1、4 無機(jī)化工反應(yīng)單元工藝無機(jī)化工反應(yīng)單元工藝4.1 焙燒、煅燒與燒結(jié)焙燒、煅燒與燒結(jié)4.2 浸取浸取4.3 復(fù)分解復(fù)分解無機(jī)酸工業(yè)：硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸無機(jī)酸工業(yè)：硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸合成氨工業(yè)合成氨工業(yè)氯堿工業(yè)：燒堿、氯氣、鹽酸氯堿工業(yè)：燒堿、氯氣、鹽酸純堿工業(yè)：碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化銨純堿工業(yè)：碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化銨（煅燒）（煅燒）化肥工業(yè)：氮肥、磷肥、鉀肥化肥工業(yè)：氮肥、磷肥、鉀肥（復(fù)分解）（復(fù)分解）無機(jī)鹽工業(yè)無機(jī)鹽工業(yè)“濕法濕法”化學(xué)加工（浸取）化學(xué)加工（浸?。盁岱岱ā被瘜W(xué)加工（焙燒、煅燒、燒結(jié)）化學(xué)加工（焙燒、煅燒、燒結(jié)）復(fù)分解或置換加工復(fù)分解或置換加工無無機(jī)機(jī)化化工工單單

2、元元工工藝藝原料準(zhǔn)備：礦物破碎、磨細(xì)、篩分，精選，選礦原料準(zhǔn)備：礦物破碎、磨細(xì)、篩分，精選，選礦礦物熱加工：焙燒、煅燒、燒結(jié)礦物熱加工：焙燒、煅燒、燒結(jié)礦物浸取：從固相轉(zhuǎn)移到液相（物理浸取、化學(xué)浸取）礦物浸取：從固相轉(zhuǎn)移到液相（物理浸取、化學(xué)浸?。┻^濾：液固分離（壓力式、真空式、離心式）過濾：液固分離（壓力式、真空式、離心式）溶液精制：蒸餾、吸附、液溶液精制：蒸餾、吸附、液-液萃取、離子交換、液萃取、離子交換、膜分離、沉淀、結(jié)晶膜分離、沉淀、結(jié)晶蒸發(fā)：提高溶液濃度蒸發(fā)：提高溶液濃度結(jié)晶：形成均勻合適粒度的顆粒結(jié)晶：形成均勻合適粒度的顆粒干燥：防止結(jié)塊或分解干燥：防止結(jié)塊或分解過過程程單單元元操

3、操作作4.1 焙燒、煅燒與燒結(jié)焙燒、煅燒與燒結(jié)焙燒：將礦石、精礦在空氣、氯氣、氫氣、甲烷、一氧化碳、焙燒：將礦石、精礦在空氣、氯氣、氫氣、甲烷、一氧化碳、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(diǎn)，發(fā)生氧化、還原或其它化學(xué)變化的單元過程熔點(diǎn)，發(fā)生氧化、還原或其它化學(xué)變化的單元過程煅燒：低于物料熔點(diǎn)的適當(dāng)溫度下，加熱物料，使其分解，并煅燒：低于物料熔點(diǎn)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)的過程燒結(jié)：高于物料熔點(diǎn)的適當(dāng)溫度下，加還原

4、劑、助熔劑進(jìn)行的燒結(jié)：高于物料熔點(diǎn)的適當(dāng)溫度下，加還原劑、助熔劑進(jìn)行的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程化學(xué)轉(zhuǎn)化過程三者都是高溫反應(yīng)過程；燒結(jié)是高于物料熔點(diǎn)，而焙燒、煅燒三者都是高溫反應(yīng)過程；燒結(jié)是高于物料熔點(diǎn)，而焙燒、煅燒是低于物料熔點(diǎn)；焙燒和燒結(jié)是物料與添加劑等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是低于物料熔點(diǎn)；焙燒和燒結(jié)是物料與添加劑等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煅燒是物料發(fā)生分解反應(yīng)，失去結(jié)晶水或揮發(fā)組分煅燒是物料發(fā)生分解反應(yīng)，失去結(jié)晶水或揮發(fā)組分4.1.1 焙燒焙燒4.1.1.1 焙燒的分類與工業(yè)應(yīng)用焙燒的分類與工業(yè)應(yīng)用根據(jù)反應(yīng)性質(zhì)分：根據(jù)反應(yīng)性質(zhì)分：6類類1）氧化焙燒）氧化焙燒硫化精礦在低于其熔點(diǎn)的溫度下氧化，使礦石中部分或硫化精礦在低于

