CN114933288A - 一种高纯磷酸二氢钾及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯磷酸二氢钾及其制备方法,该制备方法包括以下步骤:(1)将粗品磷酸二氢钾粉末溶解在去离子水中,然后过滤得到磷酸二氢钾清液;(2)向磷酸二氢钾清液中加入能与水任意比例互溶的有机溶剂,进行溶析结晶,然后固液分离后得母液;(3)将母液进行冷却结晶,再经固液分离、干燥,从而得到所述高纯磷酸二氢钾。该制备方法能制备得到纯度大于99%的磷酸二氢钾,且能保证有机溶剂实现回收利用,对环境友好。
Description
技术领域
本发明属于无机化工材料技术领域,具体涉及一种高纯磷酸二氢钾及其制备方法。
背景技术
磷酸二氢钾(KDP)作为一种重要的磷酸盐,广泛应用于农业、化学化工、食品、医药等行业。目前对于磷酸二氢钾生产工艺主要有复分解法、中和法、萃取法等。这些方法各有利弊,如复分解法虽设备简单,操作方便,但得到的产品纯度低;中和法虽具有工艺简单,磷酸二氢钾产品纯度高的优点,但存在生产成本高的弊端;萃取法虽可制备高纯磷酸二氢钾,但使用的有机萃取剂的价格昂贵、对环境不友好。
为获得高纯度的磷酸二氢钾,中国专利CN106167253A公开了一种磷酸二氢钾重结晶提纯的方法,该方法包括以下步骤:1)将粗品磷酸二氢钾粉末、螯合剂溶解在超纯水中;2)对上述溶解溶液加热到90℃~100℃,形成饱和的磷酸二氢钾溶液;3)让饱和的磷酸二氢钾溶液流入过滤装置,将溶液中大于0.1μm的杂质过滤;4)过滤后的磷酸二氢钾溶液进入冷却罐中进行冷却结晶处理;5)将冷却结晶后获得固溶状态的磷酸二氢钾溶液通入离心机中进行离心去水,获得颗粒均匀的磷酸二氢钾晶体;6)将离心的溶液输送至超纯水溶液中,再次利用;7)将磷酸二氢钾晶体自然晾干。该专利将粗品磷酸二氢钾和螯合剂溶解在超纯水中,利用螯合剂与金属杂离子反应除杂后,再通过降温结晶实现磷酸二氢钾的纯化,虽然可制备高纯磷酸二氢钾晶体,但是存在螯合剂无法回收的不足。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的就在于提供一种高纯磷酸二氢钾及其制备方法,该制备方法能制备得到纯度大于99%的磷酸二氢钾,且能保证有机溶剂实现回收利用,对环境友好。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种高纯磷酸二氢钾的制备方法,包括以下步骤:
(1)将粗品磷酸二氢钾粉末溶解在去离子水中,然后过滤得到磷酸二氢钾清液;
(2)向磷酸二氢钾清液中加入能与水任意比例互溶的有机溶剂,进行溶析结晶,然后固液分离后得母液;
(3)将母液进行冷却结晶,再经固液分离、干燥,从而得到所述高纯磷酸二氢钾。
进一步地,步骤(1)的具体为:在40~50℃下,将粗品磷酸二氢钾粉末溶解在去离子水中形成饱和溶液,再过滤去除不溶性固体,从而得到磷酸二氢钾清液。
进一步地,所述有机溶剂包括但不限于为乙醇、丙酮和乙腈中的一种或多种。
进一步地,步骤(2)中有机溶剂和磷酸二氢钾清液的体积比为1:6~1:3。
进一步地,溶析结晶温度为30~50℃。
进一步地,步骤(3)具体为:将母液加入结晶器中,控制降温速率为2~5℃/h,降温至0~10℃,然后经固液分离、干燥即得到高纯磷酸二氢钾。
进一步地,步骤(2)中固液分离得到的结晶体回用至步骤(1)。
进一步地,还包括步骤(4),冷却结晶得到的结晶母液经精馏分离后得到馏出液和釜残液,其中所述馏出液中有机溶剂质量分数≥70%,所述釜残液中有机溶剂质量分数≤5%,所述馏出液回用至步骤(2),所述釜残液回用至步骤(1)。
