CN101935027A

CN101935027A - 以工业级湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法

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Publication number: CN101935027A
Application number: CN 201010278694
Authority: CN
Inventors: 陈葵; 朱家文; 武斌; 任洪瑞; 盛勇; 李兵
Original assignee: East China University of Science and Technology; Sinochem Fuling Chongqing Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: East China University of Science and Technology; Sinochem Fuling Chongqing Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: CN101935027B

Abstract

本发明以工业级湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法，其制备步骤包括：①对原料磷酸进行脱砷铅处理：原料磷酸中加入五硫化二磷，在常温下水解反应，静置、过滤，得到湿法净化酸；②一次中和反应：将湿法净化酸于反应器中通氨气进行中和反应，形成由磷酸二氢铵与磷酸氢二铵组成的混合铵盐，浓缩料液，冷却料浆，过滤，得到以磷酸二氢铵为主的磷酸铵盐混合物晶体；③二次中和反应：将磷酸铵盐混合物晶体加水溶解，通氨气继续反应，浓缩料液，冷却料浆，过滤，干燥，获得食品级磷酸氢二铵。本发明的积极效果是：工艺操作过程简洁，易于控制，食品级磷酸氢二铵的收率高、质量稳定，两次中和反应后的母液还可继续用于工业级或饲料级磷酸铵盐的生产。

Description

以工业级湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法

【技术领域】

本发明涉及化学工程技术领域，涉及磷酸氢二铵的结晶法生产方法，具体的是一种以工业级湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法。

【背景技术】

磷是人体必需的元素之一。磷酸盐作为重要的食品配料和功能性添加剂已经广泛地应用于加工禽肉制品、水果制品、蔬菜制品、乳制品、豆制品、焙烤食品、海产品和方便食品。

目前，食品级以上磷酸盐的制造通常是以热法磷酸为原料进行生产的，其中，热法磷酸对原料(矿石)品位的要求较高，并且其制备过程能耗高、污染大，工艺的成本居高不下；而湿法磷酸因含有较多的杂质，如硫酸盐、有机化合物、砷、铅和其他金属离子等，必须有效去除或降低这些杂质的含量才能进行应用。

在现有磷酸氢二铵的生产工艺中，以美国国家肥料开发中心(NFDC)开发研究的“预中和转鼓氨化粒化工艺”(TVA)占有主导地位。该工艺是将氨和磷酸按比例在预中和器中反应，生产一定n(N)/n(P₂O₅)的磷酸铵盐料浆，料浆泵送至造粒机后补加一定量的氨或磷酸，使之在造粒的同时继续反应，以获得产品要求的n(N)/n(P₂O₅)。TVA流程对有效热的利用率偏低，返料比大，干燥能耗较大，制得的磷酸铵盐只能达到工业级或饲料级产品的质量要求。

中国专利(专利号ZL 200510021695.2)“用湿法稀磷酸制备工业级磷酸、食品级磷酸和磷酸盐的方法”公开的方法是：依次对湿法磷酸进行预处理(脱硫、脱氟、脱色、脱砷、脱重金属)、二次脱硫脱氟、萃取、深脱硫、洗涤、反萃和浓缩获得食品级磷酸。而用湿法磷酸制备工业磷酸盐时，工艺步骤依次为预处理、二次脱硫脱氟、萃取、深脱硫、洗涤、反萃、浓缩、喷雾干燥或是喷浆造粒，反萃工序使用的萃取剂为KOH饱和溶液或是NH₄OH饱和溶液。该方法采用反应萃取工艺制备获得工业级磷酸盐。

