CN1292982C - 盐酸分解中低品位磷矿制造工业磷酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一个利用中低品位磷矿制备工业磷酸的方法，该方法以盐酸分解磷矿，制备出氯磷酸钙，再用盐酸打浆溶解氯磷酸钙，其氯磷酸钙盐酸溶液先以磷酸三丁酯萃取，浓缩，再以磷酸三丁酯与异丙醚萃取，再浓缩，脱色，即制成85%工业磷酸。制备过程中的母液和HCl封闭循环，氯化物与硅渣转化为硅肥，含氟废气吸收制成氟产品，基本上不再出现“三废”。
Description
技术领域
本发明属于湿法磷酸净化技术，是由盐酸分解磷矿得到的湿法磷酸以有机溶剂萃取净化技术范围。
背景技术：
由湿法磷酸经有机溶剂萃取净化制取工业和食品磷酸，一直是人们努力追求的目标。这方面国内外均有不小的进展，但都还没有能在大生产中大量推广应用。而这方面的工作绝大多数都是以硫酸湿法磷酸为原料，极少数以盐酸湿法磷酸为原料。在国外只有以色列I.M.I.公司在二十世纪60年代以盐酸分解磷矿，采用C4或C5醇，经九级萃取制得净化磷酸。日本东洋碱业公司在粗磷酸中加入氯化钙溶液与I.M.I.公司相似的过程制取净化磷酸。国内上海化工研究院曾经在该院重复过上面谈的I.M.I.公司工作内容，华东理工大学曾与九江化工厂联合研究了盐酸酸解法-S34E萃取磷酸取得小试成果，商定进行中试，但后来一直没有消息。华中师范大学在盐酸湿法磷酸萃取净化工作中，也有他们自己的特色，他们从石油付产物筛选出来一种萃取剂[S612-S610]对磷酸萃取的分配系数很高，但后来也转为以硫酸湿法磷酸为原料进行萃取研究。武汉化工学院也作过以异戊醇及磷酸三丁酯从氯化物-磷酸体系中萃取磷酸的研究。综上所述，盐酸湿法净化磷酸技术只有以色列建了三个大厂，但也都因为要向环境排放大量含氯化钙的废液而无法应用到生产中去。CN85102768B，CN1006222B公开了湖北省化学研究院也曾从盐酸湿法磷酸中溶剂萃取制取较纯磷酸，萃余水相与析氯磷酸钙晶体CaClH2PO4·H2O(P01)母液合并，在混合液中通入氯化氢，利用低温盐析效应，将大量氯化钙以CaCI2·6H2O结晶析出，母液返回分解磷矿。这样虽然形成了母液封闭循环，但氯化钙的用途不大，大量氯化物的堆放、回潮同样会变成氯化钙废液，制备出来的萃取磷酸比硫酸湿法磷酸质量要好一些，但浓度太稀，杂质含量未能达到工业级标准。
发明内容
本发明方法是在中国专利CN85102768B及CN1006222B盐酸工艺技术基础上完善创新。其目的是提供一个利用中低品位磷矿制造工业磷酸的方法，同时彻底解决氯化钙废液的排放问题。
根据中国专利CN85102768B得知，无论何种磷矿，均能制备出组成稳定的氯磷酸钙晶体CaClH2PO4·H2O(简称P-o1)，
本发明的一种以盐酸分解磷矿制造工业磷酸的方法，其方法步骤依次为：
第1、盐酸分解磷矿制备出氯磷酸钙晶体；按CN85102768B的方法用盐酸分解磷矿制备出组成稳定的氯磷酸钙晶体(CaClH2PO4·H2O简称P-o1)，
第2、氯磷酸钙晶体加盐酸溶解，制备成含P2O5为170-180克/升的溶液；
第3、将步骤2得到的含P2O5溶液，用磷酸三丁酯与煤油体积比＝1∶0.5～1.0有机萃取剂进行萃取，其含P2O5溶液与萃取剂体积比＝1∶2～3，萃取温度10～40℃，萃取时间为4～5分钟；
第4、步骤3得到的萃取有机相用第二次洗涤水和萃余水相为洗涤水洗涤1～2次，每次水量为萃取有机相体积的3～4％，洗涤温度15～40℃，洗涤时间为4～5分钟；
第5、经步骤3洗涤的萃取有机相用纯水反萃取2～3次，每次水量为萃取有机相体积的10～15％，反萃取温度15～40℃，反萃取时间为4～5分钟；
第6、将反萃取液浓缩到含P2O5为62±3wt％；
第7、将步骤6得到的反萃取浓缩液，用磷酸三丁酯与二异丙醚体积比＝1∶1～3的混合萃取剂进行萃取，其浓缩液与混合萃取剂体积比＝1∶5～7，萃取温度0～10℃，萃取时间为5～10分钟；
第8、将步骤7得到的萃取有机相用纯水洗涤1～2次，每次水量与萃取有机相体积比＝1∶35～40，洗涤温度20～40℃，洗涤时间为4～5分钟；
