CN104118854A - 一种用副产焦磷酸盐生产三聚磷酸盐和六偏磷酸盐产品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磷酸盐的转化，尤其涉及一种有机磷农药生产产生的含磷废料资源化利用制备所得的焦磷酸盐为主要原料制备三聚磷酸盐和六偏磷酸盐产品的方法，重点在于将用作原料的焦磷酸盐经预处理后，加入磷酸和调节剂，控制聚合温度制备三聚磷酸盐和/或六偏磷酸盐产品的方法。

Description

一种用副产焦磷酸盐生产三聚磷酸盐和六偏磷酸盐产品的方法

技术领域

本发明涉及一种磷酸盐的转化，更具体而言，涉及一种将副产焦磷酸钠(钾)盐转化为三聚磷酸钠(钾)盐和六偏磷酸钠(钾)盐的方法。

背景技术

基于资源和环境两个方面的压力，自上世纪90年代末以来，人们开始研究从含磷废弃物中除去和回收磷的技术，并已取得了一定进展。

随着含磷废水资源化回收利用技术的开发和不断成熟，通过对高含磷农药生产废料和磷化工高含磷废水中磷元素的回收，形成大量的磷酸盐产品，特别是各种缩聚磷酸盐产品。由本申请人申请的“一种农药生产含磷废料的处理方法及由该方法得到的产物”(申请号：201110310586.8)和“一种处理磷工业生产废料的方法及由该方法得到的产物”(申请号：201110370550.9)公开了利用高温氧化技术处理含磷废料，转变为焦磷酸盐、聚磷酸盐、偏磷酸盐以及正磷酸盐等物质，实现磷元素的回收利用。

目前针对三聚磷酸钠合成工艺的专利有多篇：

中国专利94110486.9公开了一种三聚磷酸钠的生产方法。以磷酸、氯化钠、碳酸钠为原料，先将磷酸与氯化钠在高温下反应脱除氯化氢，制的聚磷酸盐混合物，然后加入碳酸钠与其反应，最后制的三聚磷酸钠成品。

中国专利200310105368.6公开了一种生产三聚磷酸钠的新工艺。以废磷酸、纯碱、液碱为主要原料，按一定比例混合搅拌、沉降，沉降液先与一定量的废纯碱混合，后加入磷酸和纯碱调整中和液K值为3.0±0.1，加入催化剂硝酸铵，脱水聚合得到三聚磷酸钠产品。

中国专利200410040357.9公开了一种用干湿综合法生产三聚磷酸钠的方法。它是对用“中和-缩聚”传统技术制造三聚磷酸钠及磷酸盐类产品的生产方法的改进，分别采用湿法萃取和干法焙烧综合并用的方法，用少量的磷酸和纯碱分别和磷矿粉和芒硝反应，制取三聚磷酸钠产品。其优点在于用磷矿粉和芒硝代替一部分磷酸和纯碱，降低了生产成本。

中国专利200810197998.3公开了一种生产三聚磷酸钠并副产氯化铵的方法。其以磷酸和氯化钠为主要原料按摩尔比1∶0.8～1.4混合，用氨水调节PH后冷却结晶过滤，晶体用纯碱调节磷钠元素摩尔比Na∶P＝5∶3，干燥聚合得到三聚磷酸钠产品；滤液通过冷析法得到氯化铵副产。

中国专利200910102655.9公开了一种用复合磷酸盐干粉制备三聚磷酸钠的方法。所指的复合磷酸盐是磷酸酸化甲酸钠制取甲酸的副产物，其成分约45％是正磷酸盐，约55％是焦磷酸盐和聚磷酸盐等酸式盐，并与液碱或纯碱混合为原料，按照氧化钠和五氧化二磷摩尔比5∶3的比例计算出单位质量的复合磷酸盐需要的碱量，两者混合至溶解，料液直接聚合或者先喷雾干燥后聚合，得到三聚磷酸钠产品。

