CN108059140B - 一种利用草甘膦生产废料一步法制备工业磷酸三钠的方法 - Google Patents

一种利用草甘膦生产废料一步法制备工业磷酸三钠的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用草甘膦生产废料一步法制备工业磷酸三钠的方法,包括:a)提供含磷废料;所述含磷废料为草甘膦生产废料,其中,TP含量为2wt%~40wt%,COD含量为5wt%~50wt%;b)向所述含磷废料中添加液碱或片碱后,在600~900℃下反应,得到工业磷酸三钠。采用上述制备方法,能够实现一步法制得工业磷酸三钠产品,较为简单方便,且所得产品具有高纯度。

Description

一种利用草甘膦生产废料一步法制备工业磷酸三钠的方法
技术领域
本发明涉及化工技术领域,特别涉及一种利用草甘膦生产含磷废料一步法制备工业磷酸三钠的方法。
背景技术
工业磷酸三钠是无水物或含1~12分子结晶水的磷酸盐,其是一类较大吨位的工业磷酸盐产品,具有广泛的用途,如在化工、纺织、印染、造纸、发电等行业中用作软水剂、洗涤剂和锅炉防垢剂,还可用作生产蜡光纸用胶粘剂的酸碱度缓冲剂,印染时的固色剂,织物的丝光增强剂,制线的防脆剂,冶金工业中的化学去油、去污剂,照相显影溶液中的优良促进剂以及橡胶乳汁的凝固剂等。因此,工业磷酸三钠的生产制备对诸多行业都具有十分重要的意义。
磷酸三钠的传统生产方法主要是用磷酸与液碱发生中和反应,再通过PH调节、结晶、烘干等制得磷酸三钠产品,然而,这种生产工艺成本较高。之后,有人提出采用各种磷渣和含磷废料来生产磷酸三钠,例如采用草甘膦生产过程中产生的废料来生产磷酸三钠,可以大大降低生产成本,适用于工业性生产。
草甘膦是目前全球用量最大的除草剂品种,全球使用量超过100万吨,占所有除草剂用量的48%,年产值超过60亿美元。随着抗草甘膦转基因作物使用面积的扩大,未来草甘膦市场前景依然看好。目前,国内草甘膦总产能接近90万吨/年,产能过剩严重,同时,草甘膦生产过程中有高浓度含磷废水产生,环境危害大,为此,国家相关部门加大了草甘膦行业的监管力度。一方面,从源头上抑制草甘膦原药产能的扩张;另一方面,对草甘膦行业进行环保核查,对其生产过程中产生的副产物进行标准制定等,以期实现草甘膦行业的清洁生产。草甘膦生产过程中的含磷废料主要有两种,一种是亚磷酸二甲酯高沸残液,另一种是草甘膦母液。目前,亚磷酸二甲酯高沸残液主要用于生产工业亚磷酸,但剩余残液仍无法处理;而草甘膦母液的主要处理方向有转化生产焦磷酸钠和磷酸氢二钠两种,现已有提出采用草甘膦母液制取磷酸三钠的生产方案,不仅能够降低工业磷酸三钠的生产成本,还能实现草甘膦生产废料的资源化利用,减少环境污染。
例如,申请号为201310725375.X的专利申请公开了一种利用草甘膦母液直接生产磷酸三钠的工艺,其先通过氧化反应,将草甘膦母液中的有机磷转化为磷酸氢二钠,然后再加入氢氧化钠或碳酸钠调节PH和反应,经冷却结晶、离心和烘干,得到磷酸三钠。申请号为201510365757.5的专利申请公开了一种草甘膦母液生产磷酸氢二钠或磷酸三钠的方法,其是先将草甘膦母液经氧化和降温结晶后,得到磷酸氢二钠,滤液浓缩分离氯化钠后,调节PH至3~4,再进行光催化氧化后,继续用氢氧化钠或碳酸钠调节PH至碱性,得到磷酸氢二钠或磷酸三钠。可见,现有技术利用草甘膦母液生产磷酸三钠的方法中,都是采用间接生产法,即先将有机磷转化为磷酸氢二钠等其它正磷酸盐,再通过二次碱性调节反应,才能得到磷酸三钠。另外,还有专利申请如201110310586.8和201110370550.9对含磷废料进行高温氧化处理,得到焦磷酸盐、聚磷酸盐、偏磷酸盐和正磷酸盐,但实验证明,含磷废料经高温氧化处理后,得到的主要是焦磷酸盐等聚磷酸盐,无法直接得到以正磷酸盐为主的磷酸盐产品。为解决此问题,申请号为201210277621.5的专利申请提供了一种生产正磷酸盐的方法,即在有机含磷废料经高温氧化得到聚磷酸盐后,再将聚磷酸盐进一步进行水解反应,从而得到正磷酸盐。可见,上述有机含磷废料在高温氧化转化反应中先形成聚磷酸盐,再水解反应生成正磷酸盐,仍无法直接获得磷酸三钠等正磷酸盐。
