CN111704119A - 一种肥料级湿法磷酸高效脱砷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种肥料级湿法磷酸高效脱砷的方法，该方法利用具有靶向选择性的功能性配位新材料，通过其官能团的靶向选择性，脱除肥料级湿法磷酸中的砷杂质。具体步骤是将配位新材料与肥料级湿法磷酸按照一定比例进行混合，调节搅拌速度，控制反应时间、反应温度为，反应完成后，将反应料浆通过微孔过滤器进行过滤即得，脱砷后的肥料磷酸可以满足后续磷酸钙盐、磷酸钾盐等磷酸盐的生产需要。此方法最高可以将肥料级湿法磷酸中的砷从50ppm降低至1ppm以下，可根据后续磷酸盐产品对原料磷酸中砷含量的需求进行控制，砷的脱出率最高可达99.5%。采用该方法脱砷过程中不会产生硫化氢等有毒有害气体，该方法具有较好的环保价值。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种肥料级湿法磷酸高效脱砷的新方法。
背景技术
磷酸作为化工基本原料被广泛应用于医药、化工、食品等各个领域。但是湿法磷酸由于其杂质含量高而无法应用于除化工行业以外的领域。国内外对湿法磷酸的净化处理进行了大量的实验研究，其中化学沉淀法是诸方法中使用最为广泛的方法之一，其工艺流程简单、投资小、成本低、操作控制要求低，较易实现工业化。砷在湿法磷酸中含量虽小，但它的存在往往对后续磷酸盐产品的质量产生较大影响，且是较难除去的杂质之一。
目前湿法磷酸除砷有以下几种方法：1、化学沉淀法脱砷。Na2S作为常用脱砷剂可用于湿法磷酸的除砷处理。其原理是通过Na2S与H3PO4反应生成H2S，H2S中的S2-与As3+形成As2S3沉淀，从而达到除砷的目的。但副产物H2S会导致环境污染，严重危害操作人员的生命。除砷的同时引入钠，硫等离子，给肥料级湿法磷酸深度净化及产品品质带来新杂质污染问题。同时，由于脱砷后产生的砷渣粒径小、分布广、含固量低等因素，其过滤相对较困难。2、结晶法脱砷。结晶法是指从体系中将磷酸或磷酸盐以晶体形式析出，与化学沉淀法和溶剂萃取法等方法相比具有高效、经济、对环境影响小等优点，但结晶法操作相对复杂，且将结晶出来的晶体和母液进行完全分离比较困难，一定程度上制约该技术的发展。3、离子交换树脂法。离子交换法是利用强酸性离子交换树脂处理湿法磷酸，除去其中大部分阳离子杂质，但该方法树脂的再生难度极大，总体效率低造成使用量大，总成本较高。4、电渗析法。该工艺的核心设备为离子交换膜，利用其选择性，在电流刺激下对磷酸溶液中的杂质进行过滤，得到产品。该方法目前尚处在研究阶段，主要需要攻克的难点在于离子交换膜的选择以及电流密度对离子交换过程的影响，且使用环境较为苛刻，目前只能用于净化稀磷酸。尚未大规模应用于工业生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有肥料级湿法磷酸脱砷技术的不足与缺点，提供一种肥料级湿法磷酸高效脱砷的新方法。
本发明的上述目的是通过以下的技术方案予以实现：
一种肥料级湿法磷酸高效脱砷的新方法，通过配位新材料的配位官能团，对磷酸中的砷进行靶向捕捉，从而达到肥料级湿法磷酸高效脱砷的效果；主要包括以下步骤：
将配位材料与肥料级湿法磷酸按照一定比例进行混合，配位材料与肥料级湿法磷酸质量比例为：1/10~1/1000，所述配位材料为一种多孔功能配位材料，其功能团负载量≥0.9mmol/g，肥料级湿法磷酸的砷含量在20~50ppm之间；
反应完成后，将反应料浆通过微孔过滤器进行过滤，过滤后得到脱砷后的肥料级湿法磷酸。经过该处理后的肥料级湿法磷酸中的砷从30ppm降低至1ppn以下，满足后续饲料级、工业级磷酸盐生产需要。
上述方法中，脱砷采用的配位材料为一种多孔功能配位材料，其功能团负载量在≥0.9mmol/g之间。
上述方法中，反应搅拌速度控制在200~300r/min。
上述方法中，脱砷反应过程中的温度控制在30~90℃。
上述方法中，脱砷反应时间，即反应时间控制在0.1~10h。
上述微孔过滤器的滤芯孔径≤80 μm。
发明人指出：本发明所述的功能性配位材料已申请相关发明专利，专利名称：一种填充多孔物质且表面多孔空心球的制造和使用方法，专利号：201710182138.1。