中国专利87108248公开了一种使三聚磷酸钠增白的制剂。以荧光增白剂为主剂，以含有醇醚和酚醚非离子表面活性剂为增效剂，醇类和去离子水为溶剂混配而成。用这种制剂对三聚磷酸钠处理使其白度值相对提高5～10度。

中国专利201210063219.7公开了一种用硝酸钠代替硝酸铵作为三聚磷酸钠生产催化剂的方法。

以上专利的三聚磷酸钠合成工艺除了专利200910102655.9以外，都不是以焦磷酸盐及其复合盐为主要原料，使用的催化剂为传统的硝酸铵或者硝酸钠，虽然中国专利87108248公开了一种使三聚磷酸钠增白的制剂产品白度的控制方法，但在其他三聚合成工艺中未见其使用，在水不溶物控制方面上述专利中未见提出专门的解决方法。

而专利200910102655.9主要采用的是磷酸酸化甲酸钠制取甲酸的副产物复合磷酸盐，其成分约45％是正磷酸盐，约55％是焦磷酸盐和聚磷酸盐等酸式盐，而且并未介绍针对该副产回收物复合磷酸盐制备三聚磷酸钠时所需要的特殊处理以及对杂质的控制要求或处理方法。

关于采用焦磷酸盐生产六偏磷酸盐产品的方法未见相关报道。

专利201110310586.8和201110370550.9利用高温氧化技术处理含磷废料，转变为焦磷酸盐，实现磷元素的回收利用，并实现产业化。由于焦磷酸盐产品市场有限，该方法所生产的主要产品焦磷酸钠对聚磷酸盐市场的冲击较大，为了平衡聚磷酸盐市场，解决副产焦磷酸盐的出路问题，因此发明了相应的副产焦磷酸盐生产三聚磷酸盐和六偏磷酸盐产品的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种由有机磷农药生产产生的含磷料资源化制备所得的焦磷酸盐为主要原料，制备三聚磷酸盐和六偏磷酸盐产品的方法，以实现磷酸盐之间的转化。

本发明采用中国专利201110310586.8处理含磷废料后得到的粗品磷酸盐，优选粗品焦磷酸钠(或钾)为主要原料，该粗品焦磷酸钠(或钾)为灰色或白色，其主要成分为80-95％的焦磷酸钠(或钾)，0-5％的正磷酸钠(或钾)，0-5％的三聚磷酸钠(或钾)，0-1％的三偏磷酸钠(或钾)，0-1％六偏磷酸钠(或钾)，以及0.1-3％左右的铁、镁、钙等金属离子和其它杂质。

所述含磷废料为草甘膦生产过程中所产生的母液和废水，乙草胺生产过程中所产生的亚磷酸副产物及废水、乙酰甲胺磷生产过程中所产生的含磷废水及副产物，毒死蜱生产过程中所产生的有机磷废料、敌稗生产过程中所产生的含磷废渣及废液、草铵膦生产过程中所产生的含磷副产物及废液，或者吡虫啉、氯嘧磺隆、三唑磷、马拉硫磷等农药生产中所产生的含磷废料，或者三氯化磷、三氯氧磷、亚磷酸、亚磷酸二甲酯等农药生产中所使用的含磷原料或中间体的生产过程中所产生的废料。

本发明所述的利用含磷废料所得的焦磷酸盐制备聚磷酸盐的方法，其主要内容是将焦磷酸盐经预处理后，加入磷酸和调节剂，控制温度于250℃-1000℃，进行高温聚合，收集所得产物，所得产物为三聚磷酸盐或六偏磷酸盐。

本发明通过向原料中加入磷酸控制产品中五氧化二磷含量的方法，以及调节剂，达到降低产品水不溶物的目的，使得产品中水不溶物的指标达到产品质量要求。

所述调节剂为无机盐，无机盐为氯化钠(钾)、硫酸钠(钾)、硝酸钠(钾)、硝酸铵中的一种或几种的组合，加入量优选为产品的0.1-3％。

加入磷酸调节氧化钠(或钾)与五氧化二磷的摩尔比为1.6～1.7，优选1.65～1.67时，主要产品目标为三聚磷酸钠(或钾)；调节氧化钠(或钾)与五氧化二磷的摩尔比为0.99～1.01时，主要产品目标为六偏磷酸钠(或钾)。

