发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种低能耗,低成本生产磷酸二氢钾的方法,本发明工艺简单,对设备腐蚀性小,无废渣排放同时枸溶性磷肥及较高浓度的盐酸。
湿法磷酸:是硫酸分解磷矿所得的一种粗磷酸,本发明所使用的原料湿法磷酸为常规市售产品。
本发明的技术方案如下:
一种湿法磷酸生产磷酸二氢钾的方法,包括如下步骤:
(1)向湿法磷酸中加入磷矿粉,在温度30~70℃反应1~3小时,固液分离,取滤液,制得脱硫磷酸;
经固液分离后,滤渣为磷石膏,可用作复肥填料;
(2)将步骤(1)制得的脱硫磷酸浓缩后,加入氯化钾,制得混合液,在温度60~100℃反应,反应结束后,得混合物;
主要反应如下:
KCI+H3PO4→KH2PO4+HCI↑
(3)向步骤(2)制得的混合物中加入pH调节剂调节pH值至4.7~7.0,固液分离,取滤液;
当混合物经pH调节剂调节pH值为4.7~7.0时,经固液分离后,滤液成分为磷酸二氢钾、少量磷酸氢二钾和极少量氯化钾,滤渣为氟硅酸钾和铁铝镁的磷酸盐,滤渣可直接用作枸溶性磷肥;
(4)向步骤(3)制得的滤液中加入磷酸,调pH值为3.0~4.7,制得混合溶液;
本步骤将步骤(3)制得滤液中的磷酸氢二钾全部转化为磷酸二氢钾,混合溶液的主要成分为磷酸二氢钾;
(5)将步骤(4)制得的混合溶液经冷却结晶后,固液分离,取晶体,干燥,制得磷酸二氢钾。
根据本发明优选的,所述步骤(1)中磷矿粉中Ca元素与湿法磷酸中SO3的摩尔比为1.0~2.0:1;进一步优选的,Ca元素与湿法磷酸中SO3的摩尔比为(1.2~1.6):1;
根据本发明优选的,所述步骤(2)中的脱硫磷酸经浓缩后,P2O5含量为40~56wt%;
根据本发明优选的,所述步骤(2)中,氯化钾与脱硫磷酸中磷元素的摩尔比为1.0~2.0:1;进一步优选的,氯化钾与脱硫磷酸中磷元素的摩尔比为1.1~1.6:1;
根据本发明优选的,所述步骤(2)中,混合液在超重力解吸塔中反应,将混合液不断加入超重力解吸塔中,保持反应温度为60~100℃,向超重力解吸塔中不断通入空气,氯化氢气体随空气脱出反应体系,同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物,通过监测超重力解吸塔出口溶液中氯离子的含量控制脱硫磷酸与氯化钾的混合液加入量及反应后混合物的取出量。
进一步优选的,上述反应温度为75~100℃;上述超重力解吸塔出口溶液中,氯离子含量为1~15wt%;更优的,氯离子含量为1~10wt%。上述排出的含氯化氢的空气通入吸收塔,可制得盐酸。
进一步优选的,上述步骤(5)经固液分离获得的滤液浓缩后可与步骤(2)中的混合液一起加入超重力解吸塔中循环使用。
根据本发明优选的,所述步骤(3)中的pH调节剂选自氢氧化钾或碳酸钾。
根据本发明优选的,所述步骤(5)中的冷却结晶,温度为10~30℃,析晶时间为0.5~2h,进一步优选的,析晶时间为0.5~1h。
本发明具有以下优点和有益效果:
1、本发明所述方法反应温度最高仅为100℃,小于现有技术170~280℃的反应温度,因此,降低了对设备的腐蚀性,降低了能耗;
2、本发明所述方法,由于直接采用湿法磷酸为原料制备磷酸二氢钾,因此成本远远小于现有技术利用热法磷酸生产磷酸二氢钾的生产成本;
3、本发明所述方法无废渣排放,联产盐酸的同时,其副产物磷石膏可作为复肥填料使用、氟硅酸钾和铁铝镁的磷酸盐可作为枸溶性磷肥施用,原料利用充分,对环境友好,具有较好的社会效益和经济效益。
具体实施方式
下面通过实例对本发明的技术方案做进一步说明,但本发明所保护范围不限于此。
原料说明
湿法磷酸:主要成分为P2O518.42wt%、F1.39wt%、SO32.72wt%、CaO0.29wt%、MgO2.00wt%、Fe2O30.35wt%、Al2O31.00wt%,采用磷矿为原料,硫酸法湿法磷酸制得。
