CN100336718C - 用芒硝复分解法生产三聚磷酸钠的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用芒硝复分解法生产三聚磷酸钠的方法，是对现有生产三聚磷酸钠技术的进一步改进和完善，其特征是：在生产三聚磷酸钠的技术领域中首次提出使用芒硝、磷矿粉和硫酸进行复分解反应制成含NaH₂PO₄的溶液，并首次提出了对其进行调控PH值、煮沸浓缩、酸化除硝等特殊的除杂净化方法，即可实现彻底去除CaSO₄和Na₂SO₄等杂质的净化目的，为中和聚合生产三聚磷酸钠产品供给已净化合格的母液，本发明工艺流程简单、操作管理方便、运行安全可靠，能进一步改善三聚磷酸钠的纯度、提高产品质量，可极大地降低生产成本，大大减少排污量、减轻污染负荷，节能效果好，具有十分显著的社会环保和经济效益，有极好的推广使用前景。

Description

用芒硝复分解法生产三聚磷酸钠的方法

技术领域：

本发明涉及三聚磷酸钠的生产方法，属于磷酸盐化工生产技术领域，具体地说是一种用芒硝复分解法生产三聚磷酸钠的方法。

背景技术：

我们知道，三聚磷酸钠及其磷酸盐类产品是化学工业的重要产品，它作为一种重要的添加助剂，广泛应用于洗涤剂、药品和食品等众多生产行业。在磷酸盐化工工业中生产制造三聚磷酸钠产品一直都是沿用磷酸与烧碱或纯碱进行中和反应后再聚合而成的传统方法。美国专利US 3322493就公开了一种生成三聚磷酸钠产品的生产技术，它是用磷酸与烧碱或纯碱的水溶液反应，生成含有一分子磷酸二氢钠和二分子磷酸氢二钠的含水混合物，再加热到350℃以上，除去自由水即可制得三聚磷酸钠的产品。目前，这项技术仍然是生产三聚磷酸钠及其磷酸盐类产品的主要传统方法，它的生产设备和工艺技术已经相当成熟。但是，这种方法的最大缺陷是它生产三聚磷酸钠产品的成本太高，其主要原因是该法生产三聚磷酸钠所消耗磷酸和纯碱原料的数量大，而市购磷酸和纯碱这两宗原料的费用高，致使大多数生产三聚磷酸钠的企业都处于经营性亏损的局面而被迫停产。中国专利CN1030981C公告了一种名称为“一种三聚磷酸钠的生产方法”的专利技术，它是用磷酸与氯化钠在高温下反应脱除氯化氢并制得聚磷酸盐混合物，然后加入碳酸钠与其反应，最后制得三聚磷酸钠成品。它的最大特征是采用氯化钠部份地替代碳酸钠原料，虽然这种生产方法能减少碳酸钠的消耗量，对降低三聚磷酸钠的生产成本有一定的作用，但是，磷酸原料的消耗量却仍然是居高不下，并且，采用这种方法生产三聚磷酸钠时，会有大量的氯化氢有害气体逸出，会造成严重的环境污染问题，实在是得不偿失。我公司经过多年的研究，提出了一种“用干湿综合法生产三聚磷酸钠的方法”的技术(本技术已申请中国专利，专利申请号为：200410040357.9)，它是分别用湿法萃取和干法焙烧的方法，分别制成富含P₂O₅的磷酸萃取液和纯碱浸取液，供“中和-聚合”生产三聚磷酸钠产品，它的优点是可大大降低纯碱和磷酸原料的消耗量，对降低三聚磷酸的生产成本具有显著作用，但是无庸讳言，由于它是分别采用湿法萃取和干法焙烧两套独立生产流程分别制取磷酸萃取液和纯碱浸取液，所需生产设备较多、生产工艺沉长、生产管理复杂，也会导致生产成本有所上升，特别是它采用湿法萃取和干法焙烧分别制取的磷酸萃取液和纯碱浸取液中会残留较多的CaSO₄和Na₂SO₄杂质，较难沉清净化，如果不能将CaSO₄和Na₂SO₄等杂质完全彻底去除干净使其净化，事实上会影响三聚磷酸钠的结晶纯度，严重时也会影响三聚磷酸钠的产品质量。

