磷酸二氫鉀溶液脫鈣實驗研究

程顯名，曾 波，李海麗，劉 佳，王 燕(云南省化工研究院，昆明 650228)

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磷酸二氫鉀溶液脫鈣實驗研究

程顯名，曾 波，李海麗，劉 佳，王 燕
(云南省化工研究院，昆明 650228)

采用K2CO3及NH4HCO4作為除雜劑，對萃取法制備KH2PO4過程中的鉀料液進(jìn)行脫Ca2+實驗研究，考察碳酸鹽脫除Ca2+對KH2PO4產(chǎn)品質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，K2CO3比NH4HCO3更適合作為KH2PO4溶液的除雜劑，同時，熱過濾操作有助于脫Ca2+液的分離，并提高產(chǎn)品性能。

磷酸二氫鉀；K2CO3；NH4HCO3； Ca2+

磷酸二氫鉀是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且無味、無臭、易溶于水、不結(jié)塊、吸濕性小的高效、高濃度復(fù)合肥。磷酸二氫鉀用途廣泛，目前是現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)需求最旺盛的肥料產(chǎn)品。采用以濕法磷酸和氯化鉀為原料，萃取法制備磷酸二氫鉀的技術(shù)工藝流程簡單，反應(yīng)溫度較低(≤70℃)，生產(chǎn)過程比較容易控制。采用硫酸分解磷礦制得磷酸的方法是濕法磷酸生產(chǎn)中最基本的方法，但由于磷礦中含有鐵、鋁、鉀、鎂、鈣等雜質(zhì)[1]，生成的鹽大部分進(jìn)入到磷酸溶液中，導(dǎo)致了萃取法制備磷酸二氫鉀生產(chǎn)過程中得到的鉀料液中常含有過量的雜質(zhì)離子，如Ca2+、Mg2+等，這對磷酸二氫鉀的質(zhì)量和后加工帶來不利影響[2-3]。本文對萃取過程中得到的磷酸二氫鉀料液采用碳酸鉀與碳酸氫銨進(jìn)行除雜研究，這對于提高產(chǎn)品質(zhì)量和保障后續(xù)生產(chǎn)設(shè)備的安全性都具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

磷酸二氫鉀料液，利用萃取劑與溶配液萃取反應(yīng)后制得[w(Ca2+)=0.49%]，簡稱鉀料液；碳酸鉀,w(K2O)=59.68%,分析純；碳酸氫銨,w(NH3)=21%～22%,分析純；絮凝劑,酰氨。

SENCO W50ICS恒溫水浴鍋；SHA-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵；DHG-9245A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；EUROSTAR powder contro-viscIKA-WERKE電磁攪拌器；ACS-3A型計價電子稱；分析天平。

1.2 實驗方法

將鉀料液搖勻后，取 2 000 mL裝入燒杯中，置于恒溫水浴鍋中攪拌，攪拌速度為100 r/min。待鉀料液溫度恒定在45℃時，向其中緩慢加入一定量的碳酸鹽，并選擇性加入絮凝劑。當(dāng)pH值達(dá)到4.6時，取一定量的鉀料液送樣檢測，并將剩余的鉀料液進(jìn)行抽濾。抽濾參數(shù)為：真空度0.03 MPa，過濾時間20 min。將抽濾得到的清液均分成2份，進(jìn)行濃縮。濃縮至一定體積后，一份先進(jìn)行熱過濾操作，再進(jìn)行冷卻、結(jié)晶、過濾、干燥，得到產(chǎn)品；而另一份則直接進(jìn)行冷卻、結(jié)晶、過濾、干燥，得到產(chǎn)品。KH2PO4制備工藝流程如圖1所示。

1.3 評價指標(biāo)

1.3.1 除Ca2+率

Ca2+的清除率按下式計算。

(1)

式中：K為Ca2+的清除率，%；w1(Ca2+)為磷酸二氫鉀原始料液中Ca2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；w2(Ca2+)為加入碳酸鹽調(diào)節(jié)pH值后，當(dāng)pH=4.6時磷酸二氫鉀料液中Ca2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

圖1 KH2PO4制備工藝流程圖Fig.1 Flow diagram of preparation KH2PO4process

1.3.2 清液比率

清液比率是指用碳酸鹽調(diào)節(jié)完pH值后，經(jīng)過抽濾得到的KH2PO4母液的體積與鉀料液體積的比率。清液量的多少直接關(guān)系到KH2PO4產(chǎn)品的產(chǎn)量，其計算公式如下：

(2)式中：L為KH2PO4母液體積與鉀料液體積的比率，%；VKH2PO4母液為抽濾操作得到的KH2PO4母液的體積；V鉀料液為裝入燒瓶中的鉀料液的體積。

1.3.3 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

磷酸二氫鉀產(chǎn)品各項技術(shù)指標(biāo)均應(yīng)符合HG2321-92的要求[4]。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同碳酸鹽的除Ca2+率

為了避免在實驗中引入其它雜質(zhì)離子，本研究以K2CO3和NH4HCO3為除雜劑來去除鉀料液中混雜的Ca2+。實驗結(jié)果見表1所示。

表1 不同碳酸鹽的除Ca2+率Tab.1 Ca2+removingrate of the different carbonates

從表1看出，利用碳酸鉀除Ca2+, KH2PO4母液中w(Ca2+)平均為0.15%，清液比率為68.3%。綜合比較，使用K2CO3比NH4HCO3具有更好的除雜性能，

