CN108083244A - 应用十二烷基苯磺酸钠作为除杂剂净化湿法磷酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用十二烷基苯磺酸钠作为除杂剂净化湿法磷酸的方法，其步骤为：将湿法磷酸与十二烷基苯磺酸钠按照一定比例搅拌，反应得到混合溶液；将所得混合溶液清洗、过滤，得净化后的磷酸清液。本发明创新地将十二烷基苯磺酸钠作为除杂剂应用于湿法磷酸的净化，通过研究反应物配比及反应条件，解决了湿法磷酸的净化中难以同时除掉金属离子和氟离子的技术问题。本发明除杂效率高，磷损耗小，除杂剂易得，且操作简单控制方便。

Description

应用十二烷基苯磺酸钠作为除杂剂净化湿法磷酸的方法

技术领域

本发明涉及应用十二烷基苯磺酸钠作为除杂剂净化湿法磷酸的方法，属于湿法磷酸净化除杂领域。

背景技术

湿法磷酸是磷化工的重要的中间产品，一直用于重过磷酸钙、磷酸铵、复合肥料等的生产，但是由于原料和工艺特点致使其含杂质多，主要含铝、铁、镁等磷酸盐，氟硅酸盐和游离硫酸等，因此湿法磷酸难以作为某些如使用高纯度磷酸的食品工业的原料。为使湿法磷酸的质量符合生产工业级、饲料级、甚至食品级的磷酸盐的要求，必须进行净化与浓缩。而热法磷酸虽然纯度高，但是其制作过程耗能大且会对环境造成污染，随着能源危机的加剧，对湿法磷酸进行深度净化以取代热法磷酸显得日益迫切。

湿法磷酸的净化方法有很多，大致分为以下几类：(1)溶剂萃取法；(2)中和过滤法；(3)溶剂沉淀法；(4)离子交换树脂法及渗析法；(5)磷酸浓缩结晶法或复盐结晶法。其中以溶剂萃取法和溶剂沉淀法研究较多，并已应用于工业化生产中。但是现有的湿法磷酸的净化方法还存在不能同时除去金属离子和氟离子、除杂过程复杂、条件严苛等缺陷，亟需解决。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种湿法磷酸的净化方法，该方法能有效地净化了湿法磷酸中的铁、铝、镁、钙、氟等离子杂质，对湿法磷酸中的金属阳离子和可溶性的阴离子同时具有明显的去除作用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

应用十二烷基苯磺酸钠作为除杂剂净化湿法磷酸的方法，其特征在于，具体步骤如下：

将湿法磷酸与十二烷基苯磺酸钠按照一定比例搅拌，反应得到混合溶液；将所得混合溶液清洗、过滤，得净化后的磷酸清液。

按上述方案，优选地，所述湿法磷酸与十二烷基苯磺酸钠的比例按照下述方法计算：

(1)取一定质量的湿法磷酸，按GB/T 1871-1995分析其中铁、铝、镁、钙、氟的质量百分比含量，并计算出这些杂质的质量；

(2)根据步骤(1)计算出的各杂质的质量，按照下述反应化学方程式：

C₁₈H₂₉O₃S^-+R＝C₁₈H₂₉O₃SR(R为金属离子)，

先计算十二烷基苯磺酸钠理论用量总和，再计取该理论用量总和的0.8-1.0倍；

(3)步骤(1)中所取湿法磷酸的质量与步骤(2)中计算得到的十二烷基苯磺酸钠理论用量总和的0.8-1.0倍即为反应比例。

按上述方案，优选地，所述十二烷基苯磺酸钠为固相形式，其纯度≥88.0％。

按上述方案，优选地，所述搅拌速率为500-600rpm。

按上述方案，优选地，所述反应温度为20-30℃，所述反应时间为50-60min。

按上述方案，优选地，所述清洗为超声清洗，时间为5-10min。

本发明的原理如下：

磷酸体系的酸性较强，pH<1，因此净化效果的好坏与除杂剂的耐酸性有很大的关系。本发明创新地选用十二烷基苯磺酸钠作为除杂剂，其不仅具有较好的耐酸能力，还能提供可进行离子交换的基团(即该基团既亲水又能直接连接亲油基团)，方便反应后能更好地与酸分离。此外，十二烷基苯磺酸钠的分子中具有很长的碳链和苯环，使中性化合物和表面活性剂能很好地与水相分离。