发明内容：

本发明是在现有技术的基础上提出一种用芒硝复分解法生产三聚磷酸钠的方法，它是对现有制造三聚磷酸钠生产技术的进一步改进和完善，本发明的显著特点是用芒硝、磷矿粉[主要成份为Ca5F(PO₄)₃]和硫酸进行复分解反应制得含NaH₂PO₄的溶液，经过煮沸浓缩、酸化除硝和精确调控PH值等特定的技术处理后，即可彻底去除溶液中残留的CaSO₄和Na₂SO₄等杂质，制得主要含NaH₂PO₄的净化合格的母液，这对进一步改善三聚磷酸钠的结晶纯度、提高产品质量将起到关键作用。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

它依次按以下次序的步骤进行：

(1)复分解反应：

将反应原料芒硝、磷矿粉和硫酸放入配装有搅拌器和蒸汽加热装置的反应池内，按所用磷矿粉原料重量的6∽7倍加入清水，通入蒸汽加热、控制反应池内温度为60∽95℃，在连续均匀搅拌的工况下，进行芒硝复分解反应8∽9小时，复分解反应方程式如下：

制得含NaH₂PO₄的溶液，

(2)压滤排渣：将制得含NaH₂PO₄的溶液送入压滤过滤机过滤排弃CaSO₄沉渣，将滤液输入贮液罐内，

(3)调节PH值：向贮液罐内添加少量纯碱，调节控制滤液的PH值为12∽13，在PH值为12∽13的特定酸碱度的环境条件下，可使残留于滤液中的CaSO₄杂质完全沉淀析出，

(4)压滤净化：再次送入压滤过滤机过滤，可彻底排出滤液中沉淀析出的CaSO₄杂质，将制得的滤液送入浓缩罐，

(5)煮沸浓缩：加热浓缩罐，煮沸浓缩已去除CaSO₄杂质的滤液至浓度为波美浓度28∽30°Be，在加热煮沸浓缩的特定条件下，可使残留于滤液中的Na₂SO₄杂质浓缩生成热晶芒硝晶体沉淀析出，

(6)压滤除硝：将已煮沸浓缩析出热晶芒硝晶体的含NaH₂PO₄的滤液再次送入压滤过滤机进行过滤，去除芒硝杂质，将制得的滤液送入酸化池，

(7)酸化除硝：向酸化池加入少量的硫酸，调节控制滤液的PH值为5∽6，在PH值为5∽6的特定酸碱度的环境条件下，继续加热煮沸浓缩可使残留于滤液中的Na₂SO₄全部生成芒硝晶体完全析出，经彻底滤取芒硝后，制得已彻底去除CaSO₄和Na₂SO₄杂质的主要含NaH₂PO₄的合格母液，

(8)中和聚合：将制得的主要含NaH₂PO₄的合格母液经喷雾干燥后，送入聚合炉进行聚合反应，即可聚合生成三聚磷酸钠产品。

本发明的复分解反应步骤中，各反应原料按重量份计为：

芒硝                       1.5∽2.0份，

磷矿粉                     1.8∽2.2份，

硫酸                       1份，

硫酸是含H₂SO₄按百分比浓度为95％计，

将在压滤除硝和酸化除硝步骤中从滤液中滤取的芒硝放入淘洗池内，按芒硝重量的0.8∽1.2倍加入清水进行反复淘洗，控制淘洗水温为40∽60℃，过滤脱水即可回收芒硝送复分解反应步骤回用，在淘洗池中逐渐加入硫酸调节控制淘洗滤液的PH值为5∽6，经煮沸浓缩完全除硝后的淘洗滤液，送中和聚合步骤用，既能充分回收利用物质资源，提高三聚磷酸钠的产量，大大降低生产成本，又能减少排渣数量，减轻环境污染，具有明显的社会环保和经济效益。

