CN103159195A - 一种低浓度湿法磷酸制备磷酸二氢钾的方法 - Google Patents

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马刚
彭亮
杨山虎
冷锡成
张海
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Abstract

本发明公开了一种低浓度湿法磷酸制备磷酸二氢钾的方法。其特点是利用我国丰富的中低品位磷矿，选择湿法磷酸工艺路线，采用低浓度（P2O5 14～20%）湿法磷酸直接制造磷酸二氢钾，达到由中低品位磷矿，无需精选，直接制造高品质高附加值的精细磷化工产品的目的。具有工艺路线短、能耗低、成本低，有利于工业化生产。

Description

一种低浓度湿法磷酸制备磷酸二氢钾的方法
技术领域
本发明涉及一种低浓度湿法磷酸制备磷酸二氢钾的方法。属于化工产品的制备领域。
背景技术
磷酸二氢钾[KH2PO4]属于高浓度磷钾复合肥，是一种优良的无氯钾肥，且盐指数比较低，不会增加土壤的盐指数。适用于各种作物，还可用于催化、环保等工业中。近年来，磷酸二氢钾制成液体肥料的市场正逐渐扩大。随着农业的技术进步，磷酸二氢钾以其可以叶面喷施和根部滴灌的优势，在无土栽培、大棚蔬菜、园艺花卉和节水农业等领域里得到广泛的应用，纯度较高的磷酸二氢钾亦可用作细菌培养基、发酵剂、营养剂和调味品。正因为磷酸二氢钾用途广泛而且性能优越，近些年来，越来越多的企业和研究单位竞相开发磷酸二氢钾的生产方法。目前，生产磷酸二氢钾的主要方法及其弊病有以下：
1.中和法：用氢氧化钾（或碳酸钾）中和热法磷酸，工艺过程简单、设备投资少、产品质量稳定等优点，但最大的弊病是热法磷酸能耗高，污染高，产品成本高。
2.复分解法：常规复分解法以热法磷酸和氯化钾为原料进行反应，通过移除氯化氢来生产磷酸二氢钾，副产氯化铵、盐酸。这种方法的弊病是分解率低，收率低，产品质量不稳定，易产生偏磷酸钾。
3.结晶法：美国Allied化学公司，将氯化钾与热法磷酸连续不断地加到磷酸盐反应器中，温度维持在170℃左右，并不断将结晶母液返回到反应器中将热蒸汽通入反应物，反应生成的HCl由过热蒸汽从上部带出，逸出的蒸汽中含有3%HCl，反应产物连续不断地由反应器流到带有搅拌的冷却结晶器，在60℃下进行结晶分离，所得产品含有0.5%H3PO4，0.05%KCl和4.5% H2O。这种工艺多采用热法磷酸，产品成本下降的幅度有限，且对设备防腐蚀要求高。
4.离子交换法：离子交换法是利用一种阳离子或阴离子树脂分别对H2PO4 －或K＋离子的吸附和再生过程进行KH2PO4合成，这种生产方法的缺点是较蒸发的水量太大，能耗太高。
5.有机溶剂萃取法：先将氯化钾溶解在磷酸中，然后以有机试剂作萃取剂，可制得纯度较高的磷酸二氢钾。这种生产方法主要有以下问题：一是萃取剂价格昂贵；二是萃取剂中毒不好解决；三是副产品加工难度大。
6.直接用磷矿粉、硫酸和氯化钾生产磷酸二氢钾，是七十年代初由爱尔兰哥尔丁公司和美国本族依尔公司联合开发的。这种方法的最大问题是磷矿粉含氟量高，反应过程中生成难溶的氟硅酸钾，加上生成一部分钾石膏，钾的损失达20%以上，经济上无法过关。还由于磷矿粉杂质多，导致磷酸二氢钾质量差。
由于上述方法各自的弊端，均不适应于工业化生产。另外，现有工业级磷酸盐都是使用价格昂贵的热法磷酸为原料生产，产品成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种低浓度湿法磷酸制备磷酸二氢钾的方法，其特点是利用我国丰富的中低品位磷矿，选择湿法磷酸工艺路线，采用低浓度湿法磷酸直接制造磷酸二氢钾，达到由中低品位磷矿，无需精选，直接制造高品质高附加值的精细磷化工产品的目的。具有工艺路线短、能耗低、成本低，有利于工业化生产。
本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
低浓度湿法磷酸制备磷酸二氢钾的方法包括以下步骤：
步骤1、湿法磷酸的制备
利用酸分解中低品位磷矿制得的湿法磷酸，磷酸中P2O5浓度为14%～20%；
步骤2、氯化钾溶液的制备：
将农用级氯化钾1～2份加入5份浓度为14%～20%湿法磷酸中，加热使氯化钾溶解；
步骤3、向步骤2所制得溶液中通入液氨溶液，调节pH值3.0～4.5，于温度70～110℃反应10～60min，得到反应液；
步骤4、将上述反应液趁热进行分离Ⅰ，得到滤渣和一次母液，一次母液冷却结晶后进行再分离Ⅱ，得到初级产品和二次母液；
步骤5、将上述初级产品经过步骤2、3、4再次复分解反应后，干燥、制备得到工业级磷酸二氢钾产品；
