工業(yè)結(jié)晶基礎(chǔ)兩條規(guī)則在等溫圖中的應(yīng)用

1、1 工業(yè)結(jié)晶基礎(chǔ)工業(yè)結(jié)晶基礎(chǔ) 1 np mp mn、 例如在圖例如在圖3-46中，系統(tǒng)中，系統(tǒng)m分成了分成了n及及p兩部分，那么兩部分，那么 m、n、p三點(diǎn)一定在一直線上，三點(diǎn)一定在一直線上，m點(diǎn)居中，并且它點(diǎn)居中，并且它 們的量們的量m（系統(tǒng)量）、（系統(tǒng)量）、n（n的量）、的量）、p（p的量）分的量）分 別與三段長度對應(yīng)，即別與三段長度對應(yīng)，即 :np mp:mnm n p : 下面以等溫圖中常見的兩種情況為例說明其運(yùn)用。下面以等溫圖中常見的兩種情況為例說明其運(yùn)用。 一是系統(tǒng)落入單固晶體區(qū)內(nèi)，分成了該固相及對它飽和的溶液兩部分。飽和一是系統(tǒng)落入單固晶體區(qū)內(nèi)，分成了該固相及對它飽和的溶液兩部分

2、。飽和 溶液時用一條曲線表示的，而某固相在圖中則是固定的一點(diǎn)（有固體溶液生溶液時用一條曲線表示的，而某固相在圖中則是固定的一點(diǎn)（有固體溶液生 成時，為一直線，此時兩條規(guī)則的運(yùn)用在分析等溫蒸發(fā)過程中敘述），故在成時，為一直線，此時兩條規(guī)則的運(yùn)用在分析等溫蒸發(fā)過程中敘述），故在 單固相結(jié)晶區(qū)內(nèi)顯然可先定下固相的位置，單固相結(jié)晶區(qū)內(nèi)顯然可先定下固相的位置， m:b:l=bl:ml:bm n:e:p=ep:np:ne p:a:b=ab:bp:ap 【例例3-1】根據(jù)上述所學(xué)規(guī)則根據(jù)上述所學(xué)規(guī)則，試判斷，試判斷 圖圖3-18中中 下列過程是否可以實現(xiàn)？下列過程是否可以實現(xiàn)？ d（d點(diǎn)）點(diǎn)）+wa+b c

3、 (c點(diǎn)點(diǎn)) -wb+e(e點(diǎn)點(diǎn)) f (f點(diǎn)點(diǎn) )-ba+d+w e-wb+d 注：各物料量均不為零。注：各物料量均不為零。 答答 （1）不符合交叉規(guī)則，不能實現(xiàn)。）不符合交叉規(guī)則，不能實現(xiàn)。 （2）符合重心規(guī)則，可以實現(xiàn)。）符合重心規(guī)則，可以實現(xiàn)。 （3）符合向背法則和重心規(guī)則，可以）符合向背法則和重心規(guī)則，可以 實現(xiàn)。實現(xiàn)。 （4）不符合重心規(guī)則，不能實現(xiàn)。）不符合重心規(guī)則，不能實現(xiàn)。 如圖如圖3-48所示，用一條過三角所示，用一條過三角 形形w點(diǎn)和系統(tǒng)點(diǎn)點(diǎn)和系統(tǒng)點(diǎn)m所連的直線所連的直線 wmp來描繪系統(tǒng)的蒸發(fā)再來描繪系統(tǒng)的蒸發(fā)再 恰當(dāng)不過。因為從三角形坐標(biāo)恰當(dāng)不過。因為從三角形坐標(biāo) 形

4、成的原理及相似三角形的有形成的原理及相似三角形的有 關(guān)定理不難證明：從關(guān)定理不難證明：從m到到p， 含水量漸少，含鹽量漸大，同含水量漸少，含鹽量漸大，同 時，時，wp線上所有點(diǎn)的線上所有點(diǎn)的a、b鹽鹽 比例都相等。因此，稱比例都相等。因此，稱wmp 這條線為這條線為蒸發(fā)射線蒸發(fā)射線，系統(tǒng)蒸發(fā)，系統(tǒng)蒸發(fā) 時，便沿著蒸發(fā)射線運(yùn)動。時，便沿著蒸發(fā)射線運(yùn)動。 加水過程是蒸發(fā)過程的反過程，顯然應(yīng)從加水過程是蒸發(fā)過程的反過程，顯然應(yīng)從m向向w運(yùn)動。舉一反三運(yùn)動。舉一反三 ，圖中從，圖中從m到到n應(yīng)是系統(tǒng)中減少應(yīng)是系統(tǒng)中減少a鹽的過程，而從鹽的過程，而從m到到b則是系統(tǒng)則是系統(tǒng) 中加入中加入b鹽的過程?？傊?/p>