而工业磷酸三钠是一种年使用量超过20万吨的较大吨位的磷酸盐产品,且随着生产技术的发展,其市场需求量仍不断攀升,因此,开发较为简单便捷的生产工艺具有十分重要的意义。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种利用草甘膦生产废料一步法制备工业磷酸三钠的方法,该方法能够将草甘膦生产废料一步法转化生产获得工业磷酸三钠,不仅大大简化了生产工艺,且还具有良好的收率和纯度。
本发明提供了一种利用草甘膦生产废料一步法制备工业磷酸三钠的方法,包括以下步骤:
a)提供含磷废料;
所述含磷废料为草甘膦生产废料,其中,TP含量为2wt%~40wt%,COD含量为5wt%~50wt%;
b)向所述含磷废料中添加液碱或片碱后,在600~900℃下反应,得到工业磷酸三钠。
优选的,所述含磷废料中,氯化钠含量在3wt%以下。
优选的,所述步骤b)中,添加液碱或片碱至含磷废料中钠元素与磷元素的摩尔比为2.5~3.5∶1;
所述钠元素为所述含磷废料中除氯化钠以外的钠。
优选的,所述钠元素与磷元素的摩尔比为3.0~3.5∶1。
优选的,所述步骤b)中,反应的温度为750~850℃。
优选的,所述含磷废料中,水分含量在30wt%以下。
优选的,所述反应的时间为0.05~2h。
优选的,所述含磷废料包括草甘膦母液和/或亚磷酸二甲酯高沸残液。
优选的,所述步骤b)中,在所述反应后,得到工业磷酸三钠粗品,将所述粗品后处理,得到工业磷酸三钠。
优选的,所述后处理包括重结晶和干燥。
本发明提供了一种利用草甘膦生产废料一步法制备工业磷酸三钠的方法,包括:a)提供含磷废料;所述含磷废料为草甘膦生产废料,其中,TP含量为2wt%~40wt%,COD含量为5wt%~50wt%;b)向所述含磷废料中添加液碱或片碱后,在600~900℃下反应,得到工业磷酸三钠。采用上述制备方法,能够实现一步法制得工业磷酸三钠产品,较为简单方便,且所得产品具有高纯度。实验结果表明,按照本发明的制备方法,所得粗品中磷酸三钠含量高达93%以上,后处理后的精品中十二水磷酸三钠或磷酸三钠的含量达到95%以上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所得粗品的离子色谱图;
图2为本发明实施例1所得产品的离子色谱图。
具体实施方式
本发明提供了一种工业磷酸三钠的制备方法,包括以下步骤:
a)提供含磷废料;
所述含磷废料为草甘膦生产废料,其中,TP含量为2wt%~40wt%,COD含量为5wt%~50wt%;
b)向所述含磷废料中添加液碱或片碱后,在600~900℃下反应,得到工业磷酸三钠。
按照本发明,首先提供含磷废料。
本发明中,所述含磷废料为草甘膦生产废料,优选包括草甘膦母液和/或亚磷酸二甲酯高沸残液。本发明提供的含磷废料对TP和COD含量有特定要求,采用该特定废料是实现一步法制备工业磷酸三钠的基础。其中,所述废料中的TP含量(即总磷含量)为2wt%~40wt%,经申请人研究发现,采用该指标含量范围内的废料既能够保证物料的顺利输送反应生产,又能够保证工业磷酸三钠的纯度,若TP含量低于10wt%,即使能够获得磷酸钠成分,其纯度也会非常差,很难提纯,若TP含量高于30wt%,则物料含水率很低,难以流动输送进行工业生产反应;为了更好的满足生产反应需求,TP含量优选为10wt%~30wt%。
本发明中,所述废料中的COD含量为5wt%~50wt%;在此含量范围内能够保证物料的经济性正常生产,若低于5wt%,则物料热值较低,难以满足后续高温反应中的能量需求,若高于50wt%,则物料流变性较差,难以满足工程化生产需求。