5、其熔點(diǎn)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锏倪^程全部的金屬硫化物變?yōu)檠趸锏倪^程硫鐵礦、硫化銅礦、硫化鋅礦、輝鉬礦、鉻鐵礦等硫鐵礦、硫化銅礦、硫化鋅礦、輝鉬礦、鉻鐵礦等4FeS2 + 11O22Fe2O3 + 8SO23FeS2 + 8O2Fe3O4 + 6SO2（不完全氧化）（不完全氧化）2CuS + 3O22CuO + 2SO22ZnS + 3O22ZnO + 2SO28509002MoS2 + 7O22MoO3 + 4SO22Cr2O3 + 2Na2CO3 + 3O22Na2Cr2O7 + 4CO2純堿氧化焙燒純堿氧化焙燒Cr3+ Cr6+2）硫酸化焙燒）硫酸化焙燒使某

6、些金屬硫化物氧化成易溶于水的硫酸鹽的焙燒過程使某些金屬硫化物氧化成易溶于水的硫酸鹽的焙燒過程2MeS + 3O22MeO + 2SO22MeO + SO2 + O2MeOMeSO4MeOMeSO4 + SO2 + O2 2MeSO4較高的較高的SO2氣氛、較低溫度（如硫化銅氣氛、較低溫度（如硫化銅600），有利于生成），有利于生成硫酸鹽硫酸鹽（800時(shí)生成氧化銅）時(shí)生成氧化銅）500550100011503）揮發(fā)焙燒）揮發(fā)焙燒將硫化物在空氣中加熱，使提取對象變?yōu)閾]發(fā)性氧化物，將硫化物在空氣中加熱，使提取對象變?yōu)閾]發(fā)性氧化物，并呈氣態(tài)分離出來并呈氣態(tài)分離出來2Sb2S3 + 9O22Sb2O3

7、+ 6SO24）氯化焙燒）氯化焙燒借助氯化劑（如借助氯化劑（如Cl2、HCl、NaCl、CaCl2等）的作用，等）的作用，使物料中某些組分轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w或凝聚態(tài)的氯化物，從而與其它使物料中某些組分轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w或凝聚態(tài)的氯化物，從而與其它組分分離組分分離金屬氯化物的特點(diǎn)：熔點(diǎn)低、揮發(fā)性高、易被還原、易溶于水金屬氯化物的特點(diǎn)：熔點(diǎn)低、揮發(fā)性高、易被還原、易溶于水或其它溶劑，各種金屬氯化物生成的難易和性質(zhì)存在明顯區(qū)別或其它溶劑，各種金屬氯化物生成的難易和性質(zhì)存在明顯區(qū)別氯化焙燒特點(diǎn)：原料適應(yīng)性強(qiáng)、作用溫度低、分離效率高氯化焙燒特點(diǎn)：原料適應(yīng)性強(qiáng)、作用溫度低、分離效率高290400TiO2 + (1+a)C