5、，加入某物料，系統(tǒng)便向代表該物料的鹽的過程?？傊?，加入某物料，系統(tǒng)便向代表該物料的 圖形點(diǎn)運(yùn)動，減少某物料，系統(tǒng)就背離代表該物料的圖形點(diǎn)運(yùn)動圖形點(diǎn)運(yùn)動，減少某物料，系統(tǒng)就背離代表該物料的圖形點(diǎn)運(yùn)動 。這也正是直線規(guī)則與背向規(guī)則的體現(xiàn)。這也正是直線規(guī)則與背向規(guī)則的體現(xiàn)。 簡單相圖的蒸發(fā)簡單相圖的蒸發(fā) 以以nacl- kcl-h2o體系體系20時未飽和溶時未飽和溶 液液m（見圖（見圖3-49）為例加以分）為例加以分 析。析。 系統(tǒng)的蒸發(fā)射線系統(tǒng)的蒸發(fā)射線ms經(jīng)過了經(jīng)過了 未飽和溶液區(qū)，未飽和溶液區(qū)，kcl結(jié)晶區(qū)和結(jié)晶區(qū)和 （kcl+nacl）共結(jié)晶區(qū)，）共結(jié)晶區(qū)， 因此整個過程可分為三個階因此整個

6、過程可分為三個階 段段: 系統(tǒng)從系統(tǒng)從m到到n為第一階段為第一階段， 一直處于未飽和溶液區(qū)，沒有一直處于未飽和溶液區(qū)，沒有 固相析出，由于水的蒸發(fā)，溶固相析出，由于水的蒸發(fā)，溶 液濃度增大。液濃度增大。 系統(tǒng)從系統(tǒng)從n到到q為第二階段為第二階段,系統(tǒng)在系統(tǒng)在n點(diǎn)時，溶液對點(diǎn)時，溶液對kcl飽和，固相飽和，固相kcl 開始析出。本階段系統(tǒng)處于開始析出。本階段系統(tǒng)處于kcl結(jié)晶區(qū)，固相點(diǎn)在結(jié)晶區(qū)，固相點(diǎn)在b不動，根據(jù)直不動，根據(jù)直 線規(guī)則，系統(tǒng)從線規(guī)則，系統(tǒng)從n到到q的同時，液相要對應(yīng)的從的同時，液相要對應(yīng)的從n到到e， 溫度對某一固相溶解度溫度對某一固相溶解度 的影響反映在等溫圖上主的影響反映在

7、等溫圖上主 要是溶解度曲線的變化，要是溶解度曲線的變化， 從而造成結(jié)晶區(qū)隨溫度變從而造成結(jié)晶區(qū)隨溫度變 化的擴(kuò)大和縮小，以及生化的擴(kuò)大和縮小，以及生 成和消失。成和消失。 比如，圖中比如，圖中nano3和和 kno3的溶解度曲線，隨的溶解度曲線，隨 著溫度的降低，越來越靠著溫度的降低，越來越靠 近近w角，即溶解度越小，角，即溶解度越小， 因此對于能夠結(jié)晶析出因此對于能夠結(jié)晶析出 nano3（或（或kno3）的某）的某 一具體系統(tǒng)來說，溫度低一具體系統(tǒng)來說，溫度低 時析出量更大。時析出量更大。 例例3-1 有粗光鹵石含有粗光鹵石含 kcl 15.5%， mgcl239.0%， h2o45.5%，

8、試制定以，試制定以 它為原料制備氯化鉀的它為原料制備氯化鉀的 工藝流程，并作量的計工藝流程，并作量的計 算。算。 kcl-mgcl2-h2o體系體系 相圖的分析相圖的分析 由原料組成由原料組成 可知可知 它屬于它屬于kcl-mgcl2- h2o體系，該體系體系，該體系 0100范圍內(nèi)等溫圖的范圍內(nèi)等溫圖的 基本構(gòu)型是一樣的。圖基本構(gòu)型是一樣的。圖 3-31表示的是表示的是20的情的情 況，分析該圖應(yīng)有如下況，分析該圖應(yīng)有如下 認(rèn)識：認(rèn)識： 表表3.19表表3.20 kcl-mgcl2-h2o體系中有水合物體系中有水合物s（mgcl26h2o）及復(fù)鹽光鹵石）及復(fù)鹽光鹵石g （kclmgcl26h

