了氣-固兩相間的傳遞過程，因此焙燒強度高，且床層溫度均勻。 化工行業(yè)應(yīng)用沸騰焙燒爐對金屬硫化物（包括浮選礦或經(jīng)破碎的塊礦等）進(jìn)行氧化焙燒，硫酸化焙燒、磁化焙燒等作業(yè)，過程中都有二氧化硫氣

24、體產(chǎn)生。伴隨金屬硫化物的氧化，有反應(yīng)熱放出，大多數(shù)反應(yīng)能自熱進(jìn)行。產(chǎn)生的燒渣用作冶金原料，產(chǎn)生的二氧化硫氣體用于制造硫酸或用于亞硫酸鹽法造紙工廠制蒸煮液。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒焙燒設(shè)備54 1950年德國巴登苯胺與堿公司（BASF）首次將工業(yè)裝置硫鐵礦沸騰焙燒爐投入生產(chǎn)，能力為36t（H2SO4）/d，1952年美國多爾公司設(shè)計的濕法加礦沸騰焙燒爐在布朗造紙廠投產(chǎn)，能力為75t（磁黃鐵礦）/d。中國在1956年開始在工業(yè)上應(yīng)用沸騰焙燒爐，并很快取代了多膛塊礦爐。沸騰爐的出現(xiàn)給硫酸工業(yè)與有色冶金工業(yè)的礦物焙燒帶來了重大變革。目前世界上容積最大的沸騰焙燒爐設(shè)在西班牙帕洛斯廠的硫酸裝置內(nèi)，其

25、爐床面積為123m2，容積為2800m3，于20世紀(jì)80年代初建成，設(shè)計能力為1000t（H2SO4）/d。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒55 沸騰焙燒爐結(jié)構(gòu)見圖。爐體為鋼殼襯保溫磚，內(nèi)層襯耐火磚，為防止冷凝酸腐蝕，鋼殼外面有保溫層；爐子的下部是風(fēng)室，設(shè)有空氣進(jìn)口管，其上是空氣分布板。空氣分布板上是耐火混凝土爐床。埋設(shè)有許多側(cè)面開有小孔的風(fēng)帽。爐膛中部為向上擴大的圓錐體，上部焙燒空間的截面積比沸騰截面積要大，以減少固體粒子的吹出。沸騰層中裝有與廢熱鍋爐循環(huán)泵連接的冷卻管，爐體還有加料口、礦渣出口、爐氣出口、二次空氣進(jìn)口、點火口等接管，爐頂設(shè)有防爆孔。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒56沸騰焙燒爐

26、示意圖無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒57 沸騰焙燒爐分直筒型爐與擴大型爐兩種。直筒型爐多用于有色金屬精礦的焙燒，其焙燒強度低。中國大部分銅精礦與鋅精礦沸騰爐，美國多爾型沸騰焙燒爐均屬此類型。上部擴大的異徑爐早期用于破碎礦塊的焙燒，后來發(fā)展到用于多種浮選礦的焙燒，德國魯奇型沸騰爐就屬此類型。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒58 沸騰焙燒爐的主要操作條件是焙燒強度、沸騰層高度、沸騰層溫度及爐氣成分等：1 焙燒強度，習(xí)慣上以t折合成w（硫）=35%的礦/(m2.d）計算。焙燒強度與沸騰層操作氣速成正比，氣速一般在13m/s范圍內(nèi)，焙燒不太細(xì)的浮選礦，焙燒強度為1520t/(m2.d）；焙燒通過3mm3

27、mm篩孔的破碎塊礦時，焙燒強度為30 t/(m2.d)；2 沸騰層高度，爐內(nèi)排渣溢流堰離風(fēng)帽的高度可看作是沸騰層高度，一般為0.91.5m，相應(yīng)的風(fēng)室壓力為0.10.15Pa（表壓）；無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒3 沸騰層溫度，隨硫化礦物及焙燒方法不同而異。黃鐵礦氧化焙燒溫度約為850950，銅、鈷、鎳等精礦硫酸化焙燒約640700，鋅精礦氧化焙燒約10701100，鋅精礦硫酸化焙燒約900930；4 爐氣成分?？諝馐潜簾姆磻?yīng)劑與流化介質(zhì)，黃鐵礦焙燒時，空氣用量略多于化學(xué)計量，爐氣中（SO2）=13%13.5%，（SO3）0.1%.而硫酸化焙燒時，空氣過剩系數(shù)較大，故爐氣中SO2濃度低而S