湿法磷酸中的高价金属离子在酸中是以阳离子或能离解为阳离子的络离子的形式存在的。在其中加入十二烷基苯磺酸钠除杂剂时，水合物的离解平衡会向右进行离解出金属离子，湿法磷酸中的金属离子和水合物离解出的金属离子会和除杂剂反应后结合，生成中性化合物，难溶于磷酸，以此达到净化目的。此外，钠盐的加入也能很好的去除氟离子。

十二烷基苯磺酸钠能与强酸下建立平衡体系：

以十二烷基苯磺酸净化镁离子为例，其反应过程如下：

MgHP0₄·nH₂0→Mg²⁺+HP0₄ ^2-+nH₂0

而钠盐的加入，可以除去氟与硅，也可以去除少量金属离子：

2Na⁺+H₂SiF₆＝Na₂SiF₆↓+2H⁺

2FeH₃(PO₄)₂+2Na⁺+2H₂O＝FePO₄·2H₂O↓+Na₂HPO₄+2H⁺

AlH₃(PO₄)₂+2Na⁺+2H₂O＝AlPO₄·2H₂O↓+Na₂HPO₄+2H⁺

MgSO₄+Na₂HPO₄+2H₂O＝MgHPO₄·2H₂O↓+Na₂SO₄

本发明的有益效果如下：

十二烷基苯磺酸钠的分子式为C₁₈H₂₉NaO₃S，其被广泛熟知的用途有洗涤剂、乳化分散剂、抗静电剂等，但是本发明首次发现其还具有除杂剂的作用，并创新地将其作为除杂剂应用于湿法磷酸的净化，本发明通过研究反应物配比及反应条件，解决了湿法磷酸的净化中难以同时除掉金属离子和氟离子的技术问题。采用本发明方法、反应物配比与条件净化后的磷酸质量高，磷、氮含量无明显变化，但是各杂质含量明显降低，其中铝、铁等金属离子减少较多，主要是以形成继沉淀盐的形式被除去，氟离子减少较多，主要以氟硅酸钠沉淀为主。本发明除杂效率高，磷损耗小，除杂剂易得，且工艺流程简单，操作控制方便。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

以下实施例中，如无特殊说明，所有原料为市售可得，其中选用的湿法磷酸由宜都兴发化工有限公司生产，十二烷基苯磺酸钠由国药集团化学试剂有限公司生产。

实施例1

净化湿法磷酸，具体步骤如下：

1)按GB/T 1871-1995分析实验选用原料湿法磷酸中铁、铝、镁、钙、氟的质量百分比含量。得到本实验所选湿法磷酸中杂质的离子百分比含量为：Fe³⁺0.38％,Al³⁺0.53％，Mg^{2 +}0.72％,Ga²⁺0.41％,F^-0.66％。

2)按照下述反应方程式计算：

C₁₈H₂₉O₃S^-+R＝C₁₈H₂₉O₃SR(R为金属离子)，

净化100g本实验选用的湿法磷酸所需十二烷基苯磺酸钠理论用量总和为32.016g：。

3)取湿法磷酸100g加入反应器中，取十二烷基苯磺酸钠理论用量总和的0.8倍(25.613g)投入净化反应器中，在20℃下，以500rpm转速搅拌，反应时间50min，得到混合溶液，然后用超声波清洗机处理5min，过滤得到磷酸清液。

按GB/T 1871.2-1995中容量法分析铁离子含量、GB/T 1871.3-1995中容量法分析铝离子含量、GB/T 1871.4-1995中容量法分析钙离子含量、GB/T 1871.25-1995中容量法分析镁离子含量，分析所得净化后的磷酸清液的各离子含量，结果如表1所示。

实施例2

净化湿法磷酸，具体步骤如下：

1)按GB/T 1871-1995分析实验选用原料湿法磷酸中铁、铝、镁、钙、氟的质量百分比含量。得到本实验所选湿法磷酸中杂质的离子百分比含量为：Fe³⁺0.38％,Al³⁺0.53％，Mg^{2 +}0.72％,Ga²⁺0.41％,F^-0.66％。