本发明还提供了一种高纯磷酸二氢钾,所述磷酸二氢钾采用前面所述的制备方法制备得到,所述磷酸二氢钾的纯度大于99%。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1、利用溶析结晶方式,可使磷酸二氢钾在溶液中存在极大的过饱和度,在极大的过饱和推动力下,溶液中的磷酸二氢钾夹杂其他杂离子以成核结晶的方式被析出,然后通过固液分离达到去除杂质的目的,从而有效提高母液中磷酸二氢钾的纯度,再通过冷却结晶,进一步保证磷酸二氢钾的纯度。
2、本发明冷却结晶后的结晶母液通过精馏,富集高浓度有机溶剂的馏出液回用于溶析结晶,富集大量水和少量磷酸二氢钾及有机溶剂的釜残液回用于溶解粗磷酸二氢钾,从而使得有机溶剂得到有效回收利用,避免对环境造成污染。
附图说明
图1-本发明的工艺流程图。
图2-实施例1制备得到的磷酸二氢钾晶体的形貌图。
图3-实施例1制备得到的磷酸二氢钾晶体的XRD图。
图4-实施例2制备得到的磷酸二氢钾晶体的形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种高纯磷酸二氢钾的制备方法,其工艺流程图如图1所示,包括以下步骤:
(1)将粗品磷酸二氢钾粉末溶解在去离子水中,然后过滤得到磷酸二氢钾清液;
(2)向磷酸二氢钾清液中加入能与水任意比例互溶的有机溶剂,进行溶析结晶,然后固液分离后得母液;
(3)将母液进行冷却结晶,再经固液分离、干燥,从而得到高纯磷酸二氢钾。
利用溶析结晶方式,可使磷酸二氢钾在溶液中存在极大的过饱和度,在极大的过饱和推动力下,溶液中的磷酸二氢钾夹杂其他杂离子以成核结晶的方式被析出,然后通过固液分离达到去除杂质的目的,从而有效提高母液中磷酸二氢钾的纯度,再通过冷却结晶,进一步保证磷酸二氢钾的纯度。
具体实施时,步骤(1)的具体为:在40~50℃下,将粗品磷酸二氢钾粉末溶解在去离子水中形成饱和溶液,再过滤去除不溶性固体,从而得到磷酸二氢钾清液。
具体实施时,所述有机溶剂包括但不限于为乙醇、丙酮和乙腈中的一种或多种。
具体实施时,步骤(2)中有机溶剂和磷酸二氢钾清液的体积比为1:6~1:3。
有机溶剂的体积比过小,会导致溶析结晶析出的杂质有限,母液中含有杂质,直接会影响后续磷酸二氢钾晶体的纯度。
而有机溶剂的体积比过高,伴随着杂质的析出,磷酸二氢钾被析出的量也会比较大,从而会大大降低后续磷酸二氢钾结晶母液的浓度,使其结晶推动力较小,结晶效率降低。
具体实施时,溶析结晶温度为30~50℃。
温度过高不但会影响有机溶剂挥发损失,而且会降低杂质析出的量,影响磷酸二氢钾晶体的纯度;温度过低,使得含有杂质的磷酸二氢钾析出过多,降低后续磷酸二氢钾结晶母液的浓度,使其结晶推动力较小,结晶效率降低。
具体实施时,步骤(3)具体为:将母液加入结晶器中,控制降温速率为2~5℃/h,降温至0~10℃,然后经固液分离、干燥即得到高纯磷酸二氢钾。
具体实施时,步骤(2)中固液分离得到的结晶体回用至步骤(1),以提高磷酸二氢钾原料的利用率。
具体实施时,还包括步骤(4),冷却结晶得到的结晶母液经精馏分离后得到馏出液和釜残液,其中所述馏出液中有机溶剂质量分数≥70%,所述釜残液中有机溶剂质量分数≤5%,所述馏出液回用至步骤(2),所述釜残液回用至步骤(1)。
这样,不仅可实现有机溶剂的有效回收利用,还避免了直接排放对环境造成污染。
实施例1