本发明中,所述废料中的氯化钠含量优选为5wt%以下,更优选为1wt%~2wt%。在该含量范围下能够有利于反应的顺利进行及保证磷酸三钠产品的品质。本发明中,所述废料中的水分含量优选为30wt%以下,更优选为20wt%~30wt%,进一步优选为20wt%~25wt%,在所述含量范围下有利于杂质的分离及物料输送生产。本发明中,所述废料的PH值优选为6~14。
在本发明的一些实施例中,草甘膦生产废料的TP含量为10wt%~20wt%,COD含量为20wt%~30wt%,氯化钠含量在5wt%以下,水分含量在30wt%以下,PH值为6~9。
按照本发明,提供含磷废料后,向所述含磷废料中添加液碱或片碱后,在600~900℃下反应,得到工业磷酸三钠。
本发明中,向含磷废料中添加液碱或片碱来调节废料中的Na/P比,优选添加液碱或片碱至含磷废料中钠元素与磷元素的摩尔比为2.5~3.5∶1,更优选为3.0~3.5∶1;所述含磷废料含有氯化钠时,所述钠元素为所述含磷废料中除氯化钠以外的钠,即调整Na/P比时,需要剔除掉含磷废料中氯化钠中的钠含量。在所述比例范围内,有利于一步法制备过程中抑制聚磷酸盐的产生,获得较高品质的工业磷酸三钠产品。上述Na/P比可通过PH间接体现,比直接测定钠元素与磷元素的摩尔比更为简便,可通过添加液碱或片碱调节含磷废料的PH值来获得预期Na/P比,试验发现,用液碱将含磷废料的PH值由8调节到10,在700~850℃下反应0.5h,得到的白色固体产物中,焦磷酸钠含量为80%~85%,磷酸三钠含量为10%~15%,氯化钠含量为2%~3%,多聚磷酸钠含量小于0.1%;继续用液碱调节PH至12,在同样条件下反应,得到的白色固体产物中,焦磷酸钠含量为40%~50%,磷酸三钠含量为40%~50%,氯化钠含量为2%~3%;继续用液碱调节PH至14,在同样条件下反应,得到的白色固体产物中,焦磷酸钠含量为10%~15%,磷酸三钠含量为80%~85%,氯化钠含量为2.5%~3%;随着PH升高,产物中焦磷酸钠含量逐渐降低,而磷酸三钠含量逐渐升高。因此,在发明的制备方案中,Na/P比是实现一步法制备高品质磷酸三钠的关键之一,Na/P比失调,则易得到焦磷酸钠、三聚磷酸钠或六偏磷酸钠产品,而得不到磷酸三钠产品。本发明对所述液碱和片碱的来源没有特殊限制,为本领域技术人员熟知的液碱或片碱,采用一般市售品即可。
本发明中,添加液碱或片碱调节Na/P比后,在600~900℃下进行反应。本发明中,所述反应的温度优选为750~850℃;反应温度也是本发明制备方案中的关键之一,在所述温度下进行反应有利于含磷废料定向转化反应的进行,一步化定向得到工业磷酸三钠产品。本发明中,所述反应优选在高温氧化-定向反应器中进行,将含磷废料用液碱或片碱调节后,经压缩空气雾化后进入高温氧化-定向反应器中进行反应,反应中,含磷废料中的有机物在高温下裂解、氧化,转化为二氧化碳等无害气体和固相无机磷中间体,固相有机磷中间体进行元素重组生成稳定的工业磷酸三钠产品。本发明中,所述反应的时间优选为0.05~2h,更优选为0.1~0.5h。
本发明中,在所述反应后,得到工业磷酸三钠粗品,所述粗品中磷酸三钠含量可高达96%左右。在得到粗品后,优选对所述粗品进行后处理,得到工业磷酸三钠。本发明中,所述后处理优选包括重结晶和干燥。其中,所述重结晶的温度优选为80~90℃。将重结晶用溶剂与粗品混合升温溶解后,优选进行过滤,得到无色透明溶液;所述过滤优选采用微孔精密过滤器进行,在一些实施例中为精密滤棒;所述滤棒的目数优选大于等于300目,更优选为500~800目。本发明中,在得到无色透明溶液后,优选降温结晶,得到晶体。在得到晶体后,优选对所述晶体离心脱水和干燥,从而得到工业磷酸三钠;本发明经后处理后,可得到纯度在98%以上的工业十二水磷酸三钠。