本发明利用功能性配位新材料对小分子杂质具有较强亲和力这一特性，将肥料级湿法磷酸中的砷稳定高效的捕捉在配位新材料上，以达到高效脱砷效果。该功能性配位新材料，属于高效多孔材料，使得肥料级湿法磷酸流动最优化，超大的表面积可最大化去除湿法净化磷酸中的砷，在除砷的同时不会引入其他杂质，且不会产生有毒有害气体，操作简单、安全，设备所占空间很小，具有较好的经济效益、环保效益。本发明采用新材料进行湿法净化磷酸深度脱砷，尚未见到相关文献报道，最高可以将肥料级湿法磷酸中的砷从50ppm降低至1ppm以下，可根据后续磷酸盐产品对原料磷酸中砷含量的需求进行控制，砷的脱出率最高可达99.5%。采用本发明方法脱砷过程中不会产生硫化氢等有毒有害气体，具有较好的环保价值和较好的市场应用前景。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明，但并不用来限制本发明的范围。
实施例1.
称取1g配位新材料，与过滤后的肥料级湿法磷酸按1﹕20比例进行混合，调节搅拌速度，反应搅拌速度控制在200r/min。控制反应时间为1h，反应温度为50℃。反应完成后，将反应料浆通过微孔过滤器进行过滤，微孔过滤器的滤芯孔径60μm。过滤后得到脱砷的肥料级湿法磷酸，通过ICP—OES对磷酸进行检测，测得其砷含量为1ppm，产品满足后续磷酸盐的生产需求。
实施例2.
称取1g配位新材料，与过滤后的肥料级湿法磷酸按1﹕200比例进行混合，调节搅拌速度，反应搅拌速度控制在300r/min。控制反应时间为4h，反应温度为30℃。反应完成后，将反应料浆通过微孔过滤器进行过滤，微孔过滤器的滤芯孔径40μm。过滤后得到脱砷的肥料级湿法磷酸，通过ICP-OES对磷酸进行检测，测得其砷含量为3ppm，产品满足后续磷酸盐的生产需求。
实施例3.
称取1g配位新材料，与过滤后的肥料级湿法磷酸按1﹕1000比例进行混合，调节搅拌速度，反应搅拌速度控制在300r/min。控制反应时间为8h，反应温度为50℃。反应完成后，将反应料浆通过微孔过滤器进行过滤，微孔过滤器的滤芯孔径20μm。过滤后得到脱砷的肥料级湿法磷酸，通过ICP-OES对磷酸进行检测，测得其砷含量为5ppm，产品满足后续磷酸盐的生产需求。
Claims (7)
1.一种肥料级湿法磷酸高效脱砷的方法，其特征是：主要步骤包括：
将肥料级湿法磷酸通过真空过滤器进行过滤待用，将配位材料与肥料级湿法磷酸按照一定比例进行混合，配位材料与肥料级湿法磷酸质量比例为：1/10~1/1000，所述配位材料为一种多孔功能配位材料，其功能团负载量≥0.9mmol/g，肥料级湿法磷酸五氧化二磷含量在45%~48%之间，砷含量在20~50ppm之间；
反应完成后，将反应料浆通过微孔过滤器进行过滤，过滤后磷酸即为脱砷磷酸产品。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，脱砷采用的配位材料为一种多孔功能配位材料，其功能团负载量在≥0.9mmol/g。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，反应搅拌速度控制在200~350r/min。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，脱砷反应过程中的温度控制在30~90℃。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，脱砷反应时间，即反应时间控制在0.1~10h。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，反应完成后，采用微孔过滤的方式进行过滤，微孔过滤器的滤芯孔径≤80μm。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，脱砷后的磷酸产品满足后续饲料级、工业级磷酸盐生产对砷指标的质量要求。
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