28、O3含量較高。5960 沸騰焙燒爐與塊礦多膛爐相比，具有以下特點：1焙燒強度高數(shù)十倍至數(shù)百倍以上；2礦渣殘硫低；3可以焙燒低品位礦；4爐氣中SO2濃度高，而SO3含量較低；5在硫化礦焙燒過程中可以回收大量熱能產(chǎn)生中壓水蒸氣，其中35%45%的水蒸氣是通過沸騰層中的冷卻管獲得；6爐床溫度均勻；7結(jié)構(gòu)簡單，無轉(zhuǎn)動部件，投資省，維修費用少；8自動化程度高，操作費用低；9開車迅速而方便，停車引起的空氣污染少。但沸騰爐爐氣帶塵較多，空氣鼓風(fēng)機動力消耗較大。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒61 沸騰焙燒爐仍在不斷強化，出現(xiàn)了一些新的進(jìn)展：1 進(jìn)一步提高焙燒強度。新開發(fā)的高氣速返渣沸騰焙燒爐、雙層沸騰焙燒爐與

29、熔渣爐是增加生產(chǎn)能力、減小設(shè)備容積的新型設(shè)備。富氧焙燒、純氧焙燒和加壓法的應(yīng)用，也在很大程度上強化了焙燒過程；2 余熱的進(jìn)一步利用。如熔渣爐在1200下操作，為設(shè)置高壓水蒸氣廢熱鍋爐創(chuàng)造了條件，1噸普通硫鐵礦可得0.60.7噸以上的水蒸氣，相當(dāng)于500MJ的熱能；無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒3 生產(chǎn)自動化，使?fàn)t溫、加料量、加空氣量、爐氣成分檢測等項目都采用自動控制，從而在最佳條件下進(jìn)行；4 燒渣的綜合利用。高品位的硫鐵礦直接用作煉鐵原料，并能提煉有色金屬與貴金屬。低品位的礦料進(jìn)行磁化焙燒，渣進(jìn)行磁選后，提高鐵的品位，同時有利于其他金屬的提煉。6263煅燒過程與工業(yè)應(yīng)用 將固體物料在低于熔點的

30、溫度下加熱分解，除去二氧化碳、水分或三氧化硫等揮發(fā)性物質(zhì)的過程，稱為煅燒。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒64煅燒的工業(yè)應(yīng)用 （1）制備固體原料或氣體原料 化學(xué)工業(yè)上通常通過煅燒制備固體原料或氣體原料，例如在制堿工業(yè)中煅燒石灰石生成氧化鈣與二氧化碳，CO2是純堿工業(yè)的原料，CaO在索爾維制堿法中用于回收NH3。由于制堿工業(yè)對這兩種原料要求很高，所以對煅燒過程的設(shè)計也有嚴(yán)格的限制；在合成氨廠采用碳化煤球制氣時，也要用石灰窯煅燒石灰石生成二氧化碳；在無機鹽工業(yè)中煅燒碳酸鎂生成氧化鎂，后者用作耐火材料的原料。 無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒65 （2）通過煅燒生成產(chǎn)品 在純堿制造過程中，無論是路布蘭法

31、、索爾維法或聯(lián)合制堿法，都是先制成碳酸氫鈉，再由碳酸氫鈉煅燒得到碳酸鈉；在碳酸鉀的制造過程中，無論是離子交換法、路布蘭法或電解法，都是先制成碳酸氫鉀，再煅燒成碳酸鉀。在無機鹽工業(yè)中煅燒過程應(yīng)用很廣泛，如二氧化鈦生產(chǎn)中，由偏鈦酸煅燒成二氧化鈦產(chǎn)品；白云石煅燒制得氧化鎂；過氧化鋇、許多金屬氧化物均可由相應(yīng)金屬的硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽或氫氧化物煅燒而得；在某些浸漬型催化劑的生產(chǎn)過程中，載體浸漬了稀土金屬的硝酸鹽溶液，經(jīng)高溫煅燒才能得到產(chǎn)品。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒66煅燒的物理化學(xué)基礎(chǔ) 煅燒過程是不可逆反應(yīng)過程，反應(yīng)物是固體，生成物是另一種固體及氣體。 可將煅燒過程中分解反應(yīng)的自由能表達(dá)成溫度

32、的函數(shù)，產(chǎn)物的分壓力達(dá)0.1MPa時的分解溫度是最低分解溫度。 可按縮芯模型（顆粒大小不變或顆粒大小改變的縮芯模型）研究煅燒過程的動力學(xué)，求出未反應(yīng)芯的推進(jìn)深度與分解溫度和分解時間的關(guān)系，以確定完全分解時間。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒67 重堿（NaHCO3）煅燒基本原理 重堿是不穩(wěn)定化合物，常溫下可以分解，升高溫度將加速分解。 平衡常數(shù)K=pCO2pH2O， K隨溫度升高而增大。可用類似石灰石煅燒的熱力學(xué)方法求算理論分解溫度。實驗得出某些溫度下的分解壓力， 無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒68表1 NaHCO3平衡分解壓力與溫度的關(guān)系 由表1可見，溫度在100-101時，分解壓力已達(dá)0.1