本发明提供了一种工业磷酸三钠的制备方法,采用上述制备方法,能够实现一步法制得工业磷酸三钠产品,较为简单方便,且所得产品具有高纯度。实验结果表明,按照本发明的制备方法,所得粗品中磷酸三钠含量科高达96%左右,后处理后的精品中十二水磷酸三钠的含量达到98%以上。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
取草甘膦生产过程中产生的综合含磷废料100kg(TP含量为10.5%,COD含量为20%,氯化钠含量为2%,水分含量为30%),用浓度为96%的液碱调节废料的钠/磷摩尔比为3.5∶1,然后进入定向转化反应器中在750~800℃下反应20min,得到白色固体粗品45.5kg。对所得粗品进行离子色谱分析测试,结果如图1所示,图1为本实施例所得粗品的离子色谱图,经分析,磷酸三钠含量为90.1%,焦磷酸钠为1.5%,氯化钠为2.3%。
取所得磷酸三钠粗品40kg,加适量水升温至80~90℃溶解完全后,过滤,得到无色透明溶液,缓慢降温至30℃,大量晶体析出,经离心和烘干后,得到白色晶体。对所得白色晶体进行离子色谱分析测试,结果如图2所示,图2为本实施例所得产品的离子色谱图,经分析,白色产品为十二水磷酸三钠,其含量为98%。
实施例2
取草甘膦生产过程中产生的综合含磷废料100kg(TP含量为10.5%,COD含量为20%,氯化钠含量为2%,水分含量为30%),用浓度为96%的液碱调节废料的钠/磷摩尔比为3.2∶1,然后进入定向转化反应器中在750~800℃下反应20min,得到白色固体粗品45.2kg。
取粗品40kg加适量水升温至80~90℃溶解完全后,过滤,得到无色透明溶液,缓慢降温至30℃,大量晶体析出,经离心和烘干后,得到白色粉末状产品。
按照实施例1的测试方法分别对所得粗品和产品进行分析测试,结果显示,粗品中磷酸三钠含量为93.5%,焦磷酸钠为0.005%,氯化钠为2.2%;所得产品为磷酸三钠干品,其含量为99%。
实施例3
取草甘膦生产过程中产生的综合含磷废料500kg(TP含量为12.0%,COD含量为22%,氯化钠含量为1.5%,水分含量为23.5%),用浓度为40%的液碱调节废料的钠/磷摩尔比为3.1∶1,然后进入定向转化反应器中在800~850℃下反应15min,得到白色固体粗品251.5kg。
取粗品200kg加适量水升温至80~90℃溶解完全后,过滤,得到无色透明溶液,缓慢降温至30℃,大量晶体析出,经离心和烘干后,得到白色产品。
按照实施例1的测试方法分别对所得粗品和产品进行分析测试,结果显示,粗品中磷酸三钠含量为95.2%,焦磷酸钠未检出,氯化钠为1.6%;所得产品中十二水磷酸三钠含量为98.7%。
实施例4
取草甘膦生产过程中产生的综合含磷废料500kg(TP含量为12.0%,COD含量为22%,氯化钠含量为1.5%,水分含量为23.5%),用浓度为40%的液碱调节废料的钠/磷摩尔比为2.9∶1,然后进入定向转化反应器中在800~850℃下反应15min,得到白色固体粗品250.1kg。
取粗品200kg加适量水升温至80~90℃溶解完全后,过滤,得到无色透明溶液,缓慢降温至30℃,大量晶体析出,经离心和烘干后,得到白色产品。
按照实施例1的测试方法分别对所得粗品和产品进行分析测试,结果显示,粗品中磷酸三钠含量为92.5%,焦磷酸钠未检出,三聚磷酸钠为1.6%,氯化钠为1.6%;所得产品中十二水磷酸三钠含量为98.3%。
实施例5
取草甘膦生产过程中产生的综合含磷废料500kg(TP含量为12.0%,COD含量为22%,氯化钠含量为1.5%,水分含量为23.5%),用浓度为40%的液碱调节废料的钠/磷摩尔比为3.0∶1,然后进入定向转化反应器中在850~900℃下反应30min,得到微黄色固体粗品249.6kg。
取粗品200kg加适量水升温至80~90℃溶解完全后,过滤,得到无色透明溶液,缓慢降温至30℃,大量晶体析出,经离心和烘干后,得到白色产品。
