磷酸鎂銨沉淀法去除鎂鹽結(jié)垢的研究

賈洪秀，郭宗端，王 州，裴海榮，袁鳳英，賈 亮（1.金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，山東臨沭276700；2.國(guó)家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心；3.農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與新型肥料創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

磷酸鎂銨沉淀法去除鎂鹽結(jié)垢的研究

賈洪秀，郭宗端，王 州，裴海榮，袁鳳英，賈 亮
（1.金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，山東臨沭276700；2.國(guó)家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心；3.農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與新型肥料創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

為了減輕硫酸鉀生產(chǎn)過程中輸送管道和結(jié)晶槽壁鎂鹽結(jié)垢的程度，提高生產(chǎn)效率，研究人員在實(shí)驗(yàn)室篩選了一種脫鎂劑，對(duì)脫鎂過程中脫鎂劑添加量、脫鎂溫度和脫鎂時(shí)間做了細(xì)致的研究，并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，取得了較好的效果。脫鎂后過濾出來的磷酸鎂銨作為緩釋肥料使用，不但不會(huì)污染環(huán)境，還能為企業(yè)帶來利潤(rùn)。

結(jié)垢；生產(chǎn)效率；脫鎂劑；磷酸鎂銨

硫酸鉀是一種優(yōu)質(zhì)的肥料，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用［1］。生產(chǎn)過程中因?yàn)樵下然浿泻猩倭挎V離子，后面工序中以硫酸鎂鉀的形式慢慢析出，導(dǎo)致輸送管道和結(jié)晶器槽壁出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，需要定期清理干凈，從而嚴(yán)重影響了硫酸鉀的生產(chǎn)效率。為了解決這一問題，研究人員篩選了多種脫鎂劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并指導(dǎo)生產(chǎn)人員加入分離硫酸鉀后的氯化銨溶液中，從而將原料氯化鉀帶來的鎂離子以沉淀的形式過濾除去，避免了后序循環(huán)過程鎂離子的累積，減輕了結(jié)垢的程度。脫鎂劑包括碳酸氫銨、磷酸一銨和磷酸二銨，經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無論是去除率還是可操作性難易程度，磷酸二銨均取得相對(duì)較好的效果。化學(xué)沉淀法去除鎂垢的主要原理是PO43-、Mg2+、NH4+在堿性水溶液中生成NH4MgPO4· 6H2O沉淀，脫鎂后過濾出來的磷酸鎂銨［3］作為緩釋肥料使用，不但不會(huì)污染環(huán)境，還為企業(yè)帶來了利潤(rùn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：磷酸一銨、磷酸二銨、碳酸氫銨、濃氨水、EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液、三乙醇胺、CMP、KOH（150 g/L）。

儀器：HH-S型水浴鍋、JJ-1型精密增力電動(dòng)攪拌器、500 mL燒杯、250 mL燒杯、玻璃棒、溫度計(jì)、布氏漏斗、PHS-3C型酸度計(jì)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 最佳脫除劑和最佳配比的選擇

從硫酸鉀車間取來的氯化銨溶液（60℃左右，pH為4～5）含MgO為0.40%～0.60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），取100 g氯化銨溶液，將Mg與P按物質(zhì)的量比0.5∶1、1∶1、2∶1和3∶1加入磷酸一銨、磷酸二銨，同時(shí)將Mg與碳酸鹽按物質(zhì)的量比0.5∶1、1∶1、2∶1和3∶1加入碳酸氫銨作對(duì)照。在60℃攪拌反應(yīng)，靜置10 min后，抽濾，分析產(chǎn)品磷酸鎂銨成分并計(jì)算鎂離子的去除率。

1.2.2 最佳溫度與沉淀放置時(shí)間的選擇

分別設(shè)置溫度為25、40、60、80、100℃進(jìn)行攪拌反應(yīng)，其余步驟同1.2.1。

分別設(shè)置沉淀放置時(shí)間為0、10、20、30、60 min，其余步驟同1.2.1。

2 結(jié)果與討論

2.1 碳酸氫銨對(duì)鎂離子去除率的影響

選擇碳酸氫銨去除鎂離子，其原理為碳酸根與鎂離子結(jié)合成碳酸鎂沉淀析出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，添加碳酸銨后，溶液中并未出現(xiàn)沉淀，分析原因可能是鎂離子濃度比較低，碳酸鎂的溶度積常數(shù)為2.6× 10-5，而磷酸鎂銨之所以能析出，它的溶度積常數(shù)是2.51×10-13。所以碳酸銨不適宜作為脫鎂劑。

2.2 磷酸一銨對(duì)鎂離子去除率的影響

圖1為磷酸一銨與鎂離子物質(zhì)的量比對(duì)鎂離子去除率的影響。由圖1可見，磷酸一銨與鎂離子物質(zhì)的量比為1∶1時(shí)，鎂的去除率達(dá)到了93%；當(dāng)物質(zhì)的量比為2∶1時(shí)，鎂的去除率達(dá)99%以上；再繼續(xù)增加磷酸一銨的投入量，鎂的去除率基本不變，且接近完全?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)，磷酸一銨與鎂離子物質(zhì)的量比為1∶1時(shí)已達(dá)到要求。但是，去除率之所以較高，是在調(diào)節(jié)pH的基礎(chǔ)上做到的，若不調(diào)節(jié)pH，則實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2。

