磷石膏和正长石制备硫酸原料气及硫酸钾机理研究

磷化工是云南的支柱产业，磷石膏排放量每年在1500万吨以上，利用率不足5%，是亟待解决的重大资源和环境问题；磷石膏中硫资源循环利用一直是磷石膏利用的研究热点，但至今未有突破性进展；与此同时，我国可溶性钾资源匮乏，而不溶性钾矿资源则十分丰富，但利用尚不充分。在此背景下，本申请提出综合利用云南丰富的磷石膏和正长石矿制备硫酸原料气（SO2）和硫酸钾的学术构想：以CaO-Al2O3-SiO2三元相图为基础，借助热力学分析手段，研究磷石膏- - 钾长石体系热反应历程，探明煅烧气氛、温度、时间、助剂等因素对热反应历程的影响和相互关联作用，采用XRD、SEM、TEM及化学分析等手段分析气相和固相物质组成；探明磷石膏和钾长石制备硫酸原料气和硫酸钾的反应机理。预期成果将能为磷石膏和正长石资源高效利用提供理论依据。

我国是世界上磷肥生产第一大国，而云南则是磷肥生产第一大省。2014年我国磷石膏在8000万吨左右，而资源化率平均不足20%，离“十二五”50%的资源化利用率相距甚远。而传统磷石膏资源化利用途径因使用量少或经济效益差或会带来二次污染等原因，难以继续提升磷石膏的利用率，因此，开发既能大宗化利用，经济效益又好的环境友好型工艺技术，是提高磷石膏资源化利用的必然趋势和选择。.钾是植物生长的第三要素，而我国是一个可溶钾矿资源缺泛而不溶性钾矿相当丰富的国家，以不溶性钾矿为原料制备钾肥是解决我国可溶性钾资源不足主要途径。.基于上述原因，本研究提出利用云南丰富的不溶性钾矿资源-钾长石与磷石膏分解产物-氧化钙进行置换反应制备可溶钾盐，同时回收含二氧化硫的尾气制硫酸的学术构想。.项目研究以CaO-Al2O3-SiO2体系的三元相图为基础，通过热力学分析并结合实验研究，确定体系中钾长石、CaO适宜配比。以化学纯物质替换实际原料体系，研究体系热反应机理及硫在体系反应过程中的迁移特征及规律性，并对外加剂进行筛选，将纯物质体系研究成果应用于真实体系，研究其共性和差异，获得了如下成果：.（1）随着温度的增加，钾长石由最初的微斜长石转变为正长石再转变为透长石，继而分解释放出SiO2转变为白榴石，是钾长石进行置换反应的基础。.（2）钾长石可与CaO和CaSO4发生反应，钾长石与CaO反应为吸附机理，产物为K2O，因升华而逸出，与CaSO4反应则是离子交换机理，产物以K2Ca2(SO4)3低共熔物形式存在。.（3）磷石膏中的硫迁移规律与氧化还原势有关，强还原势下产生中间产物CaS，部分与钾长石分解物进行离子交换反应，硫以单质硫的形态升华；而在弱还原势下则被分解为SO2。.（4）不同配料体系焙烧物XRD分析表明，当体系中硫酸根量多时可溶性钾盐以K2S2O8形式存在，少时则为K2SO4。.研究成关键数据如下：.（1）钾长石-磷石膏-焦炭体系制备钾盐最佳摩尔配比为2：7：3，最优助剂为硫酸钠，当添加量为钾长石量的3%时，在 1150～1200℃焙烧60min，可溶性钾溶出率为87.39%。.（2）钾长石分别与CaO和CaSO4反应均属于扩散控件，表观活化能分别为167.63 kJ/mol和226.91 kJ/mol。.研究成果表明，用钾长石-磷石膏-焦炭体系制备可溶性钾，钾的回收率高于87%，且硫