用本发明提出的方法同样适用于单独生产NaH₂PO₄、Na₂HPO₄、Na₃PO₄和Na₄P₂O₇等其它聚磷酸盐类产品。

本发明提出的用芒硝复分解法生产三聚磷酸钠的方法，与现有生产技术相比较，其主要的实质性特点和显著进步是：首先是在生产三聚磷酸钠及其磷酸盐类产品的技术领域中首次采用芒硝、磷矿粉和强酸性的硫酸进行复分解反应制成含NaH₂PO₄的溶液，在强酸性硫酸的作用下，能够促使芒硝复分解反应进行完全彻底，能进一步提高NaH₂PO₄的得率，实现充分利用原料资源，明显减少排污量的目的；第二：首次提出了对用湿法制得的含NaH₂PO₄的溶液进行除杂净化处理的技术，采用精确调控溶液PH值的特定酸碱度环境条件，并经煮沸浓缩、酸化除硝等特殊处理技术，即可实现彻底去除溶液中残留的CaSO₄和Na₂SO₄杂质的净化目的，为中和聚合生产三聚磷酸钠产品提供主要含NaH₂PO₄的已净化合格的母液，为进一步改善三聚磷酸钠的纯度、提高产品质量奠定了物质技术基础。本发明工艺流程简单、所用生产设备数量少、投资费用低、操作管理方便、运行安全可靠，能进一步降低三聚磷酸钠的生产成本、提高产品质量，同时又能大大减少排污排渣数量，明显减轻污染负荷，具有十分显著的社会环境保护和经济效益。

附图说明：

附图是本发明的生产工艺流程图。

具体实施方式：

实施例一：

本发明提出的的用芒硝复分解法生产三聚磷酸钠的方法，它依次按以下次序的步骤进行：

(1)复分解反应：将反应原料按重量份计为：

芒硝                            1.5份，

磷矿粉                          1.8份，

硫酸                            1份，

硫酸是含H₂SO₄按百分比浓度为95％计，

计量称取放入配装有搅拌器和蒸汽加热装置的反应池内，按所用磷矿粉原料重量的6倍加入清水，通入蒸汽加热、控制反应池内温度为65℃，在连续均匀搅拌的工况下，进行芒硝复分解反应8小时，复分解反应方程式如下：

即可制得含NaH₂PO₄的溶液，

(2)压滤排渣：将制得含NaH₂PO₄的溶液送入压滤过滤机过滤排弃CaSO₄沉渣后，将滤液输入贮液罐内，

(3)调节PH值：向贮液罐内逐渐添加少量纯碱，调节控制滤液的PH值为12，使残留于滤液中的CaSO₄杂质进一步完全沉淀析出，

(4)压滤净化：再次送入压滤过滤机过滤，可彻底排弃滤液中沉淀析出的CaSO₄杂质，将制得的滤液送入浓缩罐，

(5)煮沸浓缩：加热浓缩罐，煮沸浓缩已去除CaSO₄杂质的滤液至浓度为波美浓度28°Be，可使残留于滤液中的Na₂SO₄杂质浓缩生成热晶芒硝晶体沉淀析出，

(6)压滤除硝：将已煮沸浓缩析出热晶芒硝晶体的含NaH₂PO₄的滤液再次送入压滤过滤机进行过滤，去除芒硝杂质，将制得的滤液送入酸化池，

(7)酸化除硝：向酸化池缓缓加入少量的硫酸，调节控制滤液的PH值为5，继续加热煮沸浓缩可使残留于滤液中的Na₂SO₄全部生成芒硝晶体完全析出，经彻底滤取芒硝后，即可制得已彻底去除CaSO₄和Na₂SO₄杂质的主要含NaH₂PO₄的合格母液，

