CN113135556B - 一种制备农用级多聚磷酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备农用级多聚磷酸的方法，包括以下步骤：向湿法磷酸溶液中加入金属元素添加剂，使湿法磷酸溶液中的MER值为4.8～7.8％，然后将湿法磷酸溶液浓缩至P2O5浓度≥68％，得到农用级多聚磷酸。本发明通过在湿法磷酸中加入金属元素添加剂，促进磷酸的聚合，并调节湿法磷酸中的金属元素含量与五氧化二磷含量之间的比值，而形成不同结构的缩聚磷酸，如链状、环状和枝状，从而达到调节多聚磷酸稳定性的效果。

Description

一种制备农用级多聚磷酸的方法
技术领域
本发明属于磷酸工业制备技术领域，尤其涉及一种制备农用级多聚磷酸的方法。
背景技术
多聚磷酸(Super Phosphoric Acid；SPA)是一种含有正磷酸与聚磷酸的混合液。
目前，用湿法磷酸生产多聚磷酸的工艺主要是将湿法磷酸经除杂，单级或多级蒸发器，加热浓缩，除去水分得到。产品杂质含量较高、品质低，主要用于生产农业用液体肥。
如何从浓缩湿法磷酸中生产稳定的液体肥料，这是一个长期以来公认的、迄今尚未充分解决的问题。主要原因是磷矿石含有金属杂质，这些金属杂质在湿法浸取过程中被溶解，并存在于粗酸中，这些杂质包括铁、铝、镁、钙、钠等。
从粗磷酸中除去金属杂质已成为人们所希望的。美国专利3988140，提出了通过将商品酸和湿法磷酸混合后降低杂质浓度来制备稳定的多聚磷酸。然而，这些方法大大增加了磷酸作为生产液体肥料的原料的成本。美国专利4721519提出在浓缩前用阳离子交换树脂处理除去湿法磷酸中的镁和钙杂质，通过该方法制备的液体肥料在25℃储存6个月依然稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备农用级多聚磷酸的方法，本发明中的方法易于工业化实施，处理成本较商品级多聚磷酸显著降低，且得到的多聚磷酸外观澄清无沉淀、久置稳定。
本发明提供一种制备农用级多聚磷酸的方法，包括以下步骤：
向湿法磷酸溶液中加入金属元素添加剂，使湿法磷酸溶液中的MER值为4.8～7.8％，然后将湿法磷酸溶液浓缩至P2O5浓度≥68％，得到农用级多聚磷酸。
优选的，所述湿法磷酸溶液为w(P2O5)＝20～40％的湿法磷酸溶液。
优选的，所述金属元素添加剂为氧化铁、氧化铝、氢氧化铝、氢氧化铁、硫酸铁、硫酸铝和明矾中的一种或几种。
优选的，所述金属元素添加剂的质量为湿法磷酸溶液质量的0.1～6％。
优选的，所述浓缩的温度为160～260℃。
优选的，所述农用级多聚磷酸中聚合态磷的质量(P2O5计)为总P2O5质量的20％～50％。
本发明提供了一种制备农用级多聚磷酸的方法，包括以下步骤：向湿法磷酸溶液中加入金属元素添加剂，使湿法磷酸溶液中的MER值为4.8～7.8％，然后将湿法磷酸溶液浓缩至P2O5浓度≥68％，得到农用级多聚磷酸。本发明通过在湿法磷酸中加入金属元素添加剂，促进磷酸的聚合，并调节湿法磷酸中的金属元素含量与五氧化二磷含量之间的比值，而形成不同结构的缩聚磷酸，如链状、环状和枝状，从而达到调节多聚磷酸稳定性的效果。
本发明与现有技术相比，其优点在：
(1)该法仅需要对湿法磷酸进行简单的预处理，处理成本低，易于工业化实施，且得到的多聚磷酸外观澄清无沉淀、久置稳定。
(2)该方法制备的专用多聚磷酸可广泛应用于液体肥原料。
(3)该方法为湿法磷酸制备专用多聚磷酸提供了新的工艺路线。
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为本发明中农用级多聚磷酸的制备工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种湿法磷酸制备农用级多聚磷酸的方法，包括以下步骤：
向湿法磷酸溶液中加入金属元素添加剂，使湿法磷酸溶液中的MER值为4.8～7.8％，然后将湿法磷酸溶液浓缩至P2O5浓度≥68％，得到农用级多聚磷酸。
本发明取P2O5的质量浓度为20～40％的原料湿法磷酸溶液，加入到带搅拌的反应釜中，开启加热装置和搅拌装置，然后按照计量比加入金属元素添加剂，使湿法磷酸溶液中的MER值为4.8～7.8％，然后再浓缩至P2O5浓度≥68％，得到农用级多聚磷酸。
其中，MER值是指湿法磷酸中Fe2O3、Al2O3、MgO质量百分含量之和与P2O5质量百分含量之比，即(Fe2O3+Al2O3+MgO)/P2O5)，对本申请而言，MER值为Fe2O3、Al2O3、MgO中一种或多种的质量百分比含量与P2O5质量百分含量之比。
在本发明中，所述金属元素添加剂优选为氧化铁、氧化铝、氢氧化铝、氢氧化铁、硫酸铁、硫酸铝和明矾中的一种或几种。在本发明所公开的工艺条件下，所述金属元素添加剂提供的离子与磷酸螯合形成环状或者网状的水溶性络离子，促进磷酸的聚合的同时形成含有金属离子的聚磷酸盐。通过控制金属元素添加剂的加入量，进一步控制所生成的缩聚磷酸的结构，实现提高多聚磷酸稳定性的效果。所述金属元素添加剂的质量为所述湿法磷酸溶液的质量的0.1～6％，更优选为1～5％，如0.5％，1％，1.5％，2％，2.5％，3％，3.5％，4％，4.5％，5％，5.5％，6％，优选以上述任意数值为上限或下限的范围值。