步骤6、将上述滤渣用水洗涤，其洗涤水进入原料液再生产，固体用于生产复合肥；二次母液则补加湿法磷酸使之产生沉淀、分离Ⅲ，固体返回进行一转反应；滤液经过分离Ⅳ和分离Ⅴ处理后用于生产复合肥；
反应液经过一转、分离操作后去除湿法磷酸中的绝大部分杂质。
低浓度湿法磷酸制备磷酸二氢钾的方法制备得到磷酸二氢钾。
磷酸二氢钾用于细菌培养基、发酵剂、营养剂和调味品。
性能测试
采用化工行业标准HG2321-1992对以下指标进行表征：
1. 无色四方晶体或白色结晶性粉末，熔点252.6℃，相对密度2.338；
2. pH值4.3～4.7；
3. 水不溶物≦0.05%；
4. 磷酸二氢钾（KH2PO4以酐基计）含量≧98.00%；
5. 氯化物（Cl）含量≦0.02%；
6. 其它符合工业级一等品标准
本发明具有以下优点：
1、对原料湿法磷酸浓度要求低，针对于我国丰富的中低品位磷矿，无需经过富集，精选。
2、湿法磷酸无须经过特殊处理，直接用于生产，其产品质量达到国家工业级一等品标准。
3、水溶性五氧化二磷收率为71.2%以上，钾收率为76.84%。
4、原料来源广、廉价易得，能耗低，生产成本低。
5、原料利用率高，无三废排出，环境友好。
附图说明
图1是本发明生产磷酸二氢钾的方法的整体工艺流程图。
1.一转，2.分离Ⅰ，3.水洗，4.分离Ⅱ，5.二转，6.干燥，7.产品，8.二次母液的处理9.分离Ⅲ，10.分离Ⅳ，11.分离Ⅴ，13.复合肥。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制。该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1：
步骤1、湿法磷酸的制备
利用酸分解中低品位磷矿制得的湿法磷酸，磷酸中P2O5浓度为20%；
步骤2、氯化钾溶液的制备：
将农用级氯化钾1.3份，加入浓度为20% 湿法磷酸5份中，加热使氯化钾溶解；
步骤3、向步骤2所制得溶液中通入液氨溶液，调节pH值4.4，于温度95～100℃反应30min，得到反应液；
步骤4、将上述反应液趁热进行分离Ⅰ，得到滤渣和一次母液，一次母液冷却结晶后进行再分离Ⅱ，得到初级产品和二次母液；
步骤5、取上述制备所得的初级产品，再经过上述步骤2、3、4再次复分解反应后，干燥、制备得到工业级磷酸二氢钾产品；其中P2O5含量为52.63%，K2O含量为34.47%，N含量0.10%，Cl含量0.02%，不溶物含量0.18%。
步骤6、滤渣用水洗涤，其洗涤水进入原料液再生产，固体用于生产复合肥；二次母液则补加湿法磷酸使二次母液产生沉淀，分离Ⅲ，固体返回进行一转反应；滤液经过分离Ⅳ和分离Ⅴ处理后用于生产复合肥。
实施例2：
步骤1、湿法磷酸的制备
利用酸分解中低品位磷矿制得的湿法磷酸，磷酸中P2O5浓度为17%；
步骤2、氯化钾溶液的制备：
将农用级氯化钾1.4份，加入浓度为17% 湿法磷酸5份中，加热使氯化钾溶解；
步骤3、向步骤2所制得溶液中通入液氨溶液，调节pH值4.1，于温度95～100℃反应30min，得到反应液；
步骤4、将上述反应液趁热进行分离Ⅰ，得到滤渣和一次母液，一次母液冷却结晶后进行再分离Ⅱ，得到初级产品和二次母液；
步骤5、取上述制备所得的初级产品经过上述步骤2、3、4再次复分解反应后，干燥、制备得到工业级磷酸二氢钾产品；其中P2O5含量为52.42%，K2O含量为34.30%，N含量0.39%，Cl含量0.02%，不溶物含量0.05%。
步骤6、滤渣用水洗涤，其洗涤水进入原料液再生产，固体用于生产复合肥；二次母液则补加湿法磷酸使二次母液产生沉淀，分离Ⅲ，固体返回进行一转反应；滤液经过分离Ⅳ和分离Ⅴ处理后用于生产复合肥。
实施例3：
步骤1、湿法磷酸的制备
利用酸分解中低品位磷矿制得的湿法磷酸，磷酸中P2O5浓度为14%；
步骤2、氯化钾溶液的制备：
将农用级氯化钾1.1份，加入浓度为14% 湿法磷酸5份中，加热使氯化钾溶解；
步骤3、向步骤2所制得溶液中通入液氨溶液，调节pH值3. 5，于温度70～110℃反应25min，得到反应液；
步骤4、将上述反应液趁热进行分离Ⅰ，得到滤渣和一次母液，一次母液冷却结晶后进行再分离Ⅱ，得到初级产品和二次母液；
步骤5、取上述制备所得的初级产品经过上述步骤2、3、4再次复分解反应后，干燥、制备得到工业级磷酸二氢钾产品；其中P2O5含量为51.77%，K2O含量为34.38%，N含量0.24%，Cl含量0.02%，不溶物含量0.14%。
步骤6、滤渣用水洗涤，其洗涤水进入原料液再生产，固体用于生产复合肥；二次母液则补加湿法磷酸使二次母液产生沉淀，分离Ⅲ，固体返回进行一转反应；滤液经过分离Ⅳ和分离Ⅴ处理后用于生产复合肥。