8、 + 2Cl2 TiCl4 + 2aCO + (1-a)CO25）還原焙燒）還原焙燒將氧化礦物預(yù)熱至一定溫度，然后用還原氣體（如將氧化礦物預(yù)熱至一定溫度，然后用還原氣體（如CO、C、H2、CH4等）使其中某些氧化物部分或全部還原等）使其中某些氧化物部分或全部還原BaSO4 + 2CBaS + 2CO26）氧化鈉化焙燒）氧化鈉化焙燒向礦石中加適量鈉化劑（如向礦石中加適量鈉化劑（如Na2CO3、NaCl、Na2SO4等），焙燒后生成易溶于水的鈉鹽等），焙燒后生成易溶于水的鈉鹽Na2CO3 + 2V2O3 + O22NaVO3 + CO28001000100012004.1.1.2 焙燒過程的物理化

9、學(xué)基礎(chǔ)焙燒過程的物理化學(xué)基礎(chǔ)1）焙燒過程熱力學(xué)）焙燒過程熱力學(xué)反應(yīng)物與各種生成物的相圖反應(yīng)物與各種生成物的相圖1000K時(shí)時(shí)Ni-O-S優(yōu)勢區(qū)域圖優(yōu)勢區(qū)域圖(O2)=310%、 (SO2)=310%(O2)=1%、 (SO2)=1%(O2)=0.00000005%、 (SO2)=0.0003%2）焙燒過程動(dòng)力學(xué)與影響焙燒速率的因素）焙燒過程動(dòng)力學(xué)與影響焙燒速率的因素外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散、表面反應(yīng)外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散、表面反應(yīng)溫度：溫度升高，焙燒速率加快（不能太高）溫度：溫度升高，焙燒速率加快（不能太高）原料粒度：粒度越小，接觸表面越大，焙燒速率加快（不能原料粒度：粒度越小，接觸表面越大，焙燒速率加快（不能

10、太?。┨。┭鯕夂浚貉鯕夂吭黾?，焙燒速率加快氧氣含量：氧氣含量增加，焙燒速率加快4.1.1.3 典型氧化焙燒工藝典型氧化焙燒工藝硫鐵礦焙燒制硫酸原料氣硫鐵礦焙燒制硫酸原料氣黃鐵礦黃鐵礦FeS2，含硫，含硫53.45%磁硫鐵礦磁硫鐵礦FenSn+1（n5)，含硫，含硫36.540.8%硫鐵礦硫鐵礦焙燒焙燒FeO和和Fe2O3硫鐵礦焙燒工藝流程圖硫鐵礦焙燒工藝流程圖1貯礦斗，貯礦斗，2皮帶秤，皮帶秤，3給料器，給料器，4粉體焙燒爐，粉體焙燒爐，5廢熱鍋爐，廢熱鍋爐，6旋風(fēng)除塵器，旋風(fēng)除塵器，7電除塵器，電除塵器，8空氣鼓風(fēng)機(jī)，空氣鼓風(fēng)機(jī)，9顯形推灰線，顯形推灰線，10、11鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)，鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸

11、機(jī)，12礦渣增濕機(jī)，礦渣增濕機(jī)，13蒸氣洗滌器蒸氣洗滌器900350含塵量含塵量95%），少量），少量MgCO3、SiO2、Fe2O3、Al2O3石灰石原料粒度、煅燒溫度、完全煅燒時(shí)間的關(guān)系石灰石原料粒度、煅燒溫度、完全煅燒時(shí)間的關(guān)系3085. 3003145. 0lgtr4.1.2.3 石灰石煅燒工藝（其它工藝自學(xué)）石灰石煅燒工藝（其它工藝自學(xué)）混料豎式窯混料豎式窯石灰石煅燒窯示意圖石灰石煅燒窯示意圖1漏斗，漏斗，2分石器，分石器，3出氣口，出氣口，4出灰轉(zhuǎn)盤，出灰轉(zhuǎn)盤，5四周風(fēng)道，四周風(fēng)道，6中央風(fēng)道，中央風(fēng)道，7吊石罐，吊石罐，8出灰口，出灰口，9風(fēng)壓表接管風(fēng)壓表接管135040100m