所述三聚磷酸盐产品中五氧化二磷含量控制在55-58％，优选控制在55-57.5％。

所述六偏磷酸盐产品中五氧化二磷含量控制在≥68.0％，优选控制在68.0-69.0％。

所述的高温聚合温度控制为350～450℃，目标主产物为三聚磷酸钠(或钾)；控制聚合温度620～800℃，目标主产物为六偏磷酸(或钾)。

本发明还包括在高温聚合前反应料液可经喷雾干燥处理。

所述喷雾干燥温度为80～250℃，优选120～180℃。

本发明还包括对采用含磷废料得到的焦磷酸盐粗品进行预处理，所述预处理包括溶解、水解、湿式氧化、除渣过滤、结晶、提纯处理方式中的一种或其组合。

另外，焦磷酸盐原料中有机物含量过大，会直接影响产品白度及其他质量问题，因此在焦磷酸盐原料进行预处理前，可以根据原料COD(化学耗氧量)情况，进一步采用高温氧化处理，降低焦磷酸盐原料中有机物含量，控制COD＜1.0％，然后继续进行前面所述的预处理工艺。高温氧化工艺为：将含磷废料后得到的粗品磷酸盐固体，在400℃-800℃条件下，与空气或氧气接触氧化5min-180min。

所述除渣，可以通过溶解、过滤、重结晶的方法，或通过活性炭吸附过滤的方法，或通过湿式氧化、调节PH值活性炭吸附过滤的方法，除去多价金属离子和其它杂质，主要控制焦磷酸盐中铁离子的指标，同时除去不溶固体和颜色。

所述的调节PH值为酸和碱，优选磷酸、纯碱(或碳酸钾)、液碱(或氢氧化钾)。

所述的水解反应温度优选100-150℃；

所述的水解反应时间为30min-360min，温度越高反应时间越短，且压力越高，优选60min-240min；

所述的水解反应压力可以是常压或加压，加压时压力为0-4.0Mpa，优选0-0.4Mpa。

所述的水解pH值范围为：0-14，优选3-8。

所述湿式氧化使用的氧化剂包括双氧水、臭氧等，优选双氧水。

本发明中预处理包括将焦磷酸盐溶解除渣后，结晶提纯得处理后焦磷酸盐。

本发明中预处理包括将焦磷酸盐原料溶解、除渣、结晶提纯、然后进行溶解、水解得到处理后混合磷酸盐溶液。

本发明中预处理包括将焦磷酸盐原料进行溶解，并调节pH值、湿式氧化，除渣后溶液进行水解得到处理后混合磷酸盐溶液。

本发明采用粗品焦磷酸钠(或钾)优选通过三种方法制备三聚磷酸盐或六偏磷酸盐产品：

(1)通过对粗品焦磷酸钠(或钾)进行溶解，除渣，然后再结晶提纯得到焦磷酸钠(或钾)，再将焦磷酸钠(或钾)和磷酸混合，调节氧化钠(或钾)与五氧化二磷的摩尔比，并加入调节剂，最后通过高温聚合，控制聚合温度，得到目标产物(三聚磷酸钠(或钾)或六偏磷酸钠(或钾)产品)。

(2)通过对粗品焦磷酸钠(或钾)进行溶解、除渣、结晶提纯，然后进行溶解、水解得到处理后混合磷酸盐溶液，然后用磷酸调节氧化钠(或钾)与五氧化二磷的摩尔比，并加入调节剂，调节好的料液喷雾干燥后进行高温聚合，控制聚合温度，得到目标产物(三聚磷酸钠(或钾)或六偏磷酸钠(或钾)产品)。