圖1 磷酸一銨對(duì)鎂離子去除率的影響

圖2 磷酸一銨對(duì)鎂離子去除率的影響（未調(diào)節(jié)pH）

由圖2可見，在不調(diào)節(jié)pH的情況下，即使磷酸一銨與鎂離子物質(zhì)的量比為3∶1，鎂的去除率也只有40%。由此可見，若選擇磷酸一銨作為脫鎂劑，必須調(diào)節(jié)體系的pH至6以上。而在工業(yè)生產(chǎn)過程中，基本無法改變體系的pH，一是對(duì)硫酸鉀生產(chǎn)整個(gè)體系有負(fù)面影響，二是可操作性不強(qiáng)，且步驟相對(duì)繁瑣，耗費(fèi)人力物力。所以綜合來看，筆者不建議選擇磷酸一銨作為脫鎂劑。

2.3 磷酸二銨對(duì)鎂離子去除率的影響

為了簡(jiǎn)化工藝程序，省去用氨水調(diào)節(jié)pH的步驟，現(xiàn)選擇磷酸二銨作為脫鎂劑。

圖3a為磷酸二銨與鎂離子物質(zhì)的量比對(duì)鎂離子去除率的影響。由圖3a可見，磷酸二銨與鎂離子物質(zhì)的量比為1∶1時(shí)，鎂的去除率達(dá)76%；當(dāng)物質(zhì)的量比為2∶1時(shí)，鎂的去除率達(dá)到97%以上；再繼續(xù)增加磷酸二銨的投入量，鎂的去除率已基本不變，且接近完全?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)選擇磷酸二銨與鎂離子較佳的物質(zhì)的量比為2∶1。

圖3b為溫度對(duì)鎂離子去除率的影響。由圖3b可見，隨著溫度的升高，鎂的去除率呈增加的趨勢(shì)，在60℃時(shí)已基本滿足生產(chǎn)要求；超過60℃后，鎂的去除率沒有顯著變化，卻增加了不少能耗成本。綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選擇最佳溫度為60℃。

圖3c為放置時(shí)間對(duì)鎂離子去除率的影響。由圖3c可見，加入磷酸二銨后立即生成磷酸鎂銨，而且隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，磷酸鎂銨并未顯著增加，說明反應(yīng)在瞬間基本完成，這恰好能滿足生產(chǎn)要求，即邊投料邊出料

圖3 磷酸二銨（a）、溫度（b）和放置時(shí)間（c）對(duì)鎂離子去除率的影響

2 結(jié)論

以磷酸二銨作為脫鎂劑，通過形成磷酸鎂銨沉淀分離出來，可以達(dá)到比較理想的效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，改進(jìn)工藝后，操作人員只需要大約一個(gè)月清理一次設(shè)備，而之前則需要每星期清理一次，由此可見生產(chǎn)效率大大提高。而且脫鎂出來的磷酸鎂銨可以作為肥料使用，在有效減少污染的同時(shí)，使企業(yè)效益得到增長(zhǎng)。

［1］ 華宗偉，鐘宏，王帥，等.硫酸鉀的生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2015，47（4）：1-5.

［2］ 談霞，楊蓉飛.硫酸鎂亞型鹽湖鉀肥生產(chǎn)中尾礦回收鉀鎂肥的研究［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2014，46（10）：50-52.

［3］ 劉成倫.肖楚.廢水氮磷制備磷酸鎂銨的研究［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2007，39（1）：44-46.

聯(lián)系方式：jiahongxiu1985@163.com

Removing of magnesium salt scaling by magnesium ammonium phosphate precipitation method

Jia Hongxiu，Guo Zongduan，Wang Zhou，Pei Hairong，Yuan Fengying，Jia Liang
（1.Kingenta Ecological Engineering Group Co.，Ltd.，Linshu 276700，China；2.National Engineering Technology Research Center For SCRF；3.Key Laboratory of Plant Nutrition and New Fertilizer R&D，Ministry of Agriculture，P.R.China）

In order to reduce magnesium salt scaling on the pipelines and crystallizer tank walls in the process of potassium sulfate production，and to improve the production efficiency，a magnesium removing agent has been screened out in the laboratory by the researchers.The magnesium removing agent addition amount，temperature，and time were studied in detail，and it was also applied in practical production，and good results have been achieved.The filtered magnesium ammonium phosphate obtained in the Mg-removing process could be used as a slow-release fertilizer.It not only will not pollute the environment，but also will bring profits to the company.

scaling；production efficiency；magnesium removing agent；magnesium ammonium phosphate

TQ132.2

A

1006-4990（2016）11-0047-02

2016-05-10

賈洪秀（1985— ），女，研發(fā)工程師，主要從事肥料方面的研發(fā)工作。