12、m石灰窯主要工作指標(biāo)：石灰窯主要工作指標(biāo)：1）每座窯的生產(chǎn)能力）每座窯的生產(chǎn)能力Q（t/d）每天煅燒石灰石質(zhì)量每天煅燒石灰石質(zhì)量2）每座窯的生產(chǎn)強(qiáng)度）每座窯的生產(chǎn)強(qiáng)度J（t/m2d）單位窯截面上每天生產(chǎn)石灰質(zhì)量單位窯截面上每天生產(chǎn)石灰質(zhì)量tBQ/24有效容積有效容積 石灰石堆密度石灰石堆密度 石灰石在窯中停留時(shí)間石灰石在窯中停留時(shí)間窯的截面積石灰生成率每日投入石灰石量J10056石灰生成率石灰石分解率石灰石分解率3）碳酸鈣的分解率）碳酸鈣的分解率一般在一般在94964）窯的熱效率）窯的熱效率消耗于分解碳酸鈣的熱量與燃料燃燒放出的熱量之比消耗于分解碳酸鈣的熱量與燃料燃燒放出的熱量之比一般在一般在

13、7580%1001005656baa100kg石灰中含氧化鈣質(zhì)量石灰中含氧化鈣質(zhì)量 100kg石灰中含碳酸鈣質(zhì)量石灰中含碳酸鈣質(zhì)量 4.1.3 燒結(jié)（鈣鎂磷肥，其它自學(xué)）燒結(jié)（鈣鎂磷肥，其它自學(xué)）1）生產(chǎn)原理）生產(chǎn)原理磷礦、硅酸鎂礦、助劑（蛇紋石、白云石、橄欖石等）磷礦、硅酸鎂礦、助劑（蛇紋石、白云石、橄欖石等）電爐、高爐、平爐于電爐、高爐、平爐于13501500熔融熔融驟冷，形成驟冷，形成2mm顆粒顆粒干燥、研磨干燥、研磨鈣鎂磷肥（鈣鎂磷肥（CaO、MgO、P2O5、SiO2）2）生產(chǎn)工藝）生產(chǎn)工藝鈣鎂磷肥生產(chǎn)工藝示意圖鈣鎂磷肥生產(chǎn)工藝示意圖1卷揚(yáng)機(jī)，卷揚(yáng)機(jī)，2高爐體部分，高爐體部分，3加料

14、鐘，加料鐘，4風(fēng)嘴，風(fēng)嘴，5爐氣出口管，爐氣出口管，6熱風(fēng)爐，熱風(fēng)爐，7出料口，出料口，8水淬池，水淬池，9瀝水式提升機(jī)，瀝水式提升機(jī)，10、13貯斗，貯斗，11干燥爐，干燥爐，12立式提升機(jī)，立式提升機(jī)，14球磨機(jī)，球磨機(jī)，15旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)分離器，16袋濾機(jī)，袋濾機(jī)，17、18抽風(fēng)機(jī)抽風(fēng)機(jī)1012mm4.2 浸取浸取浸?。簯?yīng)用溶劑將固體浸?。簯?yīng)用溶劑將固體原料原料中可溶組分提取出來的單元過程中可溶組分提取出來的單元過程可溶的溶質(zhì)可溶的溶質(zhì)不可溶的惰性物質(zhì)不可溶的惰性物質(zhì)4.2.1 浸取的基本概念浸取的基本概念1）浸取的類型）浸取的類型酸浸取：硫酸、鹽酸、硝酸、亞硫酸等無機(jī)酸或有機(jī)酸酸浸取