(3)粗品焦磷酸盐直接进行溶解，除渣，溶液进行水解，所得混合磷酸盐溶液通过磷酸调节氧化钠(或钾)与五氧化二磷的摩尔比，并加入调节剂，喷雾干燥，高温聚合，控制聚合温度，得目标产物(三聚磷酸钠(或钾)或六偏磷酸钠(或钾)产品)。

上述制备方法中(1)、(2)除渣工序优选通过活性炭吸附过滤的方法；方法(3)除渣工序优选调节PH值、湿式氧化、活性炭吸附过滤的方法。特别是在选用方法(3)制备三聚磷酸盐或六偏磷酸盐产品时，需控制焦磷酸盐原料中COD＜1.0％，可以在预处理前将含磷废料回收所产生的副产焦磷酸盐中COD≥1.0％的焦磷酸盐粗品，先通过高温氧化处理，达到COD＜1.0％的目标。

本发明利用含磷废料回收的副产焦磷酸盐与磷酸为主要原料，生产三聚磷酸盐和六偏磷酸盐，并针对副产焦磷酸盐中的杂质和特殊成分发明了相应的处理方法，解决了副产焦磷酸盐制备三聚磷酸盐和六偏磷酸盐的特殊难题，使得副产焦磷酸盐得以更好的应用，并取得一定的成本优势。

具体实施方式

实施例1

取有机磷农药生产含磷废料制备的复合磷酸盐粗品，其中焦磷酸钠含量85％以上的粗产品。

将焦磷酸钠粗产品进行溶解结晶提纯，得到含量96％的十水焦磷酸钠晶体，取此十水焦磷酸钠晶体1000g，加入水650～700g，85％磷酸48～52g，在带搅拌的反应釜中混合，调节溶液PH≈7.5，升温水解反应，反应温度为120～135℃，反应压力为约0.2MPa，反应时间180min，从而得到混合磷酸盐溶液。

取混合磷酸盐溶液200g，再往混合磷酸盐溶液中加入85％磷酸6～6.4g，氯化钠0.22g，硫酸钠0.5g，催化剂氯化铵0.7g，此溶液PH≈6.5；将此溶液经110～200℃喷雾干燥，得到白色固体粉末，在经400～420℃高温反应60min，得到三聚磷酸钠产品。

实施例2

取有机磷农药生产含磷废料制备的复合磷酸盐粗品，其中焦磷酸钠含量85％以上的粗产品。

将焦磷酸钠粗产品进行溶解结晶提纯，得到含量96％的十水焦磷酸钠晶体，取此十水焦磷酸钠晶体1000g，加入水1000～2000g，85％磷酸100～130g，氯化钠2g，硫酸钠4.5g，催化剂氯化铵6.3g，将此溶液经110～200℃喷雾干燥，得到白色固体粉末，在经400～420℃高温反应60min，得到三聚磷酸钠产品。

实施例3

取有机磷农药生产含磷废料制备的复合磷酸盐粗品，其中焦磷酸钠含量85％以上的粗产品。

将焦磷酸钠粗产品进行溶解结晶提纯，得到含量96％的十水焦磷酸钠晶体，取此十水焦磷酸钠晶体100g，加入85％磷酸49～51g，经混合均匀后于700℃高温反应30min，反应结束后，产物经骤冷、制片、粉碎可得六偏磷酸钠产品。

实施例4

取有机磷农药生产含磷废料制备的复合磷酸盐粗品，其中焦磷酸钠含量85％以上，COD值＜1.0％的的粗产品。

取含量85％的焦磷酸钠粗产品350g，加入水1400g，活性炭3.5g，30％双氧水17.5g，先60℃反应30min，后85℃保温反应60min，过滤除去固体杂质，滤液加入85％磷酸54～57g，在带搅拌的反应釜中混合，调节溶液PH≈7.0，升温水解反应，反应温度为120～135℃，反应压力为约0.2MPa，反应时间180min，从而得到混合磷酸盐溶液。

