CN103569982B - 大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法 - Google Patents

大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法，将湿法磷酸的预处理溶液和氨气作为起始原料，经过两次中和得到中和液，对其浓缩得到本发明所需浓缩液，将得到的浓缩液在0.1～0.6℃/min的降温梯度下结晶，过滤，得到粒度分布、晶型稳定的工业级磷酸一铵。与现有技术相比，本发明的优势主要体现在：解决了工业磷酸一铵结晶粒径小、粒径分布不均匀、形貌不规则等技术难题，改善了产品的过滤性能和产品易结块的问题，以湿法磷酸中P2O5计，产品收率比现有工业生产高3～5%，工业磷酸一铵纯度在98%以上。该方法与现行业工业生产相比粒径大且形貌规则，平均粒度1285μm且粒度分布均匀。

Description

大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法
技术领域
本发明涉及工业结晶过程，即湿法磷酸生产大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法。
背景技术
随着科学经济的发展和人类社会的进步人们的环保意识日益增强，对灭火剂技术和环保要求的也进一步提高。由于哈龙灭火剂对大气层的臭氧具有破坏性，不利于环境的可持续发展，因此国际上已禁止使用，而工业级磷酸一铵是良好的磷系阻燃剂，且对大气层臭氧没有破坏性，可作为代替卤代烷首选物质之一，因而对工业级磷酸一铵灭火剂的需求量会越来越大。工业级磷酸一铵产品具有广阔的国内外市场而且经济效益较为显著，因此，国内许多科研单位和磷酸盐生产厂家都积极开展技术攻关。
工业磷酸一铵的质量不仅受产品纯度的影响，而且也受晶型晶貌的影响。由于湿法磷酸中存在大量阴、阳离子杂质，温度、搅拌速度等对工业磷酸一铵的结晶过程有明显的影响，存在结晶颗粒大小不一、形貌不规则，直接影响到过滤性能和产品的纯度，影响到产品的出口。
目前，对于工业磷酸一铵结晶过程的研究很少。早在1938年，Bush等就对工业磷酸一铵晶体生长习性进行了研究。近年来，国内对工业磷酸一铵等温结晶过程也有所研究，但大多局限在等温条件下进行。工业上磷酸一铵的结晶也主要采用等温条件下结晶，表面积平均粒径为340μm，体积平均粒径为642μm，平均粒度554μm，存在形貌不规则且粒径较小。
结晶过程影响因素较多，但降温速率的控制对晶体的粒径、形貌的影响尤其重要，建立温度梯度下工业磷酸一铵结晶的过程对改善工业级磷酸一铵产品的质量、提升工业磷酸一铵生产技术水平和企业产品竞争力具有重要的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出湿法磷酸生产大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法，得到产品平均粒度明显增大，工业磷酸一铵粒径大且形貌规则。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法，将湿法磷酸的预处理溶液和氨气作为起始原料，经过两次中和得到中和液，对其浓缩得到本发明所需浓缩液，将得到的浓缩液在0.1～0.6℃/min的降温梯度下结晶，过滤，得到粒度分布、晶型稳定的工业级磷酸一铵。
按上述方案，所述的湿法磷酸的预处理溶液的制备方法是：取湿法磷酸置于容器中，加入碳酸钾和磷矿粉，其中按摩尔比计，湿法磷酸：碳酸钾：磷矿粉=1:1.2:1.5，盖上瓶塞，置于恒温水浴中，反应温度为90℃，搅拌速度200r/min，反应时间为3h，过滤；取滤液置于反应容器中，加入碳酸钡，其中按摩尔比计，湿法磷酸：碳酸钡=1:1.1，盖上瓶塞，置于50℃恒温水浴中，控制搅拌速度为200r/min，反应60min后抽滤，滤液即为湿法磷酸的预处理溶液。
按上述方案，所述的浓缩液的密度为1.36～1.38g/cm3，在转速为260～280r/min的条件下进行结晶，结晶的降温梯度为0.2～0.4℃/min。
按上述方案，结晶的降温梯度优选为0.3℃/min。
按上述方案，将浓缩液从90～95℃度进行冷却结晶，降温至40～50℃。
按上述方案，冷却结晶降温的温度优选为43～46℃。
按上述方案，浓缩液结晶时间为1～8h。
按上述方案，浓缩液结晶时间优选为2～3h。
按上述方案，所述的工业级磷酸一铵平均粒度1080～1395μm。
本发明将经过预处理的湿法磷酸和氨气作为起始原料，经过两次中和，得到中和液并浓缩得到本发明所需浓缩液，将得到的浓缩液在一定的降温梯度下结晶，过滤，得到粒度分布、晶型稳定的工业级磷酸一铵。采用湿法磷酸的预处理溶液，以降低杂质对晶型的影响。在降温梯度0.1～0.6℃/min下结晶制备工业级磷酸一铵，然后对不同的降温梯度下的粒度分布、晶型进行考察。
晶体降温梯度较大，成核温度逐渐降低，需要迅速使结晶热从固相中散逸，因而产生大量细晶，晶体平均粒径逐渐减小，晶体的主粒度较大，因此减温梯度也不宜过大。
与现有技术相比，本发明的优势主要体现在：通过工业磷酸一铵不同温度梯度下的结晶，解决了工业磷酸一铵结晶粒径小、粒径分布不均匀、形貌不规则等技术难题，改善了产品的过滤性能和产品易结块的问题，以湿法磷酸中P2O5计，产品收率比现有工业生产高3～5%，工业磷酸一铵纯度在98%以上。该方法与现行业工业生产相比粒径大且形貌规则，平均粒度1285μm且粒度分布均匀，具有产业化应用价值，与现行工业生产制得产品的平均粒度554μm相比粒径大且形貌规则，具有的产业化应用价值。
附图说明
图1中A、B、C、D为本发明实施例1、2、3、4条件下相同放大倍数所得到的工业磷酸一铵晶体图像；
图2中a、b、c、d为本发明实施例1、2、3、4工业磷酸一铵粒度分析报告图。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明，而不是限制本发明的范围。
实施例1:
1、湿法磷酸预处理
取湿法磷酸置于三口烧瓶中，加入碳酸钾和磷矿粉，其中按摩尔比计，湿法磷酸：碳酸钾：磷矿粉=1:1.2:1.5，盖上瓶塞，置于恒温水浴中，反应温度为90℃，搅拌速度200r/min，反应时间为3h，过滤；取滤液置于反应容器中，加入碳酸钡，其中按摩尔比计，湿法磷酸：碳酸钡=1:1.1，盖上瓶塞，置于50℃恒温水浴中，控制搅拌速度为200r/min，反应60min后抽滤，滤液即为湿法磷酸的预处理溶液。
2、中和液的制备
称取一定量湿法磷酸的预处理溶液于容器中，置于95℃恒温水浴中，恒温后通入氨气，待pH=3.4停止中和，静置反应3.5h，过滤，将滤液于容器中，置于95℃恒温水浴中，恒温后继续通入氨气，待pH=4.6停止中和，静置反应4h，过滤，得到中和液。
3、结晶
将本发明中和液的密度浓缩至1.38g/cm3，将浓缩液冷却结晶，在转速为260r/min，降温梯度为0.3℃/min的条件下，降温至46℃。得到工业级磷酸一铵79.19g，纯度98.66%，产品为较均匀的白色晶体，表面积平均粒径1242.600μm，体积平均粒径1295.704μm,平均粒度1285.247μm，工业磷酸一铵粒径大且形貌规则，粒度分布较为均匀。
实施例2:
湿法磷酸预处理和中和液的制备同实施例1所述，将本发明中和液的密度浓缩至1.36g/cm3，将浓缩液冷却结晶，在转速为270r/min，降温梯度为0.1℃/min的条件下，降温至44℃。得到工业级磷酸一铵68.80g，纯度98.24%，产品为较工业产品均匀的白色晶体，粒度分布太广，表面积平均粒径1353.735μm，体积平均粒径1300.547μm,平均粒度1392.261μm。
实施例3:
湿法磷酸预处理和中和液的制备同实施例1所述，将本发明中和液的密度浓缩至1.37g/cm3，将浓缩液冷却结晶，在转速为280rmp，降温梯度为0.5℃/min的条件下，降温至43℃。得到工业级磷酸一铵81.19g，纯度98.53%，产品为较均匀的白色晶体，表面积平均粒径1119.241μm，体积平均粒径998.051μm,平均粒度1086.919μm。
对比实施例4:
湿法磷酸预处理和中和液的制备同实施例1所述，将本发明中和液的密度浓缩至1.37g/cm3，将浓缩液冷却结晶，在转速为280rmp，采用45℃下等温结晶。得到工业级磷酸一铵65.16g，纯度98.20%，产品为白色晶体，表面积平均粒径340.405μm，体积平均粒径642.119μm,平均粒度554.194μm，粒径较小且粒度分布不均匀。