15、：硫酸、鹽酸、硝酸、亞硫酸等無機(jī)酸或有機(jī)酸堿浸?。簹溲趸c、氫氧化鉀、碳酸鈉、氨水、硫化鈉堿浸取：氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、氨水、硫化鈉 、氰化鈉等無機(jī)堿或有機(jī)堿、氰化鈉等無機(jī)堿或有機(jī)堿水浸取：水水浸?。核}浸?。郝然c、氯化鐵、硫酸銅、氯化銅等無機(jī)鹽鹽浸?。郝然c、氯化鐵、硫酸銅、氯化銅等無機(jī)鹽2）浸取劑的選擇）浸取劑的選擇對溶質(zhì)的浸取具有選擇性對溶質(zhì)的浸取具有選擇性對溶質(zhì)的飽和溶解度大對溶質(zhì)的飽和溶解度大適當(dāng)?shù)奈镄赃m當(dāng)?shù)奈镄詢r(jià)格、毒性、燃燒、爆炸、腐蝕等性質(zhì)價(jià)格、毒性、燃燒、爆炸、腐蝕等性質(zhì)3）固體的預(yù)處理）固體的預(yù)處理粉碎、研磨、切片、造型、煅燒、焙燒粉碎、研磨、切片、造型、煅燒、焙燒

16、4）浸取條件）浸取條件液固反應(yīng)液固反應(yīng)影響因素：溫度、浸取劑、濃度、粒徑、孔隙率、攪拌等影響因素：溫度、浸取劑、濃度、粒徑、孔隙率、攪拌等* 溫度溫度，浸取速度，浸取速度、雜質(zhì)量、雜質(zhì)量 ，適合的浸取溫度，適合的浸取溫度* 浸取劑濃度浸取劑濃度，浸取速度，浸取速度、雜質(zhì)量、雜質(zhì)量 ，適合的浸取劑濃度，適合的浸取劑濃度* 粒度粒度 ，浸取速度，浸取速度、粉碎成本、粉碎成本 ，適合的粒度，適合的粒度* 攪拌攪拌，浸取速度，浸取速度，充分?jǐn)嚢?，充分?jǐn)嚢?）浸取液處理）浸取液處理除懸浮物，過濾，得澄清浸取液，有用物質(zhì)獲取除懸浮物，過濾，得澄清浸取液，有用物質(zhì)獲取結(jié)晶法結(jié)晶法吸附法吸附法離子沉淀法離子沉

17、淀法金屬沉淀法金屬沉淀法氣體沉淀法氣體沉淀法離子浮選與沉淀浮選法離子浮選與沉淀浮選法離子交換法離子交換法溶劑萃取法溶劑萃取法固體或液體陰極電積法固體或液體陰極電積法4.2.2 幾種典型的浸取過程幾種典型的浸取過程1）酸浸?。┧峤∨鸬V粉常壓下硼礦粉常壓下90被硫酸浸取分解，制硼酸被硫酸浸取分解，制硼酸螢石在螢石在200250被硫酸浸取分解，制氫氟酸被硫酸浸取分解，制氫氟酸重鉻酸鈉在重鉻酸鈉在190被硫酸浸取分解，制鉻酸酐被硫酸浸取分解，制鉻酸酐重晶石經(jīng)重晶石經(jīng)9501000焙燒，用熱水浸取，得硫化鋇，焙燒，用熱水浸取，得硫化鋇，再與鹽酸反應(yīng)，制氯化鋇再與鹽酸反應(yīng)，制氯化鋇鋁土礦被硫酸、鹽酸、硝

18、酸浸取制鋁鹽鋁土礦被硫酸、鹽酸、硝酸浸取制鋁鹽2）堿浸?。A浸取硼礦與純堿在水蒸氣加熱下，制硼砂硼礦與純堿在水蒸氣加熱下，制硼砂硅石粉與純堿溶液高溫高壓下，制硅酸鈉（泡化堿）硅石粉與純堿溶液高溫高壓下，制硅酸鈉（泡化堿）螢石、石英砂、純堿在螢石、石英砂、純堿在800900焙燒，用水浸取，結(jié)焙燒，用水浸取，結(jié)晶、干燥，制氟化鈉晶、干燥，制氟化鈉氨浸取法選擇性浸取銅、鈷、鎳氨浸取法選擇性浸取銅、鈷、鎳硫化鈉選擇浸取砷、銻、錫、汞硫化鈉選擇浸取砷、銻、錫、汞氰化鈉選擇浸取金、銀氰化鈉選擇浸取金、銀3）鹽浸?。}浸取鹽作為添加劑，只發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，增加浸取液中某組鹽作為添加劑，只發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，增加浸

