硝酸浸取磷礦制輕質碳酸鈣工藝研究

胡兆平，賈洪秀，龐世花，劉陽，賈亮

（山東金正大生態工程股份有限公司，山東臨沭 276700）

硝酸浸取磷礦制輕質碳酸鈣工藝研究

胡兆平，賈洪秀，龐世花，劉陽，賈亮

（山東金正大生態工程股份有限公司，山東臨沭 276700）

硝酸萃取磷礦后的酸解液，通過冷凍結晶法得到硝酸鈣晶體，然后以硝酸鈣為原料，通過加入碳酸氫銨進行碳化制取輕質碳酸鈣。結果表明，碳化反應的初始反應溫度為常溫，硝酸鈣溶液的質量分數為23%左右，碳酸氫銨和氨水按理論加入量的110%進行反應，用產品質量的4倍洗水量洗滌產品，制備的輕質碳酸鈣產品各項指標均達到HG/T 2226—2000《工業沉淀碳酸鈣》標準的要求。

硝酸鈣；碳酸氫銨；碳化；輕質碳酸鈣

冷凍法硝酸磷肥［1-2］工廠生產硝酸磷肥產品的同時副產四水硝酸鈣。由于四水硝酸鈣相對濕度較低，吸濕性較強，加之含氮量又很低，一般不適宜直接作化肥，往往將其加工成其他產品使用。由硝酸鈣制取輕質碳酸鈣，較兩步法［3］制取輕質碳酸鈣不僅成本低，而且提高了硝酸萃取磷礦的附加值。筆者用硝酸萃取磷礦，得到酸解液，通過冷凍結晶法得到硝酸鈣晶體，然后以硝酸鈣為原料，精制，碳化，制成輕質碳酸鈣產品。

1 實驗部分

1.1 儀器和原料

HH-S型水浴鍋1臺，JJ-1型精密增力電動攪拌器1臺，500 mL燒杯4個，250 mL燒杯6個，玻璃棒2支，溫度計2支，布氏漏斗1個，烘箱1臺，PHS-3C型酸度計1臺，冰箱1臺，濾紙若干。

硝酸鈣溶液；碳酸氫銨；濃氨水；EDTA標準溶液；三乙醇胺；鈣黃綠素-甲基百里酚蘭-酚酞混合指示劑（簡稱CMP）；KOH，150 g/L。

1.2 實驗內容

將硝酸鈣晶體溶解，邊攪拌邊加入濃氨水調節pH，當pH為8.0～8.5時，停止加氨水。用布氏漏斗抽濾，得濾液。將所得濾液分成相同的n份于1#～n#的250 mL燒杯中，先固定其他條件，依次變動硝酸鈣溶液濃度、反應溫度、反應物加入量，攪拌10 min，抽濾，用水洗滌產品，90℃下烘干2 h。分別測量1#～n#產品沉降體積，分析產品中碳酸鈣的純度。

2 結果與討論

2.1 反應條件對碳酸鈣成品的影響

2.1.1 硝酸鈣溶液濃度對碳酸鈣成品的影響

固定其他反應條件，改變硝酸鈣濃度，結果見圖1。由圖1可知，60℃條件下，硝酸鈣溶液濃度越高，產品的沉降體積越大。這可能是因為鈣的濃度增大，有益于晶核的形成而不利于晶體的生長，溶液的過飽和度大，晶體的粒徑小，所以沉降體積大。但是，硝酸鈣濃度太大，在精制過程中鈣的損失率顯著增大，所以，硝酸鈣溶液最佳質量分數暫定為23%左右。

圖1 硝酸鈣溶液濃度對輕質碳酸鈣沉降體積的影響

2.1.2 反應溫度對碳酸鈣產品的影響

固定其他反應條件，改變反應溫度，結果見圖2。由圖2可見，常溫下所得碳酸鈣產品沉降體積最大。高溫下，晶體的生長速度快于晶粒的形成速度，晶體趨向于長大。根據斯托克斯定律可知，粒徑越大，沉降體積越小。