第9、经步骤8洗涤的萃取有机相用纯水反萃取2～3次，每次用水量与萃取有机相体积比＝1∶6～8，反萃取温度20～40℃，反萃取时间为4～5分钟；
第10、将步骤9得到的反萃取液浓缩到含P2O5 66±1wt％，然后加活性碳脱色，活性碳加入量为3～4克/公斤浓缩液，脱色液中加纯水调酸得到85％工业磷酸。
本发明的盐酸分解磷矿制备工业磷酸的方法中，第一次用磷酸三丁酯与煤油萃取的萃余水相送入制备氯磷酸钙晶体的母液，去析出六水氯化物，再用于分解磷矿。
本发明的盐酸分解磷矿制造工业磷酸的方法中，析出的六水氯化物与分解磷矿产生的硅渣拌合，在700～800℃焙烧制得硅肥，副产的HCl气体返回分解磷矿。
本发明采用盐酸溶解氯磷酸钙晶体CaClH2PO4·H2O，制得盐酸分解磷矿液的磷酸浓度和纯度(见表一)，由表一可知，本方法盐酸溶解液P2O5浓度约为I.M.I公司流程的150％，而其中CaCl2含量只有它的25％左右，其它杂质如铁、铝、镁、重金属及氟大部分进入P01母液，所以盐酸溶解液杂质含量也大为减少，这样P-o1盐酸溶解液就是对湿法磷酸的初步净化，对接下去的萃取十分有利。另外有机溶剂均只萃取分子态磷酸(H3PO4)，强酸——盐酸的加入，抑制了中强酸——磷酸的离解，这又可提高萃取效率。加入的盐酸进入萃余水相去析CaCl2·6H2O和分解磷矿，形成无废液排放循环。
氯磷酸钙晶体CaClH2PO4·H2O的盐酸溶解液先以磷酸三丁酯(TBP)萃取，分离钙、铁等离子，经洗涤，反萃，浓缩，即可得到远较硫酸湿法磷酸为好的较纯磷酸的透明体。再经TBP+异丙醚的低温萃取，常温洗涤、反萃、浓缩、脱色，即达到85％工业磷酸指标。
析出的氯化物与盐酸分解磷矿排出的硅渣拌合，在中温焙烧制得含活性SiO2≥35％的优质硅肥，副产的HCI气体送回分解磷矿，形成HCI封闭循环操作。本发明的方法适用于任何磷矿，考虑到我国90％以上的磷矿均为中低品位，故本发明采用中低品位磷矿，制备出组成稳定的氯磷酸钙晶体CaClH2PO4·H2O，进而用盐酸溶解，两种溶剂萃取，制取85％工业磷酸。而直接用P2O5＝15％-23％的磷矿生产黄磷或硫酸湿法磷酸成本将非常高，选矿后再生产经济上也不合算，而且有些矿如胶磷矿还无法选矿，就更谈不上生产黄磷和净化湿法磷酸了。
附图说明
图1是盐酸分解中低品位磷矿制造工业磷酸的工艺流程
图中磷矿粉与盐酸的反应在分解槽中进行，矿石全过40目，反应温度70～100℃，反应时间为10～30分钟，料浆在过滤器中热过滤去硅渣等杂质，分解反应排出的含氟气体，以氯化钠溶液吸收，制得氟产品。盐酸分解过滤的滤液入析P-01磷槽在2～40℃析出氯磷酸钙晶体CaClH2PO4·H2O，过滤出氯磷酸钙晶体，氯磷酸钙晶体加盐酸打浆溶解去萃取，P-01过滤母液导入冷析槽于-5℃～+5℃析出氯化物，过滤出的氯化物和硅渣焙烧制得含活性SiO2≥35wt％的优质硅肥。氯化物过滤的终母液和焙烧放出的HCL气体送回分解磷矿，氯磷酸钙晶体CaClH2PO4·H2O的盐酸溶解液先以磷酸三丁酯(TBP)萃取，分离钙、铁等离子，经洗涤，反萃，浓缩，再经TBP+异丙醚的低温萃取，常温洗涤、反萃、浓缩、脱色，即达到85％工业磷酸指标。
| 以色列I.M.I公司 | 32.5 | 47.5 | 0.684 | 120 | 179.2 | 0.670 | 222 | 1.338 | 盐酸分解液 |
| 31.5 | 50.2 | 0.627 | 111 | 172.2 | 0.645 | 204 | 1.33 | 盐酸分解液 | |
| 本工艺试验 | 29.47 | 47.57 | 0.619 | 179.2 | 46.1 | 3.89 | 1.367/30℃ | P-o1打浆液 | |
| 26.02 | 35.71 | 0.729 | 180.7 | 41.0 | 4.40 | 1.362/30℃ | P-o1打浆液 | ||
| 23.77 | 36.05 | 0.659 | 178 | 45.2 | 3.94 | 1.360/39℃ | P-o1打浆液 | ||