2.2 絮凝劑對清液比率的影響

向2 L的鉀料液中加入NH4HCO4溶液和絮凝劑做對照實驗。當(dāng)pH=4.6時，在真空度為0.03 MPa，過濾時間為20 min的條件下進(jìn)行抽濾，實驗結(jié)果如表2所示。

表2 絮凝劑對清液比率的影響Tab.2 Influence of flocculant on ratio of supernatant

從表2中看到，絮凝劑的加入對清液量有著直接影響，未加入絮凝劑時，得到的清液比率平均為56.5%；加入絮凝劑后，得到的清液比率僅有40.6%。這是由于加入絮凝劑后，鉀料液變得更加黏稠，產(chǎn)品之間結(jié)合的更為緊密，使得抽濾操作難以進(jìn)行。因此，在后續(xù)的操作中，可以考慮使用壓濾或離心的方法進(jìn)行母液分離。

2.3 過濾方式對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

在KH2PO4母液濃縮過程中，原本透亮的清液變得混濁，這可能是由于母液中殘存雜質(zhì)離子生成鹽類所致。待母液至飽和溶液時，將一半母液馬上進(jìn)行熱過濾(目的是將濃縮過程中產(chǎn)生的少量不溶物除去)，接著，將濾液進(jìn)行冷卻、結(jié)晶、過濾、干燥，得到產(chǎn)品；另一份則不進(jìn)行熱過濾操作。產(chǎn)品檢測結(jié)果見表3所示。

從表3中看出，使用K2CO3除雜，第2組中未經(jīng)熱過濾得到的產(chǎn)品中水不溶物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.33%，未達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)，而熱過濾后得到的產(chǎn)品中水不溶物含量僅為0.05%，達(dá)到一等品指標(biāo)。使用NH4HCO3除雜，兩組未經(jīng)熱過濾得到的產(chǎn)品中水不溶物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.21%、0.32%，未達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)，而熱過濾后得到的產(chǎn)品中沒有檢出水不溶物。經(jīng)過熱過濾操作得到的產(chǎn)品，K2O含量也明顯高于未經(jīng)過熱過濾操作的。因此，為提高產(chǎn)品性能，有必要在KH2PO4母液濃縮后進(jìn)行熱過濾操作。

表3 KH2PO4產(chǎn)品質(zhì)量分析結(jié)果Tab.3 KH2PO4product quality analysis results

通過比較得知，K2CO3比NH4HCO3具有更好的除雜效果，得到的產(chǎn)品也更優(yōu)。

3 結(jié)論

1)K2CO3比NH4HCO3具有更好的除雜效果。加入K2CO3除雜，Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.49%下降至0.16%，平均除雜率達(dá)到68.8%；加入NH4HCO3除雜，Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.49%下降至0.18%，平均除雜率達(dá)到64.2%。同時，使用K2CO3除雜，得到的清液量也較多，即得到的KH2PO4產(chǎn)品量較多。

2)加入絮凝劑后料液變得很黏稠，難以過濾，得到的平均清液量只有鉀料液總體積的40.6%。

3)濃縮后結(jié)晶前進(jìn)行熱過濾操作，可以大幅度提高KH2PO4產(chǎn)品性能：加入K2CO3除Ca2+后，獲得的產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國家一等品的要求；加入NH4HCO3除Ca2+后，獲得的產(chǎn)品質(zhì)量除K2O含量未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)外，其它指標(biāo)均達(dá)到一等品的要求，但K2O的平均含量(w=33.55%)，也達(dá)到合格品的要求。由于市場上K2CO3比NH4HCO3售價高，因此，可考慮采用以NH4HCO3為主，K2CO3為輔的復(fù)合碳酸鹽作為除Ca2+劑，以降低生產(chǎn)成本。

[1] 涂敏端，童云清，何銳章,等.雜質(zhì)充分硫酸鈣結(jié)晶習(xí)性的影響[J].成都科技大學(xué)學(xué)報，1988，42(6):94-98.

[2] 鐘本和，李軍，龔海燕,等.溶劑萃取法凈化濕法磷酸的研究進(jìn)展[J].化工礦物與加工，2007(7):1-3.

[3] 黃美英，鐘本和，李軍.溶劑萃取法凈化濕法磷酸萃取體系研究[J].化工礦物與加工，2008(6):30-33.

[4] HG 2321-92.磷酸二氫鉀[S].

Experimental Study of Potassium Dihydrogen Phosphate Solution Decalcification

CHENG Xian-ming,ZENG Bo,LI Hai-li,LIU Jia,WANG Yan
(Chemical Research Institute,Kunming 650228,China)

K2CO3and NH4HCO4as removing impurity agent, the Ca2+removing experiment during the process of preparation of KH2PO4by extracting method was studied.The results showed that, K2CO3was more suitable for KH2PO4solution than NH4HCO3as a removing impurity agent,while hot filtration operation helped separate Ca2+solution, and improve product performance.

potassium dihydrogen phosphate;K2CO3;NH4HCO3;Ca2+

程顯名(1984-)，男，湖北隨州人,碩士，工程師，主要從事化學(xué)工程設(shè)計工作。

12.3969/j.issn.1004-275X.2015.01.003

TQ126

A

1004-275X(2015)01-0012-03

收稿：2014-11-11