33、MPa，可使NaHCO3完全分解。實際上的煅燒溫度為165-190。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒t/ 30507090100110120分解壓力/mmHg 6.230.0120.4414.3731.11252.61274.669 在煅燒過程中，除以上分解反應(yīng)和重堿中游離水分受熱變成水蒸氣外，重堿過濾洗滌未凈而殘留NH4HCO3，（NH4）2CO3,NH4Cl也會發(fā)生分解反應(yīng)。這些副反應(yīng)的發(fā)生，不僅消耗了熱量，而且使系統(tǒng)中循環(huán)的氨量加大，增加了氨耗，還發(fā)生的反應(yīng)，殘留的NaCl會影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此重堿過濾工序中，洗滌是十分重要的。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒70 偏鈦酸的煅燒 用硫酸法制造二

34、氧化鈦是國內(nèi)常用的方法，大致上可分為下面五個步驟：酸解：把鈦鐵礦用硫酸加熱浸取，得到含硫酸鈦及硫酸鐵的溶液；凈化：除去溶液中的不溶解的雜質(zhì)，及大部分溶解的硫酸鐵，鐵的去除用冷凍法，使其成為綠礬析出；水解：硫酸鈦溶液加熱水解，使鈦以偏鈦酸形式自溶液中沉淀析出；煅燒：偏鈦酸在高溫下分解，釋出水與三氧化硫，成為二氧化鈦；成品處理：二氧化鈦的磨粉、檢驗與包裝無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒71 煅燒時發(fā)生的反應(yīng)是 偏鈦酸所含水分有兩種形態(tài)：結(jié)合在分子內(nèi)部的及附著在粒子之間的。分子外部的水分可在100-200下由蒸發(fā)除去；結(jié)合水分必須在更高溫度下釋出，由熱力學(xué)分析可知，硫酸鈦的各種水解產(chǎn)物，在200-30

35、0范圍內(nèi)放出水分，而SO3則需在500-800時才釋出。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒72 煅燒過程中同時發(fā)生二氧化鈦晶態(tài)的變化，二氧化鈦有金紅石、銳鈦礦及板鈦礦三種晶態(tài)，銳鈦礦及板鈦礦不太穩(wěn)定，加熱至一定溫度會轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石。偏鈦酸煅燒時，究竟生成哪一種晶態(tài)，與煅燒的時間、溫度、水解液種類以及偏鈦酸中的雜質(zhì)有關(guān)。一般從硫酸鈦濃溶液水解得到的沉淀，經(jīng)煅燒后生成的是銳鈦型二氧化鈦，在950保持2小時晶態(tài)不變；用稀溶液水解產(chǎn)物煅燒后，至850經(jīng)過1小時就轉(zhuǎn)化為金紅石。在硫酸鈦水解時加入金紅石型晶核，就可得到金紅石型二氧化鈦。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒73石灰煅燒窯示意圖無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與

36、煅燒74 目前石灰石的煅燒大多采用混料豎式窯，其優(yōu)點是生產(chǎn)能力大，上料下灰完全機械化，窯氣濃度高，熱利用率高，石灰質(zhì)量好。窯身用普通磚或鋼板制成，內(nèi)襯耐火磚，兩層之間填裝絕熱材料，以減少熱量損失。從窯頂往下可劃分三個區(qū)：預(yù)熱區(qū)、煅燒區(qū)與冷卻區(qū)。預(yù)熱區(qū)在窯的上部，占總高1/4左右，其作用是利用從煅燒區(qū)來的熱窯氣，將石灰石及燃料預(yù)熱及干燥，以回收余熱，提高熱效率。煅燒區(qū)位于窯的中部，占總高1/2左右，經(jīng)預(yù)熱后的混料在此進(jìn)行煅燒，完成石灰石煅燒過程。為避免過燒結(jié)瘤，該區(qū)溫度不應(yīng)超過1350。冷卻區(qū)位于窯的下部，約占有效高度的1/4，其主要作用是預(yù)熱進(jìn)窯空氣，使熱石灰冷卻，這樣既回收了熱量又可起到保護(hù)

37、窯篦的作用。至于配料比例、石灰石塊度大小、風(fēng)壓、風(fēng)量及加料出料速率等，都是保護(hù)石灰窯正常操作的主要條件，應(yīng)予以嚴(yán)格控制。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒75 重堿煅燒回轉(zhuǎn)煅燒爐 煅燒重堿（NaHCO3）生成純堿、煅燒偏鈦酸生成鈦白粉等所用設(shè)備多為回轉(zhuǎn)煅燒爐，又分為外熱式和內(nèi)熱式兩種。 外熱式煅燒爐為一圓筒形回轉(zhuǎn)設(shè)備，爐體用鍋爐鋼板焊成，兩端裝有滾圈，架臥在兩對托輪上，后托輪有凸緣，用以固定爐體，不使其后串與脫軌。爐體轉(zhuǎn)速5-6rmin-1，爐中有一條固定在兩端的鏈條，鏈條與刮板相連，后者用以刮去爐壁附著物并攪拌打碎物料。 無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒76外熱式煅燒爐示意圖無機化工反應(yīng)單元工藝焙