磷矿粉:主要成分为P2O529.31wt%;SO31.87wt%;CaO43.0wt%;MgO1.02wt%;Fe2O31.60wt%;Al2O33.49wt%;SiO2.12.17wt%,购自贵州开阳化工有限公司。
氯化钾,纯度:工业级,购自加拿大中化国际公司。
设备说明
板框压滤机,规格500/1500×1500-U,型号XAZGF,购自山东景津环保设备有限公司。
实施例1
一种湿法磷酸生产磷酸二氢钾的方法,包括如下步骤:
(1)向湿法磷酸中加入磷矿粉,按磷矿粉中Ca元素与浓缩后湿法磷酸中SO3的摩尔比为1.4:1加入磷矿粉,在温度60℃反应2小时,固液分离,取滤液,制得脱硫磷酸;
经固液分离后,滤渣为磷石膏,可用作复肥填料;
经检测,脱硫磷酸的成分如下,均为重量百分比:P2O521.61%;F1.16%;SO30.38%;CaO0.37%;MgO0.43%;Fe2O30.029%;Al2O30.002%;SiO20.002%,水和其他杂质余量;
(2)将脱硫磷酸浓缩至含P2O546wt%,按氯化钾与脱硫磷酸中磷元素的摩尔比为1.5:1的比例加入氯化钾,制成脱硫磷酸与氯化钾的混合液,加入超重力解吸塔中,保持反应温度为80℃,同时向超重力解吸塔中不断通入空气,在超重力场作用下,溶液中的氯化氢气体不断解吸被空气带出,通过吸收塔吸收,最终可得到浓度为30wt%的盐酸,同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物,通过监测超重力解吸塔出口溶液中氯离子的含量控制脱硫磷酸与氯化钾的混合液加入量及反应后混合物的取出量,控制超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量为1wt%。
(3)向步骤(2)取出的混合物中加入氢氧化钾调节pH值至7.0,固液分离,取滤液;滤渣为氟硅酸钾和铁铝镁的磷酸盐,可直接用作枸溶性磷肥;
(4)向步骤(3)制得的滤液中加入磷酸,调pH值为4.3,制得主要成分为磷酸二氢钾的混合溶液;
(5)将步骤(4)制得的混合溶液经冷却至25℃,结晶1h,固液分离,晶体干燥后,制得磷酸二氢钾,固液分离所得滤液浓缩后可返回步骤(2)配制氯化钾与磷酸的混合液,混合液中氯元素与磷元素的摩尔比为1.5:1,通过此过程可达到滤液循环使用的目的。
所得磷酸二氢钾产品质量指标,表中百分数均为重量百分数:
实施例2
一种湿法磷酸生产磷酸二氢钾的方法,包括如下步骤:
(1)向湿法磷酸中加入磷矿粉,按磷矿粉中Ca元素与浓缩后湿法磷酸中SO3的摩尔比为1.2:1加入磷矿粉,在温度40℃反应3小时,固液分离,取滤液,制得脱硫磷酸;
经固液分离后,滤渣为磷石膏,可用作复肥填料;
经检测,脱硫磷酸的成分如下,均为重量百分比:P2O519.10%;F1.04%;SO31.18%;CaO0.22%;MgO0.38%;Fe2O30.023%;Al2O30.002%;SiO20.002%,水和其他杂质余量;
(2)将湿法磷酸浓缩至含P2O556wt%,按氯化钾与脱硫磷酸中磷元素的摩尔比为1.1:1的比例加入氯化钾,制成脱硫磷酸与氯化钾的混合液,加入超重力解吸塔中,保持反应温度为60℃,同时向超重力解吸塔中不断通入空气,在超重力场作用下,溶液中的氯化氢气体不断解吸被空气带出,通过吸收塔吸收,最终可得到浓度为25wt%的盐酸,同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物,通过监测超重力解吸塔出口溶液中氯离子的含量控制脱硫磷酸与氯化钾的混合液加入量及反应后混合物的取出量,控制超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量为15wt%。