Claims (8)

1.大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法，将湿法磷酸的预处理溶液和氨气作为起始原料，经过两次中和得到中和液，对其浓缩得到所需浓缩液，将得到的浓缩液在0.1～0.6℃/min的降温梯度下结晶，过滤，得到粒度分布、晶型稳定的工业级磷酸一铵；所述的湿法磷酸的预处理溶液的制备方法是：取湿法磷酸置于容器中，加入碳酸钾和磷矿粉，其中按摩尔比计，湿法磷酸：碳酸钾：磷矿粉=1:1.2:1.5，盖上瓶塞，置于恒温水浴中，反应温度为90℃，搅拌速度200r/min，反应时间为3h，过滤；取滤液置于反应容器中，加入碳酸钡，其中按摩尔比计，湿法磷酸：碳酸钡=1:1.1，盖上瓶塞，置于50℃恒温水浴中，控制搅拌速度为200 r/min，反应60 min后抽滤，滤液即为湿法磷酸的预处理溶液。
2.根据权利要求1所述的大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法，其特征是所述的浓缩液的密度为1.36～1.38g/cm3，在转速为260～280 r/min的条件下进行结晶，结晶的降温梯度为0.2～0.4℃/min。
3.根据权利要求2所述的大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法，其特征是结晶的降温梯度为0.3℃/min。
4.根据权利要求1所述的大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法，其特征是将浓缩液从90～95℃度进行冷却结晶，降温至40～50℃。
5.根据权利要求4所述的大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法，其特征是冷却结晶降温的温度为43～46℃。
6.根据权利要求4所述的大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法，其特征是浓缩液结晶时间为1～8h。
7.根据权利要求6所述的大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法，其特征是浓缩液结晶时间为2～3h。
8.根据权利要求1所述的大颗粒工业级磷酸一铵的结晶方法，其特征是所述的工业级磷酸一铵平均粒度1080～1395μm。
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