38、燒與煅燒1-進(jìn)堿螺旋運輸機 2-前脫輪 3-爐灶 4-滾圈 5-爐體 6-鏈條7-齒閥 8-出堿螺旋運輸機 9-后脫輪 10-重油噴嘴 11-出堿口77 固體物料（如重堿與返堿）經(jīng)過進(jìn)料螺旋輸送機運送，并攪拌均勻入爐，進(jìn)料螺旋輸送機外殼上有返料與新料加入口及爐氣出口。 出料螺旋輸送機將爐尾出料斗中產(chǎn)品取出，其上有測溫裝置，操作人員依據(jù)溫度判斷煅燒情況，并決定取出物料量。 外熱式煅燒爐可以煤或重油為燃料。采用重油為燃料，雖可減輕繁重體力勞動，但因受爐結(jié)構(gòu)限制，生產(chǎn)能力低，爐體易損壞，熱效率差，逐漸被內(nèi)熱式水蒸氣煅燒爐代替。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒78內(nèi)熱式水蒸氣煅燒爐 臥式圓筒形，由爐體部

39、分、進(jìn)料部分、出料部分、加熱部分及傳動部分組成。 水蒸氣煅燒爐示意圖無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒79 爐體由普通鋼板卷焊而成，前后有兩個滾圈，架在托輪上，使?fàn)t體向后傾斜1.5-2.0。托輪負(fù)荷大，采用滾動軸承。在爐尾端的滾圈上裝有擋輪，防止?fàn)t體軸向串動。爐尾滾圈附近裝有齒輪圈，通過減速機、浮動聯(lián)軸器由電動機帶動回轉(zhuǎn)。進(jìn)料、出料部分采用端面填料密封，以防堿粉及爐氣逸出或空氣漏入。爐體內(nèi)靠近爐尾出料口設(shè)有擋灰圈，以保持爐內(nèi)一定的存料量。爐體內(nèi)充填系數(shù)，即固體物料所占容積與爐內(nèi)有效容積之比約為（0.2-0.3）：1。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒80 內(nèi)熱式水蒸氣煅燒爐與外熱式煅燒爐相比，具有以下

40、優(yōu)點：生產(chǎn)能力大，為同一直徑與長度外熱式煅燒爐的2-3倍，占地面積與建筑費用省；熱利用率高，水蒸氣煅燒爐可達(dá)70-75，而外熱式煅燒爐僅有45-55；壽命長，不受直接火焰，用普通鋼板制成，維護(hù)費低；勞動條件好，爐體外有保溫層，對環(huán)境影響少。 目前水蒸氣煅燒爐又有新的進(jìn)展，出現(xiàn)了自身返料、拋料機加料式水蒸氣煅燒爐。自身返料比爐外返料簡化了流程，拋料機加料比螺旋進(jìn)料機更能使固料分散度好。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒81燒結(jié)過程與工業(yè)應(yīng)用 燒結(jié)是固相化學(xué)礦物配加其他氧化或還原劑，并添加助熔劑，在高于爐料熔點下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程，熱法磷肥中的燒結(jié)脫氟磷肥、燒結(jié)鈣鈉磷肥、燒結(jié)鈣鎂磷肥，無機鹽中的燒結(jié)氧

41、化鎂的生產(chǎn)都是燒結(jié)過程。無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒82 鈣鎂磷肥是用磷礦與硅酸鎂礦物配制的原料，在電爐、高爐或平爐中于1350-1500熔融，熔體用水驟冷，形成粒度小于2mm的玻璃質(zhì)物料，經(jīng)干燥磨細(xì)后成為產(chǎn)品。熔融燒結(jié)過程中要加助熔劑，各種含硅含鎂物料如蛇紋石、白云石、橄欖石等均可作助熔劑。 鈣鎂磷肥的生產(chǎn)流程和設(shè)備與高爐煉鐵相似。磷礦，助熔劑與焦炭經(jīng)預(yù)處理至粒度為10-12mm，按配料要求混配后由高爐頂部入爐。爐料在爐內(nèi)逐步下降，并被加熱至熔融，熔融物從爐底部排出，用水將熔融物急淬冷成細(xì)粒，經(jīng)瀝水、干燥、磨細(xì)、包裝成為產(chǎn)品。爐頂抽出的低熱值煤氣，經(jīng)除塵除氟后作為燃料燃燒，預(yù)熱高爐空氣。無