2)按照实施例1中提供的反应方程式计算，净化100g本实验选用的湿法磷酸所需十二烷基苯磺酸钠理论用量为32.016g。

3)取湿法磷酸100g加入反应器中，取十二烷基苯磺酸钠理论用量1.0倍(32.016g)投入净化反应器中，在20℃下，以600rpm转速搅拌，反应时间50min，得到混合溶液，然后用超声波清洗机处理5min，过滤得到磷酸清液。

按实施例1中所述方法分析所得净化后的磷酸清液的各离子含量，结果如表1所示。

实施例3

净化湿法磷酸，具体步骤如下：

1)按GB/T 1871-1995分析实验选用原料湿法磷酸中铁、铝、镁、钙、氟的质量百分比含量。得到本实验所选湿法磷酸中杂质的离子百分比含量为：Fe³⁺0.38％,Al³⁺0.53％，Mg^{2 +}0.72％,Ga²⁺0.41％,F^-0.66％。

2)按照实施例1中提供的反应方程式计算，净化100g本实验选用的湿法磷酸所需十二烷基苯磺酸钠理论用量为32.016g。

3)取湿法磷酸100g加入反应器中，取十二烷基苯磺酸钠理论用量1.0倍(32.016g)投入净化反应器中，在20℃下，以600rpm转速搅拌，反应时间60min，得到混合溶液，然后用超声波清洗机处理5min，过滤得到磷酸清液。

按实施例1中所述方法分析所得净化后的磷酸清液的各离子含量，结果如表1所示。

实施例4(空白试验)

净化湿法磷酸，具体步骤如下：

1)按GB/T 1871-1995分析实验选用原料湿法磷酸中铁、铝、镁、钙、氟的质量百分比含量。得到本实验所选湿法磷酸中杂质的离子百分比含量为：Fe³⁺0.38％,Al³⁺0.53％，Mg^{2 +}0.72％,Ga²⁺0.41％,F^-0.66％。

2)取湿法磷酸100g加入反应器中，在20℃下，以500rpm转速搅拌，反应时间50min，得到混合溶液，然后用超声波清洗机处理5min，过滤得到磷酸清液。

按实施例1中所述方法分析所得净化后的磷酸清液的各离子含量，结果如表1所示。

表1湿法磷酸各离子净化率

Claims (6)

1.应用十二烷基苯磺酸钠作为除杂剂净化湿法磷酸的方法，其特征在于，具体步骤如下：

将湿法磷酸与十二烷基苯磺酸钠按照一定比例搅拌，反应得到混合溶液；将所得混合溶液清洗、过滤，得净化后的磷酸清液。

2.根据权利要求1所述的净化湿法磷酸的方法，其特征在于，所述比例按照下述方法计算：

(1)取一定质量的湿法磷酸，按GB/T 1871-1995分析其中铁、铝、镁、钙、氟的质量百分比含量，并计算出这些杂质的质量；

(2)根据步骤(1)计算出的各杂质的质量，按照下述反应化学方程式：

C₁₈H₂₉O₃S^-+R＝C₁₈H₂₉O₃SR，其中R为金属离子，

先计算十二烷基苯磺酸钠理论用量总和，再计取该理论用量总和的0.8-1.0倍；

(3)步骤(1)中所取湿法磷酸的质量与步骤(2)中计算得到的十二烷基苯磺酸钠理论用量总和的0.8-1.0倍即为反应比例。

3.根据权利要求1所述的净化湿法磷酸的方法，其特征在于，所述十二烷基苯磺酸钠为固相形式，其纯度≥88.0％。

4.根据权利要求1所述的净化湿法磷酸的方法，其特征在于，所述搅拌速率为500-600rpm。

5.根据权利要求1所述的净化湿法磷酸的方法，其特征在于，所述反应温度为20-30℃，所述反应时间为50-60min。

6.根据权利要求1所述的净化湿法磷酸的方法，其特征在于，所述清洗为超声清洗，时间为5-10min。