利用含镁溶液制备磷酸铵镁的工艺探讨

孙宁磊， 殷书岩， 傅建国， 陆业大

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

试验研究

利用含镁溶液制备磷酸铵镁的工艺探讨

孙宁磊， 殷书岩， 傅建国， 陆业大

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

对氢氧化镁、碱式碳酸镁沉淀后母液通过二次沉镁制备磷酸铵镁进行研究，此方法可获得磷酸铵镁缓释肥产品，提高工艺中镁的回收率，同时解决了后续苛化过程中存在的问题。

磷酸铵镁； 沉淀； 含镁溶液

0 前言

工业生产中通常用硫酸镁或氯化镁与氨水或铵盐反应生产氢氧化镁或碱式碳酸镁产品。这种方法原理简单，工艺可操作性强，产品质量好，但是也存在一定的问题,氨水沉镁、铵盐沉镁工艺中镁的直收率分别为65%、85%，残存于沉镁母液中的Mg仍有5～15 g/L，工业生产中一般对此溶液进行苛化，得到硫酸钙与氢氧化镁的混合渣[1]，这种混合渣含水高，过滤较石膏渣困难，对后续氨回收不利，同时整个工艺镁的回收率无法提高。

1 实验

1.1 实验原料

1.2 实验方法

取一定体积的氨水沉镁后液，加热到反应温度，滴加一定量的磷酸二氢铵饱和溶液，反应一定时间，反应后陈化0.5 h，过滤，取滤液分析成分，将沉淀洗涤后自然干燥，观察形貌并分析成分。

1.3 分析方法

用光学显微镜观察产品形貌，同时对产品物相进行XRD定性分析。

2 实验结果与讨论

该反应为简单的复分解反应，反应机理如下：

MgNH4PO4·6H2O

(1)

研究发现，磷酸铵、磷酸氢铵与磷酸二氢铵和硫酸镁反应都能生成MAP，由于磷酸二氢铵分子中N与P的摩尔比是1∶1，与MAP中N与P的摩尔比相同，为了不在体系引入过量的铵，采用磷酸二氢铵作为沉淀剂。然而磷酸二氢铵反应过程中放出氢离子，造成体系pH下降，影响产率，而原料液中残余的游离氨可以中和酸，维持体系的pH值。氢氧化镁合成工艺中(见图1)，为了获得相对较高的镁直收率(～65%)，氨水的用量系数较高，沉镁后母液中仍存在大量的游离氨，所以采用氢氧化镁沉淀后液作为原料则不需要在反应过程中补加氨水。

工业制备氢氧化镁及碱式碳酸镁的工艺过程中，产品过滤后的滤液温度在50 ℃左右或者更低，所以本研究选择25 ℃与50 ℃进行MAP的合成。

对温度、反应时间与磷酸二氢铵用量系数进行了系统的条件试验，并对不同条件下的产品进行分析。表1列出了实验条件及部分结果。

表1 实验条件及部分结果

相关理论分析表明[2]，沉淀MAP最佳pH值应该控制在8.5～9.5之间，从反应过程中检测的pH可以看出，反应过程pH呈下降趋势，这是磷酸二氢铵放出氢离子消耗碱造成的，但在此缓冲体系中，pH下降趋势不大，由表1终点pH数据可以看出，反应后pH基本维持在上述区间。

图2 MAP产品中的Mg∶N∶P(摩尔比)

图3 MAP产品的XRD图谱

对二次沉镁后液中的Mg、N、P含量进行分析，并以此作为产率的计算标准。从整体统计数据来看，抛开实验与分析误差，镁的平均沉淀率在97%以上，提高磷酸二氢铵用量系数，可以提高沉镁率，二次沉镁后液甚至可以控制在1 mg/L以下。但从图4、图5中可以看出，磷酸根的浓度与镁的浓度变化趋势相反，当磷酸二铵用量系数为1.1时，镁的直收率较高，但由于磷酸二铵用量过大造成了磷酸根的剩余，所以实际生产过程中，磷酸二铵按化学计量比加入最佳，在此条件下，二次沉镁后液中的镁元素可以维持在0.5 g/L左右，同时P可以控制在0.5×10-6以下。

图4 不同条件下二次沉镁后液中Mg含量与沉淀剂用量的关系

图5 不同条件下二次沉镁后液中P含量与沉淀剂用量的关系

对产品的物理质量进行分析，图6是0.5 h/25 ℃下的产物光学显微镜照片，产品结晶完整，粒度均匀，过滤性能良好。

图6 MAP产品光学显微镜照片(×100倍)

MAP的Ksp=2.5×10-13(298 K)，微溶于水，滤饼洗涤过程中发生失重，同时造成洗水中氨氮与磷含量增加。实际生产中可以通过降低洗涤液固比、缩短洗涤时间、减少洗涤次数来降低MAP的损失。

根据上述理论分析及实验结果，制定了MAP合成工艺路线(图7)。

图7 MAP合成工艺路线

沉镁后液加入沉淀剂磷酸二氢钠饱和溶液合成MAP后，对产品进行洗涤，洗涤后产品烘干；将二次沉镁后液用石灰乳苛化蒸氨，产出副产品石膏，同时产出的氨水少量返回MAP沉淀工序调节pH，其余的返回氢氧化镁和碱式碳酸镁制备工序。此工艺不产生废渣，副产品石膏可以作为建材销售。产品MAP可否用作肥料，主要取决于所含营养成分比例与重金属含量。很多研究采用工业废水除氨氮合成MAP[3-6]，若该废水中含有重金属离子，而合成过程pH控制在较高水平，重金属离子难免会沉淀到产品中，对MAP作为农业级别产品是极其不利的。本工艺一次沉镁后溶液pH较高，且一次沉镁之前对溶液进行了净化处理，母液中没有重金属离子，所以采用MAP法进行二次沉镁制备农业级的缓释肥是可行的。

3 结论

本文进行了氢氧化镁/碱式碳酸镁沉镁后液二次沉镁的工艺研究，结果表明，此种方法提高了工艺镁的总回收率，弥补了一次沉镁工序中镁直收率低的不足；同时获得的产品质量较好，可以作为缓释肥应用于农业生产。

[1]孙宁磊，刘金山，王魁珽，等.硫酸镁体系中氨法制备氢氧化镁的工艺探讨[J].中国有色冶金，2010，(3)：59-62.

[2]肖乐业， 刘仁军，阮复昌.MAP法处理氨氮废水的过程模拟[J].燃料与化工，2009，40(2)： 44-47.

[3]陈启华，罗冬浦，梁江浩，等.磷酸铵镁法脱除废水中氨氮的技术现状[J].工业水处理，2008，28(6)：5-7.

[4]赵婷，周康根，姜科.磷酸铵镁法循环处理高浓度氨氮废水[J].工业安全与环保，2007，33(7)：4-6.

[5]黄稳水，王继徽，刘小澜，等.磷酸铵镁法预处理高浓度氨氮废水的研究[J].工业水处理，2003，23(10)：34-36.

DiscussiononMAPpreparationfrommagnesium-containingsolution

SUN Ning-lei, YIN Shu-yan, LU Ye-da

In this article, a method of MAP precipitation from magnesium contained solution after precipitation of magnesium hydroxide and basic magnesium carbonate were presented. A kind of slow release fertilizer was obtained via MAP method. Furthermore, the recovery rate of magnesium of whole process was increased and problems in subsequent causticizing treatment process were solved well.

MAP; precipitation; magnesium-containing solution

孙宁磊(1980—)，男，河北宣化人，博士，研究方向：有色金属冶金。

TF822

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