42、機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒83鈣鎂磷肥生產(chǎn)工藝示意圖 無機化工反應(yīng)單元工藝焙燒與煅燒1-卷揚機 2-高爐體部分 3-加料鐘 4-風(fēng)嘴 5-爐氣出口管 6-熱風(fēng)爐 7-出料口 8-水淬池9-瀝水式提升機 10，13-貯斗 11-干燥爐 12-立式提升機 14-球磨機 15-旋風(fēng)分離器 16-袋濾器 17，18-抽風(fēng)機 84第二節(jié) 浸取 浸取是應(yīng)用溶劑將固體原料中可溶組分提取出來的單元過程。進(jìn)行浸取的原料是溶質(zhì)與不溶性固體的混合物，其中溶質(zhì)是可溶組分，而不溶固體稱為載體或惰性物質(zhì)。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取85浸取過程 浸取廣泛用于化學(xué)工業(yè)，特別是無機鹽工業(yè)和磷肥工業(yè)，以獲取具有應(yīng)用價值組分的濃溶

43、液或用來除去不溶性固體中所夾雜的可溶性物質(zhì)。大多數(shù)金屬礦物是多組分的，需要用浸取才能分離出所需的金屬，如用硫酸或氨溶液從含銅礦物中得到銅，用氰化鈉溶液從含金礦石中提取金。無機鹽工業(yè)中鉻、硼、鈦、鋇等鹽類均需從礦石中浸取取得。用浸取法還可提取或回收鋁、鈷、錳、鋅、鎳等。以天然物質(zhì)為原料，還可用浸取法得到有機物質(zhì)，如食品工業(yè)中用溫水從甜菜中提取食糖，用溶劑從花生、大豆中提取食油等。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取86表 一些化學(xué)工業(yè)中的浸取過程無機化工反應(yīng)單元工藝浸取產(chǎn)物原料試劑磷酸磷礦石硫酸、硝酸、鹽酸鈦白鈦鐵礦硫酸重鉻酸鈉鉻礦硫酸、三氯化鐵五氧化二釩釩礦氫氧化鈉氧化鋁鋁釩土氫氧化鈉銅、鎳、鈷鹽銅、鎳、

44、鈷硫化礦氨銅、鎳、鈷鹽銅、鎳、鈷氧化礦酸、氨、碳酸銨溶液稀土鹽類稀土精礦熱硫酸金、銀金、銀氧化礦氰化物87表 一些典型的浸取操作實例 無機化工反應(yīng)單元工藝浸取浸取方法原料原料粒度，mm浸取時間浸取率，%懸浮攪拌磷礦0.355h95懸浮攪拌銅礦0.854-8h95加壓懸浮攪拌硫化鎳礦0.32h98滲瀘浸取銅礦65天80堆浸銅礦碎礦120天2088 （1）浸取類型 浸取按溶劑種類可分為：酸浸取，又稱酸解。浸取劑有硫酸、鹽酸、硝酸、亞硫酸及其他無機鹽與有機酸；堿浸取，又稱堿解。浸取劑有氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、氨水、硫化鈉、氰化鈉及有機堿類；水浸取，浸取劑為水；鹽浸取，浸取劑為氯化鈉、氯化鐵、硫酸

45、鐵、氯化銅等無機鹽類。浸取按是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可分為非反應(yīng)浸取與反應(yīng)浸取兩類，反應(yīng)浸取中又可分為絡(luò)合浸取、氧化浸取、還原浸取、氯化浸取等。按浸取條件可將浸取分為常溫或高溫浸取，常壓和加壓浸取 無機化工反應(yīng)單元工藝浸取89 （2）浸取劑的選擇 浸取劑又稱溶劑，浸取劑的選擇條件是：浸取劑對溶質(zhì)的浸取應(yīng)具有選擇性，以減少浸取液精制費用；對溶質(zhì)的飽和溶解度大，可得到高濃度浸取液，再生時消耗的能量??；要考慮浸取劑的物性。從浸取劑回收看，沸點應(yīng)低一些，如在常壓下操作，沸點將成為浸取溫度上限。浸取液的粘度、密度對擴散系數(shù)、固液分離、攪拌的動力消耗均有影響；浸取劑的價格、毒性、燃燒性、爆炸性、腐蝕性等有關(guān)性質(zhì)。

46、無機化工反應(yīng)單元工藝浸取90 （3）固體的預(yù)處理 為了使固體原料中溶質(zhì)能夠很快接觸溶劑，需進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括粉碎、研磨、切片或造型。對某些礦物還需進(jìn)行煅燒或焙燒。預(yù)處理是浸取前的重要工序。 將原料粉碎、磨細(xì)，可增加其與浸取劑接觸的表面積，使浸取速率顯著提高。但由于粉碎費用昂貴，所以要考慮一個經(jīng)濟合理的顆粒大小。對于溶質(zhì)在載體中均勻分布，溶質(zhì)易滲透的情況，過細(xì)的粉碎并不經(jīng)濟，也無必要，因為浸取操作是在攪拌槽中進(jìn)行的，保持固體粒度在溶劑中能較好懸浮即為合適。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取91 （4）浸取條件 反應(yīng)浸取從化學(xué)反應(yīng)工程角度看，屬于液固反應(yīng)，對于這類液固浸取，浸取速率受以下因素影響：溫度、