(3)向步骤(2)取出的混合物中加入碳酸钾调节pH值至6.0,固液分离,取滤液,;滤渣为氟硅酸钾和铁铝镁的磷酸盐,可直接用作枸溶性磷肥。
(4)向步骤(3)制得的滤液中加入磷酸,调pH值为4.7,制得主要成分为磷酸二氢钾的混合溶液。
(5)将步骤(4)制得的混合溶液经冷却至10℃,结晶1h,固液分离,晶体干燥后,制得磷酸二氢钾,固液分离所得滤液浓缩后可返回步骤(2)配制氯化钾与磷酸的混合液,混合溶液中氯元素与磷元素的摩尔比为1.1:1,通过此过程可达到滤液循环使用的目的。
所得磷酸二氢钾产品质量指标,表中百分数均为重量百分数:
实施例3
一种湿法磷酸生产磷酸二氢钾的方法,包括如下步骤:
(1)向湿法磷酸中加入磷矿粉,按磷矿粉中Ca元素与浓缩后湿法磷酸中SO3的摩尔比为1.6:1加入磷矿粉,在温度70℃反应1.5小时,固液分离,取滤液,制得脱硫磷酸;
经固液分离后,滤渣为磷石膏,可用作复肥填料;
经检测,脱硫磷酸的成分如下,均为重量百分比:P2O523.11%;F1.41%;SO30.12%;CaO0.45%;MgO0.53%;Fe2O30.041%;Al2O30.007%;SiO20.004%,水和其他杂质余量;
(2)将湿法磷酸浓缩至含P2O550wt%,按氯化钾与脱硫磷酸中磷元素的摩尔比为1.6:1的比例加入氯化钾,制成脱硫磷酸与氯化钾的混合液,加入超重力解吸塔中,保持反应温度为100℃,同时向超重力解吸塔中不断通入空气,在超重力场作用下,溶液中的氯化氢气体不断解吸被空气带出,通过吸收塔吸收,最终可得到浓度为32wt%的盐酸,同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物,通过监测超重力解吸塔出口溶液中氯离子的含量控制脱硫磷酸与氯化钾的混合液加入量及反应后混合物的取出量,控制超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量为10wt%。
(3)向步骤(2)取出的混合物中加入氢氧化钾调节pH值至6.5,固液分离,取滤液,;滤渣为氟硅酸钾和铁铝镁的磷酸盐,可直接用作枸溶性磷肥。
(4)向步骤(3)制得的滤液中加入磷酸,调pH值为4.5,制得主要成分为磷酸二氢钾的混合溶液。
(5)将步骤(4)制得的混合溶液经冷却至30℃,结晶2h,固液分离,晶体干燥后,制得磷酸二氢钾,固液分离所得滤液浓缩后可返回步骤(2)配制氯化钾与磷酸的混合液,混合溶液中氯元素与磷元素的摩尔比为1.6:1,通过此过程可达到滤液循环使用的目的。
所得磷酸二氢钾产品质量指标,表中百分数均为重量百分数:
实施例4
一种湿法磷酸生产磷酸二氢钾的方法,包括如下步骤:
(1)向湿法磷酸中加入磷矿粉,按磷矿粉中Ca元素与浓缩后湿法磷酸中SO3的摩尔比为1.4:1加入磷矿粉,在温度65℃反应2小时,固液分离,取滤液,制得脱硫磷酸;
经固液分离后,滤渣为磷石膏,可用作复肥填料;
经检测,脱硫磷酸的成分如下,均为重量百分比:P2O521.60%;F1.18%;SO30.39%;CaO0.32%;MgO0.42%;Fe2O30.026%;Al2O30.003%;SiO20.002%,水和其他杂质余量;
(2)将湿法磷酸浓缩至含P2O546wt%,按氯化钾与脱硫磷酸中磷元素的摩尔比为1.4:1的比例加入氯化钾,制成脱硫磷酸与氯化钾的混合液,加入超重力解吸塔中,保持反应温度为85℃,同时向超重力解吸塔中不断通入空气,在超重力场作用下,溶液中的氯化氢气体不断解吸被空气带出,通过吸收塔吸收,最终可得到浓度为30wt%的盐酸,同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物,通过监测超重力解吸塔出口溶液中氯离子的含量控制脱硫磷酸与氯化钾的混合液加入量及反应后混合物的取出量,控制超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量为12wt%。