取混合磷酸盐溶液200g，再往混合磷酸盐溶液中加入催化剂氯化铵0.2g，用85％磷酸调节此溶液PH≈6.5；将此溶液经110～200℃喷雾干燥，得到白色固体粉末，在经400～420℃高温反应60min，得到三聚磷酸钠产品。

实施例5

取有机磷农药生产含磷废料制备的复合磷酸盐粗品，其中焦磷酸钠含量85％以上，COD值＜1.0％的的粗产品。

取含量85％的焦磷酸钠粗产品350g，加入水1400g，活性炭3.5g，30％双氧水17.5g，先60℃反应30min，后85℃保温反应60min，过滤除去固体杂质，滤液加入85％磷酸54～57g，在带搅拌的反应釜中混合，调节溶液PH≈7.0，升温水解反应，反应温度为120～135℃，反应压力为约0.2MPa，反应时间180min，从而得到混合磷酸盐溶液。

取混合磷酸盐溶液200g，加入85％磷酸22～24g，混合均匀后将此溶液经110～200℃喷雾干燥，得到白色固体粉末，再经700℃高温反应30min，反应结束后，产物经骤冷、制片、粉碎可得六偏磷酸钠产品。

实施例6

取有机磷农药生产含磷废料制备的复合磷酸盐粗品，其中焦磷酸钾含量85％以上的粗产品。

将焦磷酸钾粗产品进行溶解结晶提纯，得到含量96％的3.5水合焦磷酸钾晶体，取此3.5水合焦磷酸钾晶体1000g，加入水900～950g，85％磷酸55～59g，在带搅拌的反应釜中混合，调节溶液PH≈7.5，升温水解反应，反应温度为120～135℃，反应压力为约0.2MPa，反应时间180min，从而得到混合磷酸盐溶液。

取混合磷酸盐溶液200g，再往混合磷酸盐溶液中加入85％磷酸5.9～6.3g，催化剂氯化铵0.7g，此溶液PH≈6.5；将此溶液经110～200℃喷雾干燥，得到白色固体粉末，在经400℃高温反应60min，得到三聚磷酸钾产品。

实施例7

取有机磷农药生产含磷废料制备的复合磷酸盐粗品，其中焦磷酸钾含量85％以上，COD值＜1.0％的粗产品。

取含量85％的焦磷酸钾粗产品350g，加入水1400g，活性炭3.5g，30％双氧水17.5g，先60℃反应30min，后85℃保温反应60min，过滤除去固体杂质，滤液加入85％磷酸43.5～46g，在带搅拌的反应釜中混合，调节溶液PH≈7.0，升温水解反应，反应温度为120～135℃，反应压力为约0.2MPa，反应时间180min，从而得到混合磷酸盐溶液。

取混合磷酸盐溶液200g，再往混合磷酸盐溶液中加入催化剂氯化铵0.2g，用85％磷酸调节此溶液PH≈6.5；将此溶液经110～200℃喷雾干燥，得到白色固体粉末，在经400～420℃高温反应60min，得到三聚磷酸钾产品。

实施例8

取有机磷农药生产含磷废料制备的复合磷酸盐粗品，其中焦磷酸钠含量82％，COD值为5.0％的焦磷酸钠粗产品350g，置于空气氧化炉中600℃左右，氧化60min，然后取出冷却后加水1400g溶解，并加入活性炭3.5g，30％双氧水17.5g，先60℃反应30min，后85℃保温反应60min，过滤除去固体杂质，滤液加入85％磷酸54～57g，在带搅拌的反应釜中混合，调节溶液PH≈7.0，升温水解反应，反应温度为120～135℃，反应压力为约0.2MPa，反应时间180min，从而得到混合磷酸盐溶液。