47、浸取劑濃度、礦石粒徑、空隙率、攪拌等。 反應(yīng)的浸取速率隨溫度上升而增加，然而對擴散控制的過程，溫度對浸取速率的影響不很明顯，升高溫度，浸取速率提高不多，但卻明顯增加了雜志含量，不如選取適當(dāng)浸取溫度為宜。如對銅礦的反應(yīng)浸取，溫度取29.5為宜，超過此溫度浸取速率提高不多，而浸出液中雜質(zhì)含量卻明顯增加。 浸取速率隨浸取劑濃度增加而增加。但有時提高濃度并不能顯著提高浸取速率，相反卻增加了其他組分的溶解。如酸解礦物時，為避免雜質(zhì)過多浸出，要控制酸度。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取92 浸取速率隨礦石粒度減小而增加，因為顆粒越小，液固兩相接觸表面積越大。但粒徑太小，將會增加粉碎成本。粒徑太大，浸取時間增加。

48、在浸取過程中，如果過程是液相擴散控制的，那么攪拌對浸取速率有較大影響。若過程為反應(yīng)控制，則攪拌速率影響不大，但也須充分?jǐn)嚢璞苊夤腆w沉降。 此外影響浸取速率的還有礦漿密度、浸取物的物理化學(xué)性質(zhì)。而浸取時間主要由有用組分回收率和雜質(zhì)最小污染程度決定。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取93 浸取后一般先除去懸浮物質(zhì)，然后進(jìn)行過濾，獲取的是澄清的浸取液。工業(yè)上由浸取液回收有用物質(zhì)的處理方法有以下幾種： 結(jié)晶法；吸附法；離子沉淀法；金屬沉淀法；氣體沉淀法；離子浮選與沉淀浮選法；離子交換法；溶劑萃取法；固體或液體陰極電積法等。 這些回收方法的選擇主要取決于浸取液的物化性質(zhì)，處理方法的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，以及因地制宜等因素

49、。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取94（1）酸浸取 以酸為浸取劑的浸取過程，亦稱酸解，所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是酸與礦物的復(fù)分解反應(yīng)。酸浸取所用的酸可以是無機酸或有機酸，無機酸主要是硫酸、硝酸、鹽酸，有時也用氫氟酸、亞硫酸、王水等。有機酸如醋酸、草酸、蟻酸和其他烷基酸。 硫酸是弱氧化酸，沸點高，在常壓下浸取溫度高，能使浸取過程強化，設(shè)備防腐也較易解決，是處理金屬氧化物礦物的主要溶劑。硫酸也能溶解碳酸鹽、磷酸鹽、硫化物等。因此是應(yīng)用最廣泛的溶劑之一。 硝酸是強氧化劑，反應(yīng)能力強，但易揮發(fā)、價格貴，一般不單獨用作浸取劑，僅用為氧化劑。 鹽酸能與金屬、金屬氧化物及某些硫化物作用生成可溶性金屬氯化物。無機化工反應(yīng)單元

50、工藝浸取幾種典型浸取過程95 酸解過程在無機鹽工業(yè)中應(yīng)用廣泛，舉例如下：硼礦化學(xué)加工 硼礦粉在90，常壓下被硫酸分解以生成硼酸。螢石化學(xué)加工 螢石（氟化鈣）在200-250下被硫酸分解制取氫氟酸，反應(yīng)過程通常在立式預(yù)反應(yīng)槽與臥式外加熱反應(yīng)轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行：鉻酸酐生產(chǎn) 將重鉻酸鈉w(Na2Cr2O7)=98%與濃硫酸放入帶有框式攪拌器的鋼制反應(yīng)器中混合，加熱至190進(jìn)行酸解反應(yīng)：氯化鋇生產(chǎn) 將重晶石（主要是硫酸鋇）礦粉與煤粉加入轉(zhuǎn)爐中于950-1000下焙燒得硫化鋇熔體，用熱水于螺旋浸取器中連續(xù)浸取，得硫化鋇溶液，再與鹽酸在反應(yīng)器中反應(yīng)，制得氯化鋇。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取96 酸解過程中所用的酸，常

51、使反應(yīng)生成物之一為酸性氣體，另一生成物為新的固相結(jié)晶；同時必須考慮新固相結(jié)晶得成核條件和成長條件，以避免新固相包裹礦石顆粒。例如硫酸分解磷礦制取過磷酸鈣時，硫酸濃度不宜過高，否則硫酸鈣在礦粉表面上形成致密的薄殼，以致酸解過程不完全。酸與礦粉配比不同，可生成不同產(chǎn)品。例如硫酸分解鈦鐵礦時，因配比不同，可以生成硫酸鈦或硫酸氧鈦。 酸解過程通常是不可逆放熱反應(yīng)，分解率較高，放出的熱量可使物料溫度升高，因而使反應(yīng)速率加快。有些酸解反應(yīng)有一個起始反應(yīng)溫度，然后借助自熱加速反應(yīng)，硫酸分解鈦鐵礦即屬此例。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取97 影響礦物或鹽類酸解率和酸解速率的主要因素有：粒度。固體粒度越小，則酸解率和