在溶解釜中加入粗磷酸二氢钾和去离子水,溶解温度为40℃,经溶解一段时间后过滤分离得到粗磷酸二氢钾清液;将粗磷酸二氢钾清液加入溶析结晶器中,并加入乙腈,使其溶液中乙腈与粗磷酸二氢钾清液的体积比为1:4,溶析结晶温度为35℃,经一段时间后离心分离得到母液;将母液加入至结晶器中,控制降温速率为5℃/h,降温至10℃,经离心分离、干燥后,获得纯度为99.1%的磷酸二氢钾颗粒。降温结晶后的母液经精馏分离后,得到乙腈质量分数为70%的馏出液,回用至溶析结晶工序,以及乙腈质量分数为5%的釜残液回用至粗磷酸二氢钾溶解工序。溶析结晶后经离心分离出的含有杂质的磷酸二氢钾回用至粗磷酸二氢钾溶解工序。
本实施例得到的磷酸二氢钾的形貌图和XRD图分别如图2和图3所示,由图2可见:本实施例得到的磷酸二氢钾为多面体颗粒状,颗粒粒径约为300~500微米。由图3可见:本实施例得到的磷酸二氢钾产品的特征衍射峰与标准谱图(PDF 01-089-1543)相吻合,说明成功制备得到磷酸二氢钾产品。
实施例2
在溶解釜中加入粗磷酸二氢钾和去离子水,溶解温度为50℃,经溶解一段时间后过滤分离得到粗磷酸二氢钾清液;将粗磷酸二氢钾清液加入溶析结晶器中,并加入乙醇,使其溶液中乙醇与粗磷酸二氢钾清液的体积比为1:6,溶析结晶温度为50℃,经一段时间后离心分离得到母液;将母液加入至结晶器中,控制降温速率为2℃/h,降温至10℃,经离心分离、干燥后,获得纯度为99.6%的磷酸二氢钾颗粒。降温结晶后的母液经精馏分离后,得到乙醇质量分数为85%的馏出液,回用至溶析结晶工序,以及乙醇质量分数为4%的釜残液回用至粗磷酸二氢钾溶解工序。溶析结晶后经离心分离出的含有杂质的磷酸二氢钾回用至粗磷酸二氢钾溶解工序。
本实施例得到的磷酸二氢钾产品的形貌图如图4所示,由图4可见:本实施例得到的磷酸二氢钾产品为类多面体颗粒状,颗粒粒径约为1000~2000微米。
实施例3
在溶解釜中加入粗磷酸二氢钾和去离子水,溶解温度为40℃,经溶解一段时间后过滤分离得到粗磷酸二氢钾清液;将粗磷酸二氢钾清液加入溶析结晶器中,并加入乙醇,使其溶液中乙醇与粗磷酸二氢钾清液的体积比为1:3,溶析结晶温度为30℃,经一段时间后离心分离得到母液;将母液加入至结晶器中,控制降温速率为2℃/h,降温至0℃,经离心分离、干燥后,获得纯度为99.5%的磷酸二氢钾颗粒,其颗粒粒径约为500~1000微米。降温结晶后的母液经精馏分离后,得到乙醇质量分数为90%的馏出液,回用至溶析结晶工序,以及乙醇质量分数为3%的釜残液回用至粗磷酸二氢钾溶解工序。溶析结晶后经离心分离出的含有杂质的磷酸二氢钾回用至粗磷酸二氢钾溶解工序。
实施例4
在溶解釜中加入粗磷酸二氢钾和去离子水,溶解温度为45℃,经溶解一段时间后离心分离得到粗磷酸二氢钾清液;将粗磷酸二氢钾清液加入溶析结晶器中,并加入丙酮,使其溶液中丙酮与粗磷酸二氢钾清液的体积比为1:6,溶析结晶温度为35℃,经一段时间后离心分离得到母液;将母液加入至结晶器中,控制降温速率为4℃/h,降温至0℃,结晶时间9小时经离心分离、干燥后,获得纯度为99.2%的磷酸二氢钾颗粒,其颗粒粒径约为500~1000微米。降温结晶后的母液经精馏分离后,得到丙酮质量分数为75%的馏出液,回用至溶析结晶工序,以及丙酮质量分数为4%的釜残液回用至粗磷酸二氢钾溶解工序。溶析结晶后经离心分离出的含有杂质的磷酸二氢钾回用至粗磷酸二氢钾溶解工序。
实施例5
在溶解釜中加入粗磷酸二氢钾和去离子水,溶解温度为50℃,经溶解一段时间后离心分离得到粗磷酸二氢钾清液;将粗磷酸二氢钾清液加入溶析结晶器中,并加入丙酮,使其溶液中丙酮与粗磷酸二氢钾清液的体积比为1:5,溶析结晶温度为45℃,经一段时间后离心分离得到母液;将母液加入至结晶器中,控制降温速率为3℃/h,降温至5℃,经离心分离、干燥后,获得纯度为99.3%的磷酸二氢钾颗粒,其颗粒粒径约为500~1000微米。降温结晶后的母液经精馏分离后,得到丙酮质量分数为80%的馏出液,回用至溶析结晶工序,以及丙酮质量分数为5%的釜残液回用至粗磷酸二氢钾溶解工序。溶析结晶后经离心分离出的含有杂质的磷酸二氢钾回用至粗磷酸二氢钾溶解工序。