取混合磷酸盐溶液200g，再往混合磷酸盐溶液中加入催化剂氯化铵0.2g，用85％磷酸调节此溶液PH≈6.5；将此溶液经110～200℃喷雾干燥，得到白色固体粉末，在经400～420℃高温反应60min，得到三聚磷酸钠产品。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种由有机磷农药生产所产生的含磷废料制得的焦磷酸盐制备聚磷酸盐的方法，其特征在于将所述焦磷酸盐通过预处理后，加入磷酸和调节剂，控制温度于250℃-1000℃，进行高温聚合，收集所得产物。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于所述含磷废料为草甘膦生产过程中所产生的母液和废水，乙草胺生产过程中所产生的亚磷酸副产物及废水、乙酰甲胺磷生产过程中所产生的含磷废水及副产物，毒死蜱生产过程中所产生的有机磷废料、敌稗生产过程中所产生的含磷废渣及废液、草铵膦生产过程中所产生的含磷副产物及废液，或者吡虫啉、氯嘧磺隆、三唑磷、马拉硫磷等农药生产中所产生的含磷废料，或者三氯化磷、三氯氧磷、亚磷酸、亚磷酸二甲酯等农药生产中所使用的含磷原料或中间体的生产过程中所产生的废料。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于所述产物为三聚磷酸盐或六偏磷酸盐。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于所述调节剂为氯化钠(钾)、硫酸钠(钾)、硝酸钠(钾)、硝酸铵中的一种或几种的组合。

5.如权利要求4所述方法，其特征在于所述调节剂加入质量为产品质量的0.1-3％。

6.如权利要求1-5任一所述方法，其特征在于加入磷酸调整所述焦磷酸盐原料中氧化钠(钾)和五氧化二磷的摩尔比例为1.6-1.7，优选1.65-1.67，目标主产物为三聚磷酸盐。

7.如权利要求1-5任一所述方法，其特征在于加入磷酸调整所述焦磷酸盐原料中氧化钠(钾)和五氧化二磷的摩尔比例为0.99-1.01，目标主产物为六偏磷酸盐。

8.如权利要求1-7任一所述方法，其特征在于高温聚合前反应料液可经喷雾干燥处理，干燥温度80～250℃，优选120～180℃。

9.如权利要求1-8所述方法，其特征在于所述预处理包括溶解、水解、湿式氧化、除渣过滤、结晶、提纯处理方式中的一种或其组合。

10.如权利要求9所述方法，其特征在于所述预处理之前还可以包括高温氧化，以进一步降低焦磷酸盐中有机物含量，控制焦磷酸盐原料COD＜1.0％。

11.如权利要求9所述方法，其特征在于所述预处理为将焦磷酸盐原料进行溶解，并调节pH值、湿式氧化，除渣后溶液进行水解得到处理后混合磷酸盐溶液。

12.如权利要求9所述方法，其特征在于所述预处理为将焦磷酸盐原料进行溶解、除渣结晶提纯后，再进行溶解、水解得到处理后混合磷酸盐溶液。

13.如权利要求9所述方法，其特征在于所述预处理为将焦磷酸盐溶解除渣后，结晶提纯得处理后焦磷酸盐。

14.如权利要求9-13所述方法，其特征在于所述除渣方法包括溶解、过滤、重结晶、吸附过滤、湿式氧化等中一种或多种组合。

15.如权利要求9-13所述方法，其特征在于水解反应温度控制为100-150℃。

16.如权利要求9-13所述方法，其特征在于水解反应时间为30min-360min，优选60min-240min。

17.如权利要求9-14所述方法，其特征在于所述湿式氧化使用的氧化剂包括双氧水、臭氧等，优选双氧水。

18.如权利要求1-17所述方法，其特征在于焦磷酸盐预处理后，加入磷酸调节氧化钠(钾)和五氧化二磷的摩尔比例为1.6-1.7，优选1.65-1.67，加调节剂，控制高温聚合温度为350-450℃，得到三聚磷酸盐。

19.如权利要求1-17所述方法，其特征在于焦磷酸盐预处理后，加入磷酸调节氧化钠(钾)和五氧化二磷的摩尔比例为0.99-1.01，加调节剂，控制高温聚合温度为620--800℃，得到六偏磷酸盐。