A kalcium-foszfátok foszfor szublimációjának elméleti alapjai
A trikalcium-foszfát szén-hidrogénnel való redukciójának általános reakcióját a 47> 48:
Ca3 (PO4) 2 + 5C = P2 + 5CO + 3CaO (418,9 kcal) 49 (-413,0 kcal) 50 (1)
A reakció (áramlás nélkül) 1100 ° C-on és 1400 ° C-on kezdődik (1 óra alatt) (260. ábra) 51
A szén mennyiségének növekedésével a trikalcium-foszfát redukciójának mértéke nő (261. ábra) 49, 61 Magas hőmérsékleten (1500-1550 ° C) a szénkibocsátás hatása kevésbé észrevehető. Nagyon fontos a szén természete. Minél kisebb a kristályos grafit, annál magasabb a kémiai aktivitása,
NOSTA 51, 52, 61, 62_, hogy far-hangú redukáiószer-sósav képességét uglero-kianit anyagok Raspaud Laga sorba: hajóban-tyanoy koksz, grafit, antracit, kohászati koksz, szén.
Ábra. 260. A kalcium-foszfátok hőmérsékletének és a redukció mértékének hatása (60 percen belül):
/ -szinetikus Cas (PO4) 2; 2-szintetikus Ca5 (p04) 3F; 3 - apatit-nephelia érc; 4 - Vyatka foszforit; Karatau 5-foszforit; 6 - szintetikus Ca4P209.
A gyakorlatban a foszfor szublimálását úgy hajtják végre, hogy szilícium-dioxidot bevezetnek a terhekbe mint fluxus. is vizsgáltuk
alumínium-oxid és alumínium-szilikátok alkalmazásával60. A hatás a fluxus-obyas az a tény, hogy azok összekapcsolása a kalcium-oxid, a reakció egyensúlya felé tolódik el a kialakulását foszfor. A helyreállítási folyamat ezekben az esetekben, a következő egyenletek írhatók: Ca3 (P04) 2 + 5C + 2Si02 = P2 + 5C0 + Ca3Si207 (-368,9 kcal) 49 (-348,8 kcal) 50 (2), Ca3 (P04) 2 + 5С + ЗА1203 = Р2 + 5С0 + 3 (А1203-СаО) (-386,0 kcal) 50 (3)
A behajtás szilícium-dioxid jelenléte egy alulról cal temperaturah49-61: 1000 1200-1300 °. Ustanovleno52-63, hogy a csökkentés-trikalcium képződött előnye kormányzati trikaltsiydisi - Licata Ca3Si207, mások-szilikátok, különösen Me tasilikat CaSiCb, az eredményeket lehet keletkezett-Tate másodlagos reakciók.
A szilícium - dioxid a trikalcium - diszilikát képződéséhez szükségesnél nagyobb mennyiségben kerül be a töltetbe, és nem reagált az utóbbiakkal - sublimes, 64 - es foszfátot. A trikalcium-foszfát redukciójának mértéke nő a töltés Si02: Ca0 arányával. A SiC> 2 hatása kevésbé észrevehető (különösen 1300 ° C feletti hőmérsékleten), nagyobb SiC> 2 értékkel, mint a 49-61. Trikalcium-diszilikátban.
SiC> 2 jelenlétében könnyebb eltávolítani a mészet a kemencéből is, amely ebben az esetben alacsony olvadáspontú kalcium-szilikát-kalcium-szilikát formájában szabadul fel. Az 1. ábrán. 262, hogy a salak olvadási hőmérséklete attól függ, hogy mennyi Si02: CaO van benne. A salak összetételét a szilícium-dioxid és a CaO tömegarányának savas aránya határozza meg. Például a kalcium-metaszilikát esetében, amely 1540 ° C-on olvad és 51,7% Si02-ot és 48,3% CaO-ot tartalmaz, a savassági index 1,07. Az alacsonyabb savas értékű salakokat, amelyek több CaO-t tartalmaznak, mint a metaszilikátot, bázikusnak nevezik, és a savassági index magas savakkal rendelkező salakjai savasak.
Az alap- és savas salakok, amelyek savassági indexe kisebb vagy nagyobb, mint 1,07, olvadnak alacsonyabb hőmérsékleten, mint a kalcium-metaszilikát.
Ábra. 261. A felesleges szén hatása a trikalcium-foszfát redukciójának fokozására. A fűtés időtartama 60 perc: 1 - Cas (P04) 2 + xC, 1400 °; 2 - S3 (R04) 2 + хС + 3 Si02, 1300 °; 3 - Са3 (Р04) 2 + яї - 2 Si02, 1300 °; 4-S3 (R04) 2+ + xC + 3Si02, 1200 °.
Az alumínium és alumínium-szilikátok pozitív hatással vannak a trikalcium-foszfát kinyerésére, de kisebb mértékben, mint
szilícium-dioxid 61> 65
67. A folyók természete is fontos. Az amorf szilícium-dioxid vagy alumínium-oxid nagyobb mértékben hasznosítja más egyenlő körülmények között, mint a kristályos 61,66-69. Az alkáli sók fokozzák a trikalcium-foszfát szénnel való csökkentését, különösen alacsony hőmérsékleten 65,70
A tricalcium-foszfát szénnel történő redukciójának reakciói fenti összefoglaló egyenletei nem adnak ötletet a folyamat mechanizmusáról, amelynek nézetei eltérőek.