俄罗斯专利(专利号RU 2368567，公开日2009.09.27)公开了“采用氨中和法由湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法”，其主要内容是：向含23～25％P₂O₅的磷酸中加入碳酸钙，CaO/P₂O₅比率＝(0.03～0.05)∶1；获得的混合物再用氨分两个阶段进行中和，首先中和至pH＝1.6～2.0，然后中和至pH＝4.2～4.5，形成的浆状物被过滤，分离磷酸铵盐溶液，结晶出磷酸二氢铵；晶体从母液中分离出来后溶于水中，浓缩后获得浓缩的磷酸铵盐溶液，其一部分通过结晶工艺生产磷酸二氢铵，其另一部分再进行氨化直至获得磷酸氢二铵：蒸发浓缩溶液，分离出磷酸氢二铵晶体。该方法的优点是：技术灵活，可用同一个工艺获得两种不同的产品。但是，该方法没有对湿法磷酸进行脱砷铅等重金属离子的净化，而砷铅等重金属离子是磷矿中普遍含有的杂质，因此，该方法的实施要求高品质的原料磷酸，尤其是对重金属杂质的含量有严格的要求。其次，该方法第一步通过预中和湿法磷酸至pH＝1.6～2.0去除湿法磷酸中的部分杂质；第二步以磷酸二氢铵晶体作为制备磷酸氢二铵的中间产物，因此，以该方法制备食品级磷酸氢二铵的收率低。再次，该方法仅通过脱硫及预中和部分除杂质的方法净化湿法磷酸，后续中和反应体系的粘度较大，对设备及操作要求高，其产品质量易受原料磷酸质量波动的影响。

【发明内容】

本发明的目的是提出一种以工业级湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法，此种方法能够有效提高金属杂质离子的去除率，提高五氧化二磷(P₂O₅)的收率，降低生产成本。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种以工业级湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法，采用工业级湿法磷酸为原料进行制备，其特征是，其步骤包括：

(1)对工业级湿法磷酸进行脱砷铅处理

采用五氧化二磷(P₂O₅)质量浓度≥21.0％的工业级湿法磷酸为原料，先在反应器中的原料磷酸中加入五硫化二磷(P₂S₅)进行脱砷铅等重金属离子的净化，五硫化二磷的加入量为原料磷酸中砷、铅化学当量的1.5～3倍；在常温下水解反应1～3小时，然后静置12～24小时，过滤，得到湿法净化酸；

(2)一次中和反应

将步骤(1)得到的湿法净化酸在反应器中通氨气中和至pH值为5.5～6.5，中和度为1.07～1.3，形成由磷酸二氢铵与磷酸氢二铵的混合盐组成的中间产物，原磷酸中的铁、镁、钙等金属杂质仍溶解于母液中；

浓缩料液，浓缩终点控制在中间产品的收率在50～65％的范围；

冷却料浆至20～30℃，过滤，得到以磷酸二氢铵为主的磷酸铵盐混合物晶体；

(3)二次中和反应

将步骤(2)得到的以磷酸二氢铵为主的磷酸铵盐混合物晶体加水溶解，通氨气继续反应至pH值为8.90～9.01，中和度为1.98～1.99；

浓缩料液，浓缩终点控制在磷酸氢二铵的单步收率在80～88％范围；

冷却料浆至20～30℃，过滤，干燥，获得食品级磷酸氢二铵。

在所述的步骤(1)中，如果原料中硫酸根离子(SO₄ ^2-)的含量较高，应在加入五硫化二磷(P₂S₅)的同时加入碳酸钡(BaCO₃)进行脱硫处理。

所述步骤(2)、(3)中提取结晶物后的母液可用于工业级或饲料级磷酸盐的生产。

本发明与俄罗斯专利(专利号RU 2368567)“采用氨中和法由湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法”的主要区别是：

俄罗斯专利(RU 2368567)将脱硫后获得的混合物分两个阶段进行中和，首先中和至pH＝1.6～2.0，然后中和至pH＝4.2～4.5，形成的浆状物被过滤，分离磷酸铵盐溶液，结晶出磷酸二氢铵；然后将磷酸二氢铵晶体溶于水中，再氨化直至获得磷酸氢二铵。

本发明是将脱砷铅等重金属后的湿法净化酸用氨中和反应至pH值为5.5～6.5，形成以磷酸二氢铵为主的中间产物——磷酸铵盐混合物，原磷酸中的铁、镁、钙等金属杂质在此pH条件下仍溶解在母液中；然后将中间产物——磷酸铵盐混合物溶解后进行二次中和反应至pH值为8.90～9.01，分离晶体，获得高纯度的磷酸氢二铵。本发明采用P₂S₅脱砷铅，必要时同时加入BaCO₃脱SO₄ ^2-，这样的净化方法不会造成P₂O₅的损失；同时，本发明以磷酸二氢铵和磷酸氢二铵混合磷酸盐作为中间产物，提高了磷酸中P₂O₅的利用率，食品级磷酸氢二铵的制备收率得到大幅度提高。