(8)中和聚合：将制得的主要含NaH₂PO₄的合格母液经喷雾干燥后，送入聚合炉进行聚合反应，即可聚合生成三聚磷酸钠产品。

将压滤除硝和酸化除硝步骤中从滤液中滤取的芒硝集中放入淘洗池内，按芒硝重量的0.8倍加入清水进行反复淘洗，控制淘洗水温为45℃，经过滤脱水即可回收芒硝送复分解反应步骤回用，在淘洗池中逐渐加入少量硫酸调节控制淘洗滤液的PH值为5，经煮沸浓缩完全除硝后的淘洗滤液，可供中和聚合步骤用。

实施例二：

本发明提出的的用芒硝复分解法生产三聚磷酸钠的方法，它依次按以下次序的步骤进行：

(1)复分解反应：将反应原料按重量份计为：

芒硝                       1.8份，

磷矿粉                     2份，

硫酸                       1份，

硫酸是含H₂SO₄按百分比浓度为95％计，

计量称取放入配装有搅拌器和蒸汽加热装置的反应池内，按所用磷矿粉原料重量的6.5倍加入清水，通入蒸汽加热、控制反应池内温度为80℃，在连续均匀搅拌的工况下，进行芒硝复分解反应8.5小时，复分解反应方程式如下：

制得含NaH₂PO₄的溶液，

(2)压滤排渣：将制得含NaH₂PO₄的溶液送入压滤过滤机过滤排弃CaSO₄沉渣后，将滤液输入贮液罐内，

(3)调节PH值：向贮液罐内添加少量纯碱，调节控制滤液的PH值为12.5，可使残留于滤液中的CaSO₄杂质完全沉淀析出，

(4)压滤净化：再次送入压滤过滤机过滤，可彻底排出滤液中沉淀析出的CaSO₄杂质，将制得的滤液送入浓缩罐，

(5)煮沸浓缩：加热浓缩罐，煮沸浓缩已去除CaSO₄杂质的滤液至浓度为波美浓度29°Be，可使残留于滤液中的Na₂SO₄杂质浓缩生成热晶芒硝晶体沉淀析出，

(6)压滤除硝：将已煮沸浓缩析出热晶芒硝晶体的含NaH₂PO₄的滤液再次送入压滤过滤机进行过滤，去除芒硝杂质，将制得的滤液送入酸化池，

(7)酸化除硝：向酸化池缓缓加入少量的硫酸，调节控制滤液的PH值为5.5，在PH值为5.5的特定酸碱度的环境条件下，继续加热煮沸浓缩可使残留于滤液中的Na₂SO₄全部生成芒硝晶体完全析出，经彻底滤取芒硝处理后，即可制得已彻底去除CaSO₄和Na₂SO₄杂质的主要含NaH₂PO₄的合格母液，

(8)中和聚合：将制得的主要含NaH₂PO₄的合格母液经喷雾干燥后，送入聚合炉进行聚合反应，即可聚合生成三聚磷酸钠固体产品。

将压滤除硝和酸化除硝步骤中从滤液中滤取的芒硝集中放入淘洗池内，按芒硝重量的1.0倍加入清水，进行反复淘洗，控制淘洗水温为50℃，过滤脱水即可回收芒硝送复分解反应步骤回用，在淘洗池中加入少量的硫酸调节控制淘洗滤液的PH值为5.5，经煮沸浓缩完全除硝后的淘洗滤液，可供中和聚合步骤用。

实施例三：

本发明提出的的用芒硝复分解法生产三聚磷酸钠的方法，它依次按以下次序的步骤进行：

(1)复分解反应：将反应原料按重量份计为：

芒硝                     2份，

磷矿粉                   2.2份，

硫酸                     1份，

硫酸是含H₂SO₄按百分比浓度为95％计，

计量称取放入配装有搅拌器和蒸汽加热装置的反应池内，按所用磷矿粉原料重量的7倍加入清水，通入蒸汽加热、控制反应池内温度为95℃，在连续均匀搅拌的工况下，进行芒硝复分解反应9小时，复分解反应方程式如下：