Claims (4)

1.一种低浓度湿法磷酸制备磷酸二氢钾的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、湿法磷酸的制备
利用酸分解中低品位磷矿制得的湿法磷酸，磷酸中P2O5浓度为14%～20%；
步骤2、氯化钾溶液的制备：
将农用级氯化钾1～2份，加入浓度为14%～20% 湿法磷酸5份中，加热使氯化钾溶解；
步骤3、向步骤2所制得溶液中通入液氨溶液，调节pH值3.0～4.5，于温度70～110℃反应10～60min，得到反应液；
步骤4、将上述反应液趁热进行分离Ⅰ，得到滤渣和一次母液，一次母液冷却结晶后进行再分离Ⅱ，得到初级产品和二次母液；
步骤5、将初级产品经过上述步骤2、3、4再次复分解反应后，干燥、制备得到工业级磷酸二氢钾产品；
步骤6、滤渣用水洗涤，其洗涤水进入原料液再生产，固体用于生产复合肥；二次母液则补加湿法磷酸使二次母液产生沉淀，分离Ⅲ，固体返回进行一转反应；滤液经过分离Ⅳ、分离Ⅴ处理后用于生产复合肥。
2.根据权利要求1所述低浓度湿法磷酸制备磷酸二氢钾的方法，其特征在于反应液经过一转、分离操作后去除湿法磷酸中的绝大部分杂质。
3.根据权利要求1或2所述低浓度湿法磷酸制备磷酸二氢钾的方法制备得到磷酸二氢钾。
4.根据权利要求3所述磷酸二氢钾可用于细菌培养基、发酵剂、营养剂和调味品。 
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