本发明以工业级湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法的积极效果是：

(1)能将湿法磷酸的净化、磷酸铵盐结晶净化和磷酸氢二铵的制备反应过程结合在一起，工艺操作过程简洁；

(2)通过控制中和反应的pH值(中和度)来控制终产品的纯度，在一次中和反应时已将杂质较多的留在母液中，解决了湿法磷酸难以净化的问题；二次中和时磷酸铵盐混合物料浆的粘度低，易于反应，保证了高收率和高纯度的磷酸氢二铵的制备；

(3)由于在前期进行了脱砷铅的去重金属的净化，两次中和反应后的母液还可用于工业级或饲料级磷酸盐的生产；

(4)制备成本比采用热法磷酸为原料的制备方法低20～30％，对湿法磷酸中P₂O₅的总利用率≥40％，产品中磷酸氢二铵含量＞98％，砷、铅、铁含量均达到或优于食品级磷酸氢二铵的标准。

【附图说明】

附图为本发明以工业级湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法的流程框图。

【具体实施方式】

以下具体解释本发明以工业级湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法的实施方式，但本发明的实施不限于以下的实施方式。

本实施例中，原料工业级湿法磷酸的组成如下：

P₂O₅

SO₄ ^2-

F

Fe

As

Pb

Al

Mg

25.13％

0.0020％

0.0189％

0.0041％

0.0017％

0.0013％

0.0040％

0.0092％

工业级湿法磷酸经过脱砷铅等重金属的净化后，采用两段中和方法制备食品级磷酸氢二铵，其步骤包括：

(1)脱砷铅的净化处理

在反应器中加入工业级湿法磷酸原料1140克，再加入P₂S₅0.04克，P₂S₅的加入量约为原料磷酸中砷、铅含量的3倍理论量；在常温下水解反应2小时，生成的硫化氢与砷、铅生成硫化砷、硫化铅沉淀析出；静置24小时后过滤，得到湿法净化酸；

(2)一次中和反应

将步骤(1)得到的湿法净化酸置于反应器中，通氨气进行中和反应至pH值为6.0，同时加热浓缩料浆；将浓缩后的料浆冷却至25℃，保温2小时，过滤，得到以磷酸二氢铵为主的磷酸铵盐混合物晶体275.92克；

(3)二次中和反应

将步骤(2)得到的以磷酸二氢铵为主的磷酸铵盐混合物晶体置于反应器中，加600mL水进行溶解，之后，通氨气中和反应至pH值为8.90，加热浓缩料浆；将浓缩后的料浆冷却至25℃，保温2小时，过滤；干燥晶体，获得磷酸氢二铵产品312.23克。

本实施例制备的食品级磷酸氢二铵的组成如下：

(NH₄)₂HPO₄

P₂O₅

N

F

Fe

As

Pb

99.16％

53％

21％

0.00099％

0.00041％

0.00018％

0.000059％

本实施例中P₂O₅的总利用率为58％，一次与二次中和过滤后(提取结晶物后)的母液还可用于工业级或饲料级磷酸盐的生产。获得的产品磷酸氢二铵中各种成分的含量均达到了食品级磷酸氢二铵的行业标准。

Claims

1.一种以工业级湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法，采用工业级湿法磷酸为原料进行制备，其特征在于，其步骤包括：

(1)对工业级湿法磷酸进行脱砷铅处理

采用五氧化二磷质量浓度≥21.0％的工业级湿法磷酸为原料，先在反应器中的原料磷酸中加入五硫化二磷进行脱砷铅等重金属离子的净化，五硫化二磷的加入量为原料磷酸中砷、铅化学当量的1.5～3倍；在常温下水解反应1～3小时，然后静置12～24小时，过滤，得到湿法净化酸；

(2)一次中和反应

(3)二次中和反应

冷却料浆至20～30℃，过滤，干燥，获得食品级磷酸氢二铵。

2.根据权利要求1所述的以工业级湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法，其特征在于，在所述的步骤(1)中，如果原料中硫酸根离子的含量较高，应在加入五硫化二磷的同时加入碳酸钡进行脱硫处理。

3.根据权利要求1所述的以工业级湿法磷酸制备食品级磷酸氢二铵的方法，其特征在于，所述步骤(2)、(3)中提取结晶物后的母液可用于工业级或饲料级磷酸盐的生产。