| 22.41 | 35.18 | 0.637 | 175 | 44 | 3.98 | 1.365/34℃ | P-o1打浆液 | ||
| 15.39 | 22.15 | 0.695 | 176 | 41 | 4.29 | 1.359/31℃ | P-o1打浆液 |
具体实施方式
实施例1
按图1的盐酸分解中低品位磷矿制造工业磷酸的工艺流程
表2 磷矿粉组成％(重量)
| 名称 | P2O5 | CaO | MgO | Al2O3 | Fe2O3 | SiO2 | F |
| 含量％ | 23.77 | 36.05 | 2.05 | 3.69 | 5.62 | 14.07 | 1.91 |
1000克磷矿粉，全过40目，经盐酸(循环操作建立起来是终母液)分解、排出干硅渣150克，在10±2℃析P-o1 1182克(其P2O5＝19.5％)，3±2℃冷析氯化物1890克，P-01与盐酸按重量比2∶1加入30％浓盐酸591克，加热搅拌打浆全溶解，以TBP∶煤油＝1∶1的萃取剂4728ml，在15～30℃三次萃取打浆液，以下一种萃取剂的萃取洗涤水+萃余水相两次洗涤有机相，每次水量为萃取有机相体积的3％，洗涤温度15℃，洗涤时间为4分钟；经洗涤的萃取有机相用纯水反萃取2次，每次水量为萃取有机相体积的10％，反萃取温度30℃，反萃取时间为4分钟，得粗磷酸1200克；减压浓缩到t沸＝160℃～165℃，含P2O5＝65％的浓磷酸；以TBP∶异丙醚体积比＝1∶3的混合萃取剂，在10℃萃取浓缩液，浓缩液与混合萃取剂的体积比＝1∶5，1040ml，萃取时间为5分钟；以纯水洗涤两次，纯水量与萃取有机相体积比＝1∶35，洗涤温度20℃，洗涤时间为4分钟；经洗涤的萃取有机相用纯水反萃取3次，每次用水量与萃取有机相体积比＝1∶6，反萃取温度20℃，反萃取时间为4分钟；再浓缩到含P2O5＝65％的浓磷酸、再加入活性炭3克/公斤浓缩液脱色，温度t＝60℃，时间2小时，以纯水调节浓度，即得85％工业磷酸366克。在150克干硅渣中加入330克硅石粉与1890克氯化物拌合，在800℃焙烧1小时得硅肥890克。含HCI烟气经管道自然降温，以聚四氟抽气泵通入分解槽去分解磷矿。
表3 产品分析表
| 项目 | GB/T2091-2003 85％工业磷酸指标 | 本次产品*实测值 | ||
| 优等品 | 一等品 | 合格品 | ||
| 色度/黑曾≤ | 20 | 30 | 40 | 18 |
| 磷酸(H3PO4)质量分数/％≥ | 85.0 | 85.0 | 85.0 | 93.3 |
| 氯化物(Cl)质量分数/％≤ | 0.0005 | 0.0005 | 0.0005 | 0.0004 |
| 硫酸盐(SO4)质量分数/％≤ | 0.003 | 0.005 | 0.01 | 0 |
| 铁(Fe)质量分数/％≤ | 0.002 | 0.002 | 0.005 | 0.003 |
| 砷(As)质量分数/％≤ | 0.0001 | 0.005 | 0.01 | 0.001 |
| 重金属(以Pb计)/％≤ | 0.001 | 0.001 | 0.05 | 0.0004 |
*经湖北省石油化工产品质量监督检验站检验。
实施例2
按图1的盐酸分解中低品位磷矿制造工业磷酸的工艺流程
表4 磷矿粉组成表％(重量)
| 名称 | P2O5 | CaO | MgO | Al2O3 | Fe2O3 | SiO2 | F |
| 含量％ | 15.39 | 22.15 | 1.03 | 7.64 | 4.46 | 33.15 | 1.17 |