圖2 反應溫度對輕質碳酸鈣沉降體積的影響

2.1.3 碳酸氫銨和氨水的加入量對碳酸鈣產品的影響

固定其他反應條件，改變反應物的加入量進行實驗。碳酸氫銨和氨水的加入量為理論量的100%時，反應不完全，沉降體積為8.79 mL/g；碳酸氫銨和氨水的加入量為理論量的105%時，有少量未完全反應，沉降體積為4.91 mL/g；碳酸氫銨和氨水的加入量為理論量的115%和120%時，反應完全，沉降體積分別為4.88 mL/g和5.11 mL/g。所以，實驗最佳碳酸氫銨和氨水的加入量為理論量的110%。

2.1.4 不同洗水量對碳酸鈣產品的影響

洗水量對輕質碳酸鈣純度的影響見圖3。由圖3可見，洗水量為72 mL時（產品質量為18 g，即洗水量是產品質量的4倍時），產品純度即可達到99%以上。在實現工業化的過程中，洗水的這部分將被硝酸銨溶液帶走，要濃縮得到硝酸銨固體，加水量越少成本越低，利潤越高。所以，保證產品純度達到優級品的最佳洗水量為產品質量的4倍。

圖3 不同洗水量對輕質碳酸鈣純度的影響

2.2 自制輕質碳酸鈣產品質量分析

自制輕質碳酸鈣產品質量見表1。制備的輕質碳酸鈣各項指標均達到HG/T 2226—2000《工業沉淀碳酸鈣》標準的要求。

表1 自制輕質碳酸鈣質量

2.3 輕質碳酸鈣產品形貌

自制輕質碳酸鈣產品的SEM圖見圖4。由圖4可知，自制產品呈立方形顆粒，粒徑大小比較均勻。

圖4 自制輕質碳酸鈣產品形貌

3 結論

以硝酸鈣為原料制備輕質碳酸鈣的最佳條件為：反應溫度為常溫，硝酸鈣溶液質量分數為23%左右，洗水量是產品質量的4倍。制備的輕質碳酸鈣各項指標均達到HG/T 2226—2000《工業沉淀碳酸鈣》標準的要求。

［1］吳德橋，陳紅瓊，鐘本和，等.我國發展硝酸磷肥的生產工藝探討［J］.磷肥與復肥，2009，24（4）：36-39.

［2］馮文玉.間接冷凍法硝酸磷肥工藝流程簡介［J］.山西化工，1983（5）：8-10.

［3］張西興.磷石膏綜合利用產出的氯化鈣深加工研究［J］.非金屬礦，2004，27（6）：6-7.

聯系方式：jiahongxiu1985@163.com

Preparation of light calcium carbonate by nitric acid leaching phosphate ore

Hu Zhaoping，Jia Hongxiu，Pang Shihua，Liu Yang，Jia Liang
（Shandong Kingenta Ecological Engineering Co.，Ltd.，Linshu 276700，China）

Calcium nitrate crystal can be obtained by freezing crystallization method from acid solution acquired from nitric acid extracting phosphate rock.After that，light calcium carbonate was prepared by carbonization reaction between ammonium hydrogen carbonate and calcium nitrate crystal.Results show that，the initial carbonization reaction temperature was the normal temperature，mass fraction of calcium nitrate solution was about 23%，ammonium hydrogen carbonate and ammonia dosages were both 110%of theoretical addition amounts，and products were washed by four times of product weight washing water.All quality indexes of the product can meet the standard of Industrial Precipitated Calcium Carbonate，HG/T 2226—2000.

calcium nitrate；ammonium hydrogen carbonate；carbonization；light calcium carbonate

TQ132.32

A

1006-4990（2013）07-0042-02

2013-03-15

胡兆平（1966—），男，本科，主要從事肥料方面的研究工作，已發表文章8篇，現獲國家授權專利6項。