按照实施例1的测试方法分别对所得粗品和产品进行分析测试,结果显示,粗品中磷酸三钠含量为89.4%,焦磷酸钠未检出,三聚磷酸钠为2.5%,氯化钠为1.8%;所得产品中十二水磷酸三钠含量为96.5%。
实施例6
取草甘膦生产过程中产生的综合含磷废料500kg(TP含量为12.0%,COD含量为22%,氯化钠含量为1.5%,水分含量为23.5%),用浓度为40%的液碱调节废料的钠/磷摩尔比为3.0∶1,然后进入定向转化反应器中在850~900℃下反应30min,得到微黄色固体粗品249.6kg。
取粗品200kg加适量水升温至80~90℃溶解完全后,过滤,得到无色透明溶液,缓慢降温至30℃,大量晶体析出,经离心和烘干后,得到白色产品。
按照实施例1的测试方法分别对所得粗品和产品进行分析测试,结果显示,粗品中磷酸三钠含量为85.6%,焦磷酸钠未检出,三聚磷酸钠为6.3%,氯化钠为2.2%;所得产品中十二水磷酸三钠含量为95.3%。
由以上实施例可知,按照本发明的制备方法法能够一步法制得工业磷酸三钠产品,且获得较高的纯度;在本发明的制备方案下,反应温度在750~850℃下的实施例1~4能够获得更高的产品纯度。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想,包括最佳方式,并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明,包括制造和使用任何装置或系统,和实施任何结合的方法。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,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定,并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素,或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素,那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种利用草甘膦生产废料一步法制备工业磷酸三钠的方法,其特征在于,包括以下步骤:
a)提供含磷废料;
所述含磷废料为草甘膦生产废料,其中,TP含量为2wt%~40wt%,COD含量为5wt%~50wt%,水分含量在30wt%以下;
b)向所述含磷废料中添加液碱或片碱后,在600~900℃下反应,得到工业磷酸三钠;
所述步骤b)中,添加液碱或片碱至含磷废料中钠元素与磷元素的摩尔比为2.5~3.5∶1;所述钠元素为所述含磷废料中除氯化钠以外的钠;
所述含磷废料中,氯化钠含量在3wt%以下。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述钠元素与磷元素的摩尔比为3.0~3.5∶1。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤b)中,反应的温度为750~850℃。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述反应的时间为0.05~2h。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述含磷废料包括草甘膦母液和/或亚磷酸二甲酯高沸残液。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤b)中,在所述反应后,得到工业磷酸三钠粗品,将所述粗品后处理,得到工业磷酸三钠。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述后处理包括重结晶和干燥。
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