制得含NaH₂PO₄的溶液，

(2)压滤排渣：将制得含NaH₂PO₄的溶液送入压滤过滤机过滤排弃CaSO₄沉渣后，将滤液输入贮液罐内，

(3)调节PH值：向贮液罐内添加少量纯碱，调节控制滤液的PH值为13，残留于滤液中的CaSO₄杂质进一步完全沉淀析出，

(4)压滤净化：再次送入压滤过滤机过滤，可彻底排弃滤液中沉淀析出的CaSO₄杂质，将制得的滤液送入浓缩罐，

(5)煮沸浓缩：加热浓缩罐，煮沸浓缩已去除CaSO₄杂质的滤液至浓度为波美浓度30°Be，使残留于滤液中的Na₂SO₄杂质浓缩生成热晶芒硝晶体沉淀析出，

(6)压滤除硝：将已煮沸浓缩析出热晶芒硝晶体的含NaH₂PO₄的滤液再次送入压滤过滤机进行过滤，去除芒硝杂质，将制得的滤液送入酸化池，

(7)酸化除硝：向酸化池缓缓加入少量的硫酸，调节控制滤液的PH值为6，在PH值为6的特定酸碱度的环境条件下，继续加热煮沸浓缩可使残留于滤液中的Na₂SO₄全部生成芒硝晶体完全析出，经彻底滤取芒硝后，即可制得已彻底去除CaSO₄和Na₂SO₄杂质的主要含NaH₂PO₄的合格母液，

(8)中和聚合：将制得的主要含NaH₂PO₄的合格母液经喷雾干燥后，送入聚合炉进行聚合反应，即可聚合生成三聚磷酸钠产品。

Claims (3)

1.一种用芒硝复分解法生产三聚磷酸钠的方法，其特征在于：它依次按以下次序的步骤进行：

(1)复分解反应：将反应原料芒硝、磷矿粉和硫酸放入反应池内，在搅拌的工况下，进行芒硝复分解反应制得含NaH₂PO₄的溶液，送入压滤排渣步骤，

(2)压滤排渣：将制得含NaH₂PO₄的溶液送入压滤过滤机过滤排弃CaSO₄沉渣，将滤液输入贮液罐内，

(3)调节PH值：向贮液罐内添加少量纯碱，调节控制滤液的PH值为12∽13，残留于滤液中的CaSO₄杂质沉淀析出，

(4)压滤净化：再次送入压滤过滤机过滤，排弃沉淀析出的CaSO₄杂质，将制得的滤液送入浓缩罐，

(5)煮沸浓缩：加热浓缩罐，煮沸浓缩滤液至浓度为波美浓度28∽30°Be，残留于滤液中的Na₂SO₄杂质浓缩生成热晶芒硝晶体沉淀析出，

(6)压滤除硝：再次送入压滤过滤机过滤，去除芒硝杂质，将制得的滤液送入酸化池，

(7)酸化除硝：向酸化池加入少量硫酸，调节控制滤液的PH值为5∽6，加热煮沸浓缩滤液，滤取芒硝后，制得主要含NaH₂PO₄的合格母液，送入中和聚合步骤，

(8)中和聚合：将制得的主要含NaH₂PO₄的母液经喷雾干燥后，送入聚合炉进行聚合反应，聚合生成三聚磷酸钠产品。

2.根据权利要求1所述的用芒硝复分解法生产三聚磷酸钠的方法，其特征在于：在复分解反应步骤中，各反应原料按重量份计为：

芒硝                     1.5∽2.0份，

磷矿粉                   1.8∽2.2份，

硫酸                     1份，

硫酸是含H₂SO₄按百分比浓度为95％计。

3.根据权利要求1所述的用芒硝复分解法生产三聚磷酸钠的方法，其特征在于：将在压滤除硝和酸化除硝的步骤中滤取的芒硝放入淘洗池，加水进行淘洗，过滤脱水回收芒硝，在淘洗池中逐渐加入硫酸调节控制淘洗滤液的PH值为5∽6，经煮沸浓缩完全除硝后的淘洗滤液，送中和聚合步骤用。

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