52、酸解速率越高；溫度。溫度升高則大多數(shù)物質(zhì)的溶解度和擴散系數(shù)增加，溶液粘度減小，酸解速率提高。當(dāng)溫度受酸液沸點限制時，酸解過程須在加壓下進(jìn)行；攪拌作用。攪拌能增加液固相的相對運動速率，使擴散阻力減小，還可防止顆粒沉降；空隙率。固體物料空隙率越大，越容易酸解；懸浮液的液固比。液固比越大，酸解速率也越高。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取98 酸解設(shè)備有機械攪拌槽式反應(yīng)器、空氣鼓泡槽式反應(yīng)器、回轉(zhuǎn)筒式反應(yīng)器、板式浸取塔、增稠浸取器和螺旋浸取器等。過程可以間歇或連續(xù)進(jìn)行。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取99 （2）堿浸取 以堿為浸取劑的浸取過程，亦稱堿解，通常用于對礦石加工的無機鹽生產(chǎn)過程中。有機物被堿分解的過程也稱堿

53、解。堿性物質(zhì)一般是鈉、鉀的氫氧化物、碳酸鹽、重碳酸鹽及鈣的氧化物、氫氧化物、氨水等。堿性物質(zhì)可以單獨或混合使用。 無機鹽工業(yè)中多用燒堿或純堿溶液，在水蒸氣加熱條件下加工礦物或鹽類，使其分解，以浸取出有用組分。 無機化工反應(yīng)單元工藝浸取100 典型實例有：硼砂生產(chǎn) 在水蒸氣加熱條件下，用純堿與硼礦反應(yīng)，使其分解為可溶性硼鹽和不溶性碳酸鹽，加以分離。反應(yīng)在4-6個串聯(lián)的堿解塔中進(jìn)行。泡化堿（硅酸鈉）生產(chǎn) 把硅石粉與燒堿溶液加入加壓釜中，在高溫下反應(yīng)，生成硅酸鈉。反應(yīng)在立式攪拌釜中進(jìn)行。溶浸法制氟化鈉 將螢石、純堿、石英砂混合在800-900下焙燒，然后用水浸取，再結(jié)晶，干燥后即得成品。反應(yīng)在轉(zhuǎn)爐中

54、進(jìn)行，焙燒產(chǎn)物在攪拌浸取器中浸取。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取101 以氨作為浸取劑也屬堿浸取過程。氨是銅、鎳、鈷氧化礦的有效溶劑，氨可與這些金屬形成穩(wěn)定的絡(luò)離子，擴大了Cu2+,Ni2+,Co2+在浸取液中的穩(wěn)定區(qū)域，降低了銅、鎳、鈷的氧化還原電位，使其較易轉(zhuǎn)入溶液中。 在有氧存在時，鎳或鈷與氨作用生成Ni(NH3)42+,Co(NH3)42+:無機化工反應(yīng)單元工藝浸取102 對銅或銅氧化礦也可進(jìn)行氨浸?。?生成得亞銅氨絡(luò)離子可被空氣中得氧氧化為銅氨絡(luò)離子，再重新浸取金屬銅： 氨浸法的特點是能選擇性浸出銅、鎳、鈷，而不溶解其他雜質(zhì)，對含鐵高或以碳酸鹽礦為主的銅、鎳礦物宜用氨浸。 無機化工反應(yīng)單元

55、工藝浸取103 硫化鈉作為浸取劑也是堿浸取過程，硫化鈉是砷、銻、錫、汞的良好浸取劑，例如硫化銻在氫氧化鈉和硫化鈉的溶液中，浸取率可達(dá)99以上。這是因為硫化鈉可以和砷、銻、錫、汞的硫化物作用，生成穩(wěn)定的金屬硫離子絡(luò)合物，如 為防止硫化鈉水解，在浸取劑中常添加氫氧化鈉。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取104 堿浸取還包括用氰化鈉作為浸取劑的過程。氰化鈉的浸取是提取金、銀廣泛使用的方法，金、銀等金屬的電極電位很高，能與CN-形成絡(luò)合物，降低了金、銀的氧化還原電位，從而使金、銀轉(zhuǎn)入溶液中：無機化工反應(yīng)單元工藝浸取105 影響礦物或鹽類的堿浸取的堿解率和反應(yīng)速率的因素主要有堿類物質(zhì)和礦物的配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時