Megállapították, hogy ha az apatit és a szén töltéséből származó foszfort a szilícium-dioxid jelenlétében termikusan megtermékenyítik, az utóbbi nem képes eltüntetni a P4Oy-t az apatitból 1400 ° -on. 1000 ° C feletti hőmérsékleten az apatit reagál Si02-gyel CaSi03 és Ca3 (PO4) 2 képződésével, H ^ O és SiF4 felszabadításával. Ezután a Ca3 (PO4) 2 szén-dioxid-kibocsátással csökkentett (könnyebb, mint az apatit), és a felesleges kalcium-oxid reagál Si02-val, alacsony olvadáspontú salakot képezve.
Ábra. 262. A Si02-CaO rendszerben való olvashatóság diagramja.
A foszfátok hidrogénnel, földgázzal és más gáz-halmazállapotú reagensekkel történő helyreállítása jóval lassabban megy végbe, mint a szilárd
Carbon. Pokazano92, hogy jelenlétében földgáz Corollárium párologtató-PAX 1250 ° (megömlesztjük töltés) hasznosítás legfőképpen szénből, lerakódnak a pirolízis metán a felszínen, és a pórusokat a foszforitot; 1300 ° C feletti hőmérsékleten - hidrogénnel, amely a metán pirolízis során képződik. Az ipari folyamatok előforduló 1400- 1450 °, fúj töltés metán praktikus, mert a Sun-képződés miatt a hidrogén lassabb, mint kohászati koksz-lefölözött. Ugyanakkor a metán pirolízis során felszabaduló szén nagyobb mértékben csökkenti a kokszot. Kölcsönhatás gáznemű természetes foszfátok Sun-stanovitelyami gyorsított jelenlétében nátrium- és magnéziumsók shihty93 csökkentésével az olvadási hőmérsékletet. Az alkalikus sók közül a Na2S'04 94 adagolása a legaktívabb. A folyadékok maximális hatását a töltés olvadáspontjánál (-1300 °) figyelhetjük meg.
A foszfátok gázok általi csökkentése azzal jár, hogy nagy mennyiségű redukálószer (20-30-szorosa) és nehézkes berendezések használata szükséges.
A trikalcium-foszfát szénnel való csökkentésének reakciósebességét az 52-60'96 reakcióképes komponensek diffúziója korlátozza. A kísérleti adatok azt igazolják, hogy a szilárd anyagok diffúzióját felgyorsító tényezők növelik a trikalcium-foszfát szén-dioxiddal való csökkentését. A fellendülés mértéke a töltés részecskék méretének csökkenésével nő. A töltés brikettálásának pozitív hatása különösen indikatív. A diffúzió, és így a csökkenés mértéke növekszik a hőmérséklet növekedésével. Polyeutektikus elegyet képező fluxusok bevezetése a töltésbe a folyamat során történik. A szilícium-dioxid kevésbé sűrű átalakításának hőmérséklete megegyezik a trikalcium-foszfát redukciójának kezdeti hőmérsékletével szilícium-dioxid jelenlétében (900-1000 ° C). A diffúzió gyorsulása intrakristályos transzformációkkal magyarázható. A foszfát és a koksz közti kölcsönhatás kvarc jelenlétében, a foszforoxidáció közbenső fokozatú vegyületek képződésével végzett kristályos-kémiai transzformációk kíséretében főként a 90 olvadékban folytatódik. Csak előfordulása előtt a foszfátot szén-monoxiddal és szén-dioxiddal közvetlenül csökkentik a szilárd fázisok diffúziója következtében.
A szublimáció folyamatában mellékreakciók fordulnak elő. 1600 ° C feletti hőmérsékleten és nagy szén-dioxid-feleslegben keletkezik foszfid és kalcium-karbid:
Ca3 (PO4) 2 + 8C = C. a3P2 + 8CO Ca3P2 + 6C = 3CaC2 + P2
A foszfátokban lévő vas-oxid a foszfor egy részét a vas-foszfidokhoz köti, például:
Fe203 + 3C = 2Fe + ZCO
A kemencéből olvadt formában szabadul fel, és egy öntöttvas vas - foszforként megszilárdul.
Alapvető a lúgok szublimációja és a fluoridvegyületek felszabadulása:
2CaF2 + Si02 = 2CaO + SiF4
A négyfluor-szilíciumot a foszfor kondenzációjánál a víz abszorbeálja, felszabadítva a szilíciumsavat, ami szennyezi a terméket. A nyersanyagban található szulfidok és szulfátok hidrogén-szulfidot tartalmaznak. Itt van a karbonátok bomlása is; Az eljárás során felszabaduló szén-dioxid oxidra redukálódik. A töltetben lévő nedvesség foszforral reagál, foszfor-hidrogént és foszforossavat képezve, ami csökkenti a foszfor hozamát. A foszfor veszteségeinek csökkentése érdekében a nyersanyagokat néha előzetes kalcinálásnak vetik alá.