9、2o）生成，屬于復(fù)雜體系。）生成，屬于復(fù)雜體系。 復(fù)鹽射線復(fù)鹽射線wg與復(fù)鹽溶解度曲線與復(fù)鹽溶解度曲線ep不相交，因此，光鹵石不相交，因此，光鹵石g是異成分復(fù)是異成分復(fù) 鹽，加水時分解。鹽，加水時分解。 圖中封閉三角形圖中封閉三角形aapa是是kcl的結(jié)晶區(qū)，復(fù)鹽射線穿過該區(qū)，說明光鹵的結(jié)晶區(qū)，復(fù)鹽射線穿過該區(qū)，說明光鹵 石加水可以分解為石加水可以分解為kcl，這就提供了光鹵石加水分解制取，這就提供了光鹵石加水分解制取kcl的依據(jù)。的依據(jù)。 返回返回 為了選擇適當(dāng)?shù)募铀疁囟?，?yīng)分析溫度對為了選擇適當(dāng)?shù)募铀疁囟?，?yīng)分析溫度對kcl溶解度的影響。圖溶解度的影響。圖 3-58為為20、50及及100

10、時時kcl溶解度曲線及結(jié)晶區(qū)的情況，溶解度曲線及結(jié)晶區(qū)的情況， 說明，說明，kcl的溶解度隨溫度降低而減小，因此，應(yīng)盡量選擇較低的溶解度隨溫度降低而減小，因此，應(yīng)盡量選擇較低 的加水溫度，為了不增添冷卻設(shè)備使過程簡便易行，可選定加的加水溫度，為了不增添冷卻設(shè)備使過程簡便易行，可選定加 水溫度為水溫度為20.該溫度下的數(shù)據(jù)列于表該溫度下的數(shù)據(jù)列于表3-33。 加水過程分析及工藝流程加水過程分析及工藝流程 原料標(biāo)于圖中原料標(biāo)于圖中m點(diǎn)，近似在點(diǎn)，近似在 純光鹵石純光鹵石g與水合物與水合物s的連線上，說明它含有的連線上，說明它含有 mgcl26h2o雜質(zhì)。雜質(zhì)。 為了便于說明問題，把純光鹵石為了便于

11、說明問題，把純光鹵石g及粗光鹵石及粗光鹵石m的加水的加水 過些分析結(jié)果列于表過些分析結(jié)果列于表3-19及表及表3-20。 圖圖3.11 m 圖圖3.11 由由表表3-19及及表表3-20可見可見: 純光鹵石純光鹵石g加水可得到加水可得到kcl，并以加水量控制在，并以加水量控制在d點(diǎn)得點(diǎn)得 到純凈到純凈kcl析出量最大。析出量最大。 粗光鹵石粗光鹵石m可一次加水分解直接得到可一次加水分解直接得到kcl，并以加水量，并以加水量 控制在控制在h點(diǎn)為最佳。點(diǎn)為最佳。 用粗光鹵石用粗光鹵石m也可分兩步加水制也可分兩步加水制kcl。第一步加水制純。第一步加水制純 光鹵石光鹵石g，加水量控制在，加水量控制在

12、n點(diǎn)最佳。第二步再加水從純光點(diǎn)最佳。第二步再加水從純光 鹵石制鹵石制kcl，加水量控制在，加水量控制在d點(diǎn)最佳。點(diǎn)最佳。 綜上分析，可以得到一次加水直接法的流程如綜上分析，可以得到一次加水直接法的流程如圖圖3-60， 兩次加水間接法的流程如圖兩次加水間接法的流程如圖3-61 （圖中回收母液（圖中回收母液p的虛線箭頭暫不考慮）所示，流程中的虛線箭頭暫不考慮）所示，流程中 的投入物料及生成物料均已標(biāo)明。的投入物料及生成物料均已標(biāo)明。 返回返回 返回返回 流程的比較流程的比較相相 圖分析圖分析 圖圖3-62表示了表示了 流程中各物料在坐標(biāo)流程中各物料在坐標(biāo) 中的位置關(guān)系，如果中的位置關(guān)系，如果 只考

13、慮總的投入及生只考慮總的投入及生 成物料的平衡，對直成物料的平衡，對直 接法，可表示為接法，可表示為 m+w(h)a+p 在圖上，在圖上，m、w與與a 、p符合交叉規(guī)則。符合交叉規(guī)則。 根據(jù)杠桿關(guān)系，代表根據(jù)杠桿關(guān)系，代表 kcl（a）產(chǎn)量）產(chǎn)量 的杠桿臂是的杠桿臂是 ，代表，代表 加水量的杠桿臂是加水量的杠桿臂是 。 ph mh 返回返回 對間接法，生成物料有對間接法，生成物料有a、p、e三個，即整個平衡可表三個，即整個平衡可表 示為示為 m+wa+p+e 為了與直接法做比較，可把母液為了與直接法做比較，可把母液p及母液及母液e合起來，即令合起來，即令 p+eq 顯然，物料顯然，物料q的位置