上述五个实施例的结晶率η计算如下式所示:
其中:m为结晶体的质量;c0为进入结晶器中磷酸二氢钾的质量浓度;V为结晶器中母液的体积。
利用HG/T 4511-2013测定进入结晶器中磷酸二氢钾的质量浓度c0,五个实施例的母液体积都为1L。结晶率详见下表1。
表1五个实施例的结晶率
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
c<sub>0</sub>/g/L | 118.1 | 191.8 | 92.5 | 146.8 | 159.6 |
m/g | 55.8 | 130.1 | 64.2 | 106.7 | 114.7 |
η/% | 47.2 | 67.8 | 69.4 | 72.7 | 71.9 |
最后需要说明的是,本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例,而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种高纯磷酸二氢钾的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将粗品磷酸二氢钾粉末溶解在去离子水中,然后过滤得到磷酸二氢钾清液;
(2)向磷酸二氢钾清液中加入能与水任意比例互溶的有机溶剂,进行溶析结晶,然后固液分离后得母液;
(3)将母液进行冷却结晶,再经固液分离、干燥,从而得到所述高纯磷酸二氢钾。
2.根据权利要求1所述的一种高纯磷酸二氢钾的制备方法,其特征在于,步骤(1)的具体为:在40~50 ℃下,将粗品磷酸二氢钾粉末溶解在去离子水中形成饱和溶液,再过滤去除不溶性固体,从而得到磷酸二氢钾清液。
3.根据权利要求1所述的一种高纯磷酸二氢钾的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂包括但不限于为乙醇、丙酮和乙腈中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种高纯磷酸二氢钾的制备方法,其特征在于,步骤(2)中有机溶剂和磷酸二氢钾清液的体积比为1:6~1:3。
5.根据权利要求1所述的一种高纯磷酸二氢钾的制备方法,其特征在于,溶析结晶温度为30~50 ℃。
6.根据权利要求1所述的一种高纯磷酸二氢钾的制备方法,其特征在于,步骤(3)具体为:将母液加入结晶器中,控制降温速率为2~5 ℃/h,降温至0~10 ℃,然后经固液分离、干燥即得到高纯磷酸二氢钾。
7.根据权利要求1所述的一种高纯磷酸二氢钾的制备方法,其特征在于,步骤(2)中固液分离得到的结晶体回用至步骤(1)。
8.根据权利要求1所述的一种高纯磷酸二氢钾的制备方法,其特征在于,还包括步骤(4),冷却结晶得到的结晶母液经精馏分离后得到馏出液和釜残液,其中所述馏出液中有机溶剂质量分数≥70%,所述釜残液中有机溶剂质量分数≤5%,所述馏出液回用至步骤(2),所述釜残液回用至步骤(1)。
9.一种高纯磷酸二氢钾,其特征在于,采用权利要求1~8任一所述的制备方法制备得到,所述磷酸二氢钾的纯度大于99%。
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