无机化工生产与化工工艺学

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1、无机化工生产与化工工艺学合肥四方磷复肥公司陈明信第一章无机化工简介及无机化工反应单元工艺概述1.1化学工业在世界经济发展中的地位化学工业是以煤炭、石油、天然气、矿物、生物质等为原料，生产农用化学品、有机和无机原料、合成材料、精细与专用化学品等产品的重要产业部门。据统计，化学工业的产品约60%用于基础工业和交通运输业，30%用于农业和轻工业，10%用于建筑材料等其他工业部门。在欧美俄等化学工业发达国家，化学工业生产总值一般占GDP的5%-7%；占工业总产值的7%-10%，在各工业部门中列2-4位。从目前我国的工业来看，石油和化学工业的主

2、要经济指标（销售收入、利润）均居全国工业的首位；居第二、三位的是电子及通讯设备制造业、电力工业。1.2化学工业的进展与新世纪中的发展特点1.2.1新世纪的化学工业以技术创新为发展动力生产竞争力和新产品新技术开发竞争力是构成化学工业的综合国际竞争力的主要因素。生产竞争力主要指资源优势、成本优势、经营管理优势和产品质量性能服务的优势。对于化学工业这样的技术密集型产业，技术创新是取得优势的关键。新世纪化学工业的技术创新主要包括三个方面：1、跟踪科学研究的前沿，在技术深度上开辟新的生长领域；2、与相关学科之间的相互交叉渗透，在技术的广度上通过

3、与新兴产业的融合获得新的拓展；3、采用新的高科技成果改造传统产业，以获得更好的生产结果。这些现代化工的前沿科学包括纳米技术、生物工程和化学工程交叉、微生物工程技术、量子化学和分子模拟技术等。1.2.2新世纪的化学工业将是可持续发展的绿色产业绿色化学的核心是“原子经济”，提高原子利用率。主要是建立生态工业，包括资源和能源的循环利用、可再生物质替代矿物技术等。1.2.3化学工业的资源化工的主要原料来自矿产资源、农业和林业资源、空气和水、海洋资源以及工业副产品和废弃物。最重要的有以下几种化工资源：化学矿、煤、天然气、生物资源、海洋资源。自然

4、界固体矿物有3000多种，它们可分为冶金矿物、建筑矿物和化学矿。化学矿物有很大一部分是用以制造无机盐的矿物，特称为成盐矿物。1.3无机化工反应单元工艺1.3.1焙烧、煅烧和烧结1.3.2浸取1.3.3复分解无机化工的类型：1）无机酸工业：硫酸、盐酸、硝酸、磷酸2）氯碱工业：烧碱、氯气、盐酸、3）纯碱工业：碳酸钠、碳酸氢钠、氯化铵4）化肥工业：氮肥、磷肥、钾肥5）无机盐工业。单元反应的类型：1）“湿法”化学加工2）“热法”化学加工3）复分解或置换加工过程单元操作类型1）原料准备：矿物破碎、磨细、筛分，精选、选矿。2）矿物热加工：焙烧、煅

5、烧、烧结。3）矿物浸取：从固相转移到液相（物理浸取、化学浸取）。4）过滤：固液分离（压力式、真空式、离心式）。5）溶液精制：蒸馏、吸附、液-液萃取、离子交换、膜分离、沉淀、结晶。6）蒸发：提高溶液浓度。7）结晶：形成均匀合适粒度的颗粒。8）干燥：防止结块或分解。1.3.1焙烧、煅烧和烧结焙烧：将矿石、精矿在空气、氯气、氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等气流中不加或配加一定的物料，加热至低于炉料的熔点，发生氧化、还原或其他化学变化的单元过程。煅烧：低于物料熔点的适当温度下，加热物料，使其分解，并除去所含结晶水，二氧化碳、三氧化硫等挥发性物

6、质的过程。烧结：高于物料熔点的适当温度下，加还原剂、助熔剂进行的化学转化过程。焙烧、煅烧和烧结的相同点和区别：相同点：三者都是高温反应过程。不同点：烧结高于物料熔点，焙烧和煅烧低于物料熔点。焙烧和烧结是物料与添加剂等发生化学反应，煅烧是物料发生反应，失去结晶水或挥发组分。1.3.1.1焙烧1.3.1.1.1焙烧的分类与工业应用根据反应性质可分成6类：1）氧化焙烧硫化精矿在低于物料熔点的温度下氧化，使矿石中的部分或全部硫化物变成氧化物的过程。如，硫铁矿、硫化铜矿、硫化锌矿、辉钼矿、铬铁矿等。4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO23

7、FeS2+8O2=Fe3O4+6SO22CuS+3O2=2CuO+2SO22）硫酸化焙烧使某些金属硫化物氧化成易溶于水的硫酸盐的焙烧过程。2MeS+3O2=2MeO+2SO2（Me：亚金，是一种仿金合金，以铜、铅、锌、镍、锡等为主要原料。）3）挥发焙烧将硫化物在空气中加热，使提取对象变成挥发性氧化物，并从气态分离出来。290～400℃2Pb2S3+9O2======2Pb2O3+6SO24）氯化焙烧借助于氯化剂（如Cl2、HCl、NaCl、CaCl2等）的作用，使物料中的某些组分转变为气态或凝聚态的氯化物，从而与其他组分分离。金属氯化

8、物的特点：熔点低、挥发性高、易被还原，易溶于水或其他溶剂，各种金属的氯化物生成的难易和性质存在明显区别。氯化焙烧的特点：原料适应性强，作用温度低，分解率高。800～1000℃2TiO2+(1+a)C+2Cl2======