本发明对所述浓缩的方法没有特殊的限制，能够实现上述P2O5浓度即可，如可采用直接传热蒸发工艺(喷雾浓缩)或间接传热蒸发工艺(换热器浓缩)。
在本发明中，所述浓缩的温度优选为160～260℃，优选为180～250℃，如160℃，170℃，180℃，190℃，200℃，210℃，220℃，230℃，240℃，250℃，260℃，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。低于160℃则无法实现磷酸的聚合；本发明对所述浓缩的时间没有特殊的限制，P2O5浓度浓缩至要求范围内即可。
浓缩后的产物降温至室温、便得到一种淡黄色、澄清粘稠状液体既为农用级专用多聚磷酸。
得到的多聚磷酸中，聚合态的磷(以P2O5计)的质量为总P2O5质量的20％～50％，优选为30～40％。
本发明提供了一种制备农用级多聚磷酸的方法，包括以下步骤：向湿法磷酸溶液中加入金属元素添加剂，使湿法磷酸溶液中的MER值为4.8～7.8％，然后将湿法磷酸溶液浓缩至P2O5浓度≥68％，得到农用级多聚磷酸。本发明通过在湿法磷酸中加入金属元素添加剂，促进磷酸的聚合，并调节湿法磷酸中的金属元素含量与五氧化二磷含量之间的比值，而形成不同结构的缩聚磷酸，如链状、环状和枝状，从而达到调节多聚磷酸稳定性的效果。
本发明与现有技术相比，其优点在：
(1)该法仅需要对湿法磷酸进行简单的预处理，处理成本低，易于工业化实施，且得到的多聚磷酸外观澄清无沉淀、久置稳定。
(2)该方法制备的专用多聚磷酸可广泛应用于液体肥原料。
(3)该方法为湿法磷酸制备专用多聚磷酸提供了新的工艺路线。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种制备农用级多聚磷酸的方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
取100kg原料湿法磷酸于反应釜中，开启加热装置和搅拌装置，缓慢加入占原料质量2％的氧化铁，MER值为6.6％，再将湿法磷酸浓缩至P2O5浓度为68.3％，产物降温至室温、得到一种淡黄色澄清粘稠状液体既为专用多聚磷酸，聚合态的磷(以P2O5计)的质量占总五氧化二磷质量的35.3％，该多聚磷酸可在10℃储存条件下放置6个月，并呈稳定状态。
实施例2
取100kg原料湿法磷酸于反应釜中，开启加热装置和循环装置，缓慢加入占原料质量1.5％的氧化铝，MER值为5.4％，将湿法磷酸浓缩至P2O5浓度为68.8％，产物降温至室温、得到一种淡黄色澄清粘稠状液体既为专用多聚磷酸，聚合态的磷(以P2O5计)的质量占总五氧化二磷质量的28％，该多聚磷酸可在10℃储存条件下放置6个月，并呈稳定状态。
比较例1
取100kg原料湿法磷酸于反应釜中，MER值为3.8％，开启加热装置和搅拌装置，将湿法磷酸浓缩至P2O5浓度为68.6％，产物降温至室温、得到一种淡黄色澄清粘稠状液体既为专用多聚磷酸，聚合态的磷(以P2O5计)的质量占总五氧化二磷质量的12％，该多聚磷酸在10℃储存条件下放置1个月，出现大面积结晶。
比较例2
取100kg原料湿法磷酸于反应釜中，开启加热装置和循环装置，缓慢加入占原料质量0.08％的氧化铝，MER值为4.0％，将湿法磷酸浓缩至P2O5浓度为68.8％，产物降温至室温、得到一种淡黄色澄清粘稠状液体既为专用多聚磷酸，聚合态的磷(以P2O5计)的质量占总五氧化二磷质量的15％，该多聚磷酸在10℃储存条件下放置1个月，出现大面积结晶。
以上所述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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种制备农用级多聚磷酸的方法，包括以下步骤：
向湿法磷酸溶液中加入金属元素添加剂，使湿法磷酸溶液中的MER值为4.8~7.8%，通过控制金属元素添加剂的加入量，控制所生成的缩聚磷酸的结构，提高多聚磷酸稳定性，然后将湿法磷酸溶液浓缩至P2O5浓度≥68%，得到农用级多聚磷酸；
所述金属元素添加剂为氧化铁、氧化铝、氢氧化铝、氢氧化铁、硫酸铁、硫酸铝和明矾中的一种或几种；所述金属元素添加剂的质量为湿法磷酸溶液质量的0.1~6%。
2.根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述湿法磷酸溶液为w（P2O5）=20~40%的湿法磷酸溶液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浓缩的温度为160~260℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述农用级多聚磷酸中聚合态磷的质量为总P2O5质量的20%~50%，所述农用级多聚磷酸中聚合态磷以P2O5计。
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