19、取液中某組分的溶解度分的溶解度PbSO4 + 2NaClPbCl2 + Na2SO4PbCl2 + 2NaClNa2(PbCl4)鹽作為氧化劑，浸取過程中發(fā)生氧化還原作用，鹽作為氧化劑，浸取過程中發(fā)生氧化還原作用，F(xiàn)e3+MeS + 8Fe3+ + 4H2OMe2+ + 8Fe2+ + SO42- + 8H+MeS + 2Fe3+ Me2+ + 2Fe2+ + S4.2.3 浸取設(shè)備浸取設(shè)備溶質(zhì)在溶劑中溶解溶質(zhì)在溶劑中溶解殘?jiān)c浸取液分離殘?jiān)c浸取液分離1）滲濾浸取器）滲濾浸取器* 間歇滲濾浸取器間歇滲濾浸取器礦床內(nèi)浸取（低品位礦）礦床內(nèi)浸?。ǖ推肺坏V）堆積浸取（粗礦）堆積浸?。ù值V）滲濾器（

20、固定床、移動(dòng)床）滲濾器（固定床、移動(dòng)床）液固浸取液固浸取浸取器組示意圖（制糖、藥物提?。┙∑鹘M示意圖（制糖、藥物提?。? 連續(xù)滲濾浸取器連續(xù)滲濾浸取器Rotocel浸取器浸取器Bollman浸取器浸取器Kennedy浸取器浸取器環(huán)形浸取器環(huán)形浸取器浸取器示意圖浸取器示意圖Rotocel環(huán)形環(huán)形KennedyBollman2）分散固體浸取器）分散固體浸取器* 攪拌槽攪拌槽粗粒原料用攪拌式浸取槽粗粒原料用攪拌式浸取槽細(xì)粒原料用攪拌式浸取槽細(xì)粒原料用攪拌式浸取槽1石英砂填充物，石英砂填充物，2、6支撐件支撐件3底板，底板，4錐底，錐底，5進(jìn)氣管進(jìn)氣管7排漿管，排漿管，8包鉛鐵箍，包鉛鐵箍，9頂蓋頂

21、蓋10提升管，提升管，11加料口，加料口，12旋塞旋塞* 連續(xù)分散浸取槽連續(xù)分散浸取槽* 螺旋輸送浸取器螺旋輸送浸取器4.2.4 硫酸浸取磷礦制磷酸硫酸浸取磷礦制磷酸1）生產(chǎn)原理）生產(chǎn)原理Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 11H2O3H3PO4 + HF + 5CaSO4nH2O2）生產(chǎn)工序）生產(chǎn)工序磷礦的磨碎磷礦的磨碎磷礦的浸取磷礦的浸取漿料的冷卻漿料的冷卻漿料的過濾漿料的過濾回磷酸系統(tǒng)回磷酸系統(tǒng)濕法磷酸的濃縮濕法磷酸的濃縮含氟氣體的吸收含氟氣體的吸收再結(jié)晶系統(tǒng)再結(jié)晶系統(tǒng)3）生產(chǎn)工藝）生產(chǎn)工藝雅可布斯雅可布斯-道爾科二水物濕法磷酸流程圖道爾科二水物濕法磷酸流程圖硫酸硫酸4.3 復(fù)分解復(fù)分解復(fù)分解：不同離子的兩種鹽在液相或液復(fù)分解：不同離子的兩種鹽在液相或液-固相