14、應(yīng)在直線的位置應(yīng)在直線pe的中間，這樣，整個平的中間，這樣，整個平 衡就可表示為衡就可表示為 m+w（r）a+q 其中，其中，r是總物料點(diǎn)，它應(yīng)是是總物料點(diǎn)，它應(yīng)是mw與與aq的交點(diǎn)，并處于的交點(diǎn)，并處于 a、p、e的重心位置，的重心位置，m、w與與a、q為交叉位置，根據(jù)為交叉位置，根據(jù) 杠桿關(guān)系，代表杠桿關(guān)系，代表kcl（）產(chǎn)量的杠桿臂為（）產(chǎn)量的杠桿臂為 ，代表加，代表加 水量的杠桿臂為水量的杠桿臂為 。 一般來說，杠桿臂越長，物料量就越大。一般來說，杠桿臂越長，物料量就越大。圖中圖中 ，說明間接法比直接法加水量要少，而，說明間接法比直接法加水量要少，而kcl產(chǎn)產(chǎn) 量要高。量要高。 qr

15、mr mh qr mr ph 間接法流程的回收率是否還可再提高呢？從間接法流程的回收率是否還可再提高呢？從圖圖-31可見可見 ，母液，母液p對對mgcl h o不飽和，具有溶解 不飽和，具有溶解mgcl h o的能力，因此可用來溶浸的能力，因此可用來溶浸m而回收而回收p中的中的kcl，正如，正如圖圖3- 61中虛線箭頭所示，母液中虛線箭頭所示，母液p回收后，排出流程的就減少了回收后，排出流程的就減少了 ，反映在，反映在圖圖3-62上，總母液點(diǎn)的位置就會向上，總母液點(diǎn)的位置就會向e靠近，無論靠近，無論 從代表從代表kcl量的杠桿臂長度，還是從總母液點(diǎn)的組成來看量的杠桿臂長度，還是從總母液點(diǎn)的組成

16、來看 ，都可獲得更高的回收率，如果母液，都可獲得更高的回收率，如果母液p全部回收，不再排全部回收，不再排 出流程，那么排出母液只有出流程，那么排出母液只有e，這時回收率可達(dá)更高。，這時回收率可達(dá)更高。 量的計算量的計算 下面以下面以100公斤原料公斤原料m為基準(zhǔn)，用物料為基準(zhǔn)，用物料 平衡法對不回收平衡法對不回收p及回收及回收p兩種情況下的間接法流程兩種情況下的間接法流程 進(jìn)行計算，用以說明此類問題的計算方法進(jìn)行計算，用以說明此類問題的計算方法 1.不回收不回收p的情況的情況 根據(jù)相圖分析，整個流程包括，第一次加水溶浸根據(jù)相圖分析，整個流程包括，第一次加水溶浸 制純光鹵石，即制純光鹵石，即 m

17、+w（n）g+e 及第二次加水分解純光鹵石制氯化鉀，即及第二次加水分解純光鹵石制氯化鉀，即 g+w（d）a+p 兩個過程。兩個過程。 查得有關(guān)固、液相的組成為查得有關(guān)固、液相的組成為 物物 料料 純光鹵石純光鹵石g 母液母液e 母液母液p kcl（重量（重量%） 26.83 0.13 3.16 mgcl2（重量（重量%） 34.27 35.36 26.67 設(shè)設(shè)w1為第一次加水量，為第一次加水量，g為過程中純光鹵石量，為過程中純光鹵石量，e為生成母液為生成母液e的的 量，量，w2為第二次加水量，為第二次加水量，p為生成母液為生成母液p的量，的量，a為產(chǎn)品為產(chǎn)品kcl量，則量，則 根據(jù)平衡關(guān)系可

18、列出下列方程式：根據(jù)平衡關(guān)系可列出下列方程式： 第一次加水過程：第一次加水過程： 總物料總物料 100+w1=g+e kcl組分組分 15.5=0.2683g+0.0013e mgcl2組分組分 39.0=0.3427g+0.3536e 第二次加水過程：第二次加水過程： 總物料總物料 g+w2=a+p kcl組分組分 0.2683g=a+0.0316p mgcl2組分組分 0.3427g=0.2667p 解得，解得，w1=12.0，g=57.5，e=54.5，w2=29.5，p=73.9，a=13.1. 進(jìn)而算出進(jìn)而算出kcl回收率回收率 13.1 84.5% 15.5 而直接法的回收率經(jīng)計算僅有而直接法的回收率經(jīng)計算僅有70.2%。 2.回收回收p的情況的情況 當(dāng)考慮母液當(dāng)考慮母液p全部回收（即全部回收（即p排出為零時），從整個流程物料平衡排出為零時），從整個