1000克磷矿粉，全过40目，经盐酸(循环操作建立起来是终母液)分解、排出干硅渣341克，在20±2℃析P-o1 745克(含P2O5＝19.2％)，-15±2℃冷析氯化物1290克，P-01与盐酸按重量比2∶1加入30％浓盐酸373克，加热搅拌打浆全溶解，以TBP+煤油＝1∶1的萃取剂2980ml，在常温三次逆流萃取打浆液，以下一种萃取剂的萃取洗涤水+萃余水相两次洗涤有机相，水量为萃取有机相体积的4％，洗涤温度40℃，洗涤时间为5分钟；经洗涤的萃取有机相用纯水反萃取2次，每次水量为萃取有机相体积的15％，反萃取温度15℃，反萃取时间为5分钟，得粗磷酸750克；减压得粗磷酸750克，减压浓缩到t沸＝160℃~165℃，含P2O5＝65％的浓磷酸，以TBP+异丙醚＝1∶1的混合萃取剂，在0℃萃取浓缩液，浓缩液与混合萃取剂的体积比＝1∶7，905ml，萃取时间为10分钟；以纯水洗涤两次，纯水量与萃取有机相体积比＝1∶40，洗涤温度40℃，洗涤时间为5分钟；经洗涤的萃取有机相用纯水反萃取3次，每次用水量与萃取有机相体积比＝1∶8，反萃取温度40℃，反萃取时间为5分钟；再浓缩到含P2O5＝65％的浓磷酸、再加入活性炭4克/公斤浓缩液脱色，温度t＝60℃，时间2小时，以纯水调节浓度，即得85％工业磷酸225克。在320克干硅渣与1290克氯化物拌合，在700℃焙烧1小时得硅肥625克。含HCI烟气经管道自然降温，以聚四氟抽气泵通入分解槽去分解磷矿。
表5 产品分析表
| 项目 | GB/T2091-2003 85％工业磷酸指标 | 本次产品*实测值 | ||
| 优等品 | 一等品 | 合格品 | ||
| 色度/黑曾≤ | 20 | 30 | 40 | 18 |
| 磷酸(H3PO4)质量分数/％≥ | 85.0 | 85.0 | 85.0 | 92.1 |
| 氯化物(Cl)质量分数/％≤ | 0.0005 | 0.0005 | 0.0005 | 0.0004 |
| 硫酸盐(SO4)质量分数/％≤ | 0.003 | 0.005 | 0.01 | 0 |
| 铁(Fe)质量分数/％≤ | 0.002 | 0.002 | 0.005 | 0.003 |
| 砷(As)质量分数/％≤ | 0.0001 | 0.005 | 0.01 | 0.001 |
| 重金属(以Pb计)/％≤ | 0.001 | 0.001 | 0.05 | 0.0004 |
*经湖北省石油化工产品质量监督检验站检验。
Claims (3)
1.一种盐酸分解中低品位磷矿制造工业磷酸的方法，其特征是方法步骤依次为：
第1、盐酸分解磷矿制备出氯磷酸钙晶体；
第2、将步骤1得到的氯磷酸钙晶体加盐酸溶解，制备成含P2O5为170-180克/升的溶液；
第3、将步骤2得到的溶液用磷酸三丁酯与煤油体积比＝1∶0.5～1.0有机萃取剂进行萃取，其含P2O5的溶液与萃取剂体积比＝1∶2～3，萃取温度10～40℃，萃取时间为4～5分钟；
第4、步骤3得到的萃取有机相用第二次萃取的洗涤水和萃余水相为洗涤水洗涤1～2次，每次水量为萃取有机相体积的3～4％，洗涤温度15～40℃，洗涤时间为4～5分钟；
第5、经步骤3洗涤的萃取有机相用纯水反萃取2～3次，每次水量为萃取有机相体积的10～15％，反萃取温度15～40℃，反萃取时间为4～5分钟；
第6、将反萃取液浓缩到含P2O5为62±3wt％，浓缩温度160～165℃；
第7、将步骤6得到的反萃取浓缩液，用磷酸三丁酯与二异丙醚体积比＝1∶1～3的混合萃取剂进行萃取，其浓缩液与混合萃取剂体积比＝1∶5～7，萃取温度0～10℃，萃取时间为5～10分钟；
第8、将步骤7得到的萃取有机相用纯水洗涤1～2次，每次纯水量与萃取有机相体积比＝1∶35～40，洗涤温度20～40℃，洗涤时间为4～5分钟；
第9、经步骤8洗涤的萃取有机相用纯水反萃取2～3次，每次用水量与萃取有机相体积比＝1∶6～8，反萃取温度20～40℃，反萃取时间为4～5分钟；
第10、将步骤9得到的反萃取液浓缩到含P2O5 66±1wt％，然后加活性碳脱色，活性碳加入量为3～4克/公斤浓缩液，脱色液中加纯水调节酸，而得到85％工业磷酸。
2、根据权利要求1所述的盐酸分解磷矿制造工业磷酸的方法，其特征是第一次用磷酸三丁酯与煤油萃取的萃余水相送入制备氯磷酸钙晶体的母液中，去析出六水氯化物，再用于分解磷矿。
3、根据权利要求2所述的盐酸分解磷矿制造工业磷酸的方法，其特征是将析出的六水氯化物与分解磷矿产生的硅渣拌合，在700～800℃焙烧制得硅肥，副产的HCl气体返回分解磷矿。
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