(3)向步骤(2)取出的混合物中加入氢氧化钾调节pH值至6.8,固液分离,取滤液,;滤渣为氟硅酸钾和铁铝镁的磷酸盐,可直接用作枸溶性磷肥;
(4)向步骤(3)制得的滤液中加入磷酸,调pH值为4.2,制得主要成分为磷酸二氢钾的混合溶液。
(5)将步骤(4)制得的混合溶液经冷却至15℃,结晶0.5h,固液分离,晶体干燥后,制得磷酸二氢钾,固液分离所得滤液浓缩后可返回步骤(2)配制氯化钾与磷酸的混合液,混合溶液中氯元素与磷元素的摩尔比为1.4:1,通过此过程可达到滤液循环使用的目的。
所得磷酸二氢钾产品质量指标,表中百分数均为重量百分数:
实施例5
一种湿法磷酸生产磷酸二氢钾的方法,包括如下步骤:
(1)向湿法磷酸中加入磷矿粉,按磷矿粉中Ca元素与浓缩后湿法磷酸中SO3的摩尔比为1.5:1加入磷矿粉,在温度65℃反应2小时,固液分离,取滤液,制得脱硫磷酸;
经固液分离后,滤渣为磷石膏,可用作复肥填料;
经检测,脱硫磷酸的成分如下,均为重量百分比:P2O519.93%;F1.21%;SO30.40%;CaO0.28%;MgO0.40%;Fe2O30.025%;Al2O30.003%;SiO20.002%,水和其他杂质余量;
(2)将湿法磷酸浓缩至含P2O543wt%,按氯化钾与脱硫磷酸中磷元素的摩尔比为1.2:1的比例加入氯化钾,制成脱硫磷酸与氯化钾的混合液,加入超重力解吸塔中,保持反应温度为90℃,同时向超重力解吸塔中不断通入空气,在超重力场作用下,溶液中的氯化氢气体不断解吸被空气带出,通过吸收塔吸收,最终可得到浓度为30wt%的盐酸,同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物,通过监测超重力解吸塔出口溶液中氯离子的含量控制脱硫磷酸与氯化钾的混合液加入量及反应后混合物的取出量,控制超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量为5wt%。
(3)向步骤(2)取出的混合物中加入碳酸钾调节pH值至6.3,固液分离,取滤液;滤渣为氟硅酸钾和铁铝镁的磷酸盐,可直接用作枸溶性磷肥;
(4)向步骤(3)制得的滤液中加入磷酸,调pH值为4.6,制得主要成分为磷酸二氢钾的混合溶液。
(5)将步骤(4)制得的混合溶液经冷却至22℃,结晶1h,固液分离,晶体干燥后,制得磷酸二氢钾,固液分离所得滤液浓缩后可返回步骤(2)配制氯化钾与磷酸的混合液,混合溶液中氯元素与磷元素的摩尔比为1.2:1,通过此过程可达到滤液循环使用的目的。
所得磷酸二氢钾产品质量指标,表中百分数均为重量百分数:
对比例
按照中国专利文献CN10857214A(申请号201010223536.1)公开的实施例制备磷酸二氢钾的方法,具体如下:
用含P2O5质量百分比为40%的磷酸与粒度为75μm~96μm氯化钾粉末以P:Cl=1.6:1的摩尔比进行反应,先使氯化钾与磷酸充分混合,将混合物料打入喷雾塔进行反应,进塔气温500℃,出塔气温200℃,复分解反应的温度控制在260℃,反应后的物料加水,以含P2O5质量百分比为35%的磷酸在90℃的温度下进行水解后,加氢氧化钾调谁解溶液pH值至4.3~4.7,冷却结晶,得磷酸二氢钾产品,结晶母液返回pH调节槽循环利用。喷雾过程中产生的氯化氢气体用水洗涤吸收制得盐酸。
该条件下反应,喷雾塔内物料转化率为99.2%,副产盐酸浓度为20.15%,磷酸二氢钾产品质量指标如下表,表中百分数均为重量百分数:
分析:
与对比例相较,本发明实施例以成本低廉杂质较多的湿法磷酸为原料,在较低的温度下即60~100℃之间生产出工业级磷酸二氢钾产品,磷酸二氢钾含量最高可达98,67%,对设备的腐蚀性低,能耗低。反应工艺简单,反应后物料经pH调节后无需水解。