絡(luò)合劑對磷酸二氫鉀結(jié)晶除雜凈化的作用

劉 佳，陸春宏，曾 波，張 恒

（1.云南省化工研究院，云南 昆明 650000；2.云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠(yuǎn) 661600）

關(guān)鍵字：乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na）；磷酸三鈉；磷酸二氫鉀結(jié)晶；沉淀

磷酸二氫鉀是無色或白色，帶光澤的斜方晶體。磷酸二氫鉀應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品行業(yè)均有應(yīng)用。近年來，以磷酸二氫鉀為基礎(chǔ)的高效無氯復(fù)合肥的市場需求越來越大。農(nóng)業(yè)用磷酸二氫鉀是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、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，廣泛用于各種使作物品質(zhì)改良的追肥和液面噴施肥。

云南云天化紅磷化工有限公司建立了一套以濕法磷酸為原料的農(nóng)業(yè)用磷酸二氫鉀生產(chǎn)裝置，這也是國內(nèi)第一套萃取法連續(xù)性生產(chǎn)裝置，其中，磷酸二氫鉀結(jié)晶工序直接影響到產(chǎn)品的純度和品質(zhì)，是整個生產(chǎn)過程中非常重要的一部分。本文研究指出，F(xiàn)e3+、Al3+在磷酸二氫鉀結(jié)晶時會導(dǎo)致晶體變成棱柱狀，結(jié)晶介穩(wěn)區(qū)變寬，結(jié)晶生長速度變慢；F－離子的存在會導(dǎo)致結(jié)晶介穩(wěn)區(qū)變寬，單晶長徑比減??；SO2-、Ca2+、Mg2+離子的存在會導(dǎo)致介穩(wěn)區(qū)變寬，出現(xiàn)聚晶現(xiàn)象[1]。

由于濕法磷酸原料中雜質(zhì)含量較多，主要有Fe3+、Ca2+、Mg2+、Al3+、F－。磷酸二氫鉀晶體在體系內(nèi)循環(huán)后，累積了大量的金屬陽離子，對后期磷酸二氫鉀結(jié)晶工序產(chǎn)生復(fù)雜的影響。為解決這一問題，本文結(jié)合體系中離子類別，選擇絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na）和磷酸三鈉作為研究對象，研究了二者對磷酸二氫鉀結(jié)晶體系中的金屬陽離子的絡(luò)合作用，使結(jié)晶中的金屬陽離子以沉淀的形式從結(jié)晶中分離出來，從而達(dá)到凈化結(jié)晶、提升結(jié)晶品質(zhì)的效果。

乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na），其分子中有兩個N 原子，四個羥基氫原子，均能提供孤對電子，可以進(jìn)入中心原子的空軌道，從而形成配合物（絡(luò)合），是多齒配體。EDTA-2Na 能與堿金屬、大部分過渡金屬等絡(luò)合，形成穩(wěn)定的五元環(huán)螯合物。主要用于化學(xué)鍍銅、鍍金、鍍鉛錫合金、鋼鐵件的電化學(xué)拋光和銅件鍍銀前的溶液中，也用于洗滌劑、液體肥皂、洗發(fā)劑、農(nóng)業(yè)化學(xué)噴霧劑、彩色感光材料沖洗加工漂白定影液、凈水劑、pH 調(diào)節(jié)劑、阻凝劑等。

磷酸三鈉，Trisodium phosphate，主要用于清洗鍋爐的阻垢緩蝕劑。在鍋爐中加入磷酸三鈉，可以使鈣鎂離子形成疏松的沉淀，隨著定排及時除去。還可以用作品質(zhì)改良劑，有提高食品的絡(luò)合金屬離子、pH 值，增加離子強(qiáng)度等作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 單組份實(shí)驗(yàn)

在裝置內(nèi)取300g 磷酸二氫鉀結(jié)晶體，加熱到70℃，分別加入磷酸三鈉、EDTA-2Na。加入量參考二者常用領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)值，攪拌1min 后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)具體情況見表1。

表1 單組份實(shí)驗(yàn)

由表1 得出，添加EDTA-2Na 試劑的那組試驗(yàn)沉淀形態(tài)好，沉降速度快。

1.2 兩種試劑復(fù)配實(shí)驗(yàn)

在70~75℃時，在裝置內(nèi)取300g 磷酸二氫鉀結(jié)晶體，加入0.5%的磷酸三鈉（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），再加入0.03%的EDTA-2Na，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。并通過抽濾，考察過濾時間和濾餅質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

澄清濾液，繼續(xù)升溫至沸騰狀態(tài)，整個過程中再無沉淀出現(xiàn)。說明在70~75℃時，沉淀可以全部析出。

表2 復(fù)配實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.3 濾液濾餅組分分析

取磷酸二氫鉀結(jié)晶體1000g，加入磷酸三鈉0.5%、EDTA-2Na 0.03%，加熱到75℃，過濾，紀(jì)錄過濾時間，稱濾餅質(zhì)量，并分析濾液和濾餅中各金屬離子的含量。相同實(shí)驗(yàn)平行3 組。試驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。

表3 過濾時間和濾餅質(zhì)量

表4 組分分析檢測結(jié)果

從表4 看出，結(jié)晶中的Fe2+基本去除，Mg2+、Ca2+、Al3+、F-的含量均有所下降。

由于過程中添加的絡(luò)合劑含有Na+，而Na+不能隨沉淀的析出而脫離體系，導(dǎo)致體系內(nèi)Na+含量增加。若在正常開車過程中，采用這種方法除雜質(zhì)的話，可能導(dǎo)致大量金屬Na+富集在結(jié)晶中無法除去，雖不影響結(jié)晶，但影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2 結(jié)論

磷酸三鈉和ENTA-2Na 組合的絡(luò)合劑，能幫助磷酸二氫鉀結(jié)晶中的金屬陽離子雜質(zhì)形成沉淀。其中，絡(luò)合劑對Fe2+，Mg2+、Ca2+、Al3+、F-均有不同程度的絡(luò)合作用，起到了凈化結(jié)晶、提升結(jié)晶品質(zhì)的作用，但絡(luò)合劑帶來的Na+卻不能隨沉淀脫離體系。后續(xù)可通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)選擇絡(luò)合劑的最小投加量，以提高產(chǎn)品品質(zhì)。