56、間、操作壓力、攪拌強度等。由于多在溶液中進(jìn)行浸取，原料顆粒大小與堿液濃度也應(yīng)控制。 堿浸取一般在槽式反應(yīng)器中進(jìn)行，有時也采用塔式反應(yīng)器，如攪拌釜、空氣鼓泡槽、板式浸取塔等。堿解時可用直接水蒸氣加熱或夾套間接加熱，過程可以間歇、批量或連續(xù)進(jìn)行。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取106（3）鹽浸取 用鹽作為浸取劑的浸取過程，根據(jù)鹽在浸取過程中的作用，可分為兩類： 鹽僅作添加劑，只發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，增加浸取液中某組分溶解度，如無機化工反應(yīng)單元工藝浸取107 鹽作為氧化劑，浸取過程中發(fā)生氧化還原作用，如FeCl3,Fe2(SO4)3,NaClO等。高價鐵鹽是理想氧化劑，由于其氧化還原電位較高，可廣泛用于硫化礦和氧

57、化礦的浸?。簾o機化工反應(yīng)單元工藝浸取108浸取設(shè)備 液固浸取操作包括固體原料中溶質(zhì)在溶劑中溶解的過程和殘渣與浸取液的分離過程，后一過程往往不能分離完全，因此為了回收浸取后殘渣中吸附的溶質(zhì)，還需反復(fù)洗滌。 浸取設(shè)備有間歇式、半連續(xù)式、連續(xù)式。按固體原料的處理方式，可分為固定床、移動床、分散接觸式；按溶劑與固體原料的接觸方式，可分為多級接觸、單級接觸與微分接觸型。 在選擇設(shè)備時，要根據(jù)所處理固體原料的形狀、顆粒大小、物理性質(zhì)、處理難易程度以及所需費用大小決定，處理量大時，一般用連續(xù)設(shè)備。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取1091. 滲濾浸取器 （1）分批操作滲濾器 粗大顆粒固體可由固定床或移動床設(shè)備的滲透器

58、浸取。在滲濾器中裝入待浸取固體，然后用溶劑滲瀘、浸漬并間歇排泄濾液。槽內(nèi)應(yīng)放顆粒均勻的固體，這樣才有最大的空隙率，使床層阻力降低和溝流減少。槽的底部安裝多孔板或木格子，固體原料堆放其上，浸取槽可用金屬、水泥、木材，內(nèi)襯瀝青、鉛板、耐酸磚等制成圓形或方形，固體顆粒小時，可放上濾布。當(dāng)床層壓力降過高時，過為了避免溶劑的蒸發(fā)損失時，可以采用密封的滲濾器，溶劑可用泵循環(huán)通過各槽。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取110 滲濾器也可聯(lián)組操作，圖為多個間歇浸取器所組成的浸取器組，可用于制糖工業(yè)中，也用于藥物的提取中。在制糖工業(yè)中，用幾個至幾十個浸取器聯(lián)組，以71-77的熱水從甜菜中提取糖，糖的收率可達(dá)95-98，最

59、終浸取液的濃度達(dá)w(糖)12。圖 浸取器組示意圖無機化工反應(yīng)單元工藝浸取111（2）連續(xù)操作滲濾器 Rotocel浸取器 我國在大豆處理和菊花晶處理中采用此類浸取器。 設(shè)備示意圖見圖，類似于間歇逆流多級浸取器組，浸取器隔開成20個相等的扇形單元，整個槽在圓形軌道上慢慢旋轉(zhuǎn)。固體物料連續(xù)地從某一固定地點加入，此后就受到多股溶劑噴淋，每一股溶劑濃度依次比前面一股要稀，而物料排出前再用純?nèi)軇┫礈?。各單元底板有翻板，浸取終了時，浸取殘渣都將落下。浸取槽外側(cè)裝有密封罩，以防溶劑蒸氣外逸。無機化工反應(yīng)單元工藝浸取112平轉(zhuǎn)式（Rotocel）浸取器示意圖無機化工反應(yīng)單元工藝浸取113 Bollman浸取器

60、 如圖所示，是一種移動床式連續(xù)浸取器，它包含一連串帶孔的料斗，其安排地方式就如斗式提升機，料斗安裝在密封設(shè)備中。固體加到向下移動的那一邊頂部料斗，再從向上移動的頂部料斗排出。溶劑噴淋在即將排出的固體物料上，并經(jīng)料斗下流，以達(dá)逆向流動。然后，再使溶劑以并流方式與下移料斗接觸。 無機化工反應(yīng)單元工藝浸取114Bollman浸取器示意圖 無機化工反應(yīng)單元工藝浸取115 環(huán)形浸取器 美國皇冠公司20世紀(jì)70年代研制開發(fā)，既具噴淋式又具浸泡式浸取器優(yōu)點，可連續(xù)處理許多物料。結(jié)構(gòu)如圖所示，固體物料由進(jìn)料口加入，先經(jīng)預(yù)噴段，進(jìn)入浸取段，隨后在下部被多次噴淋或浸泡浸出，再由右邊弧形部分被提升，與新鮮溶劑呈逆流