湿法磷酸制备磷酸二氢钾实验研究

2018-12-28李兴平李树坤范传海于南树

山东化工 2018年23期

李兴平，刘阳，李树坤，范传海，于南树，2，3

(1.金正大生态工程集团股份有限公司，山东临沂 276000;2.养分资源高效利用与综合开发国家重点实验室，山东临沂 276000;3.国家缓控释肥工程技术研究中心，山东临沂 276000)

磷酸二氢钾是一种高浓度的高级磷钾复肥，具有营养成分高，化学性稳定，易溶于水，吸湿性小，不结块，因而适合于各种土壤和作物。近年来得到了迅速的发展和广泛的应用。同时，磷酸二氢钾作为无机类磷酸盐也是现代医学、化学化工及食品工业的重要原料［1－2］。

国内外磷酸二氢钾的生产方法主要有中和法［3］、溶剂萃取法［4］和复分解法［5］:中和法由于原料氢氧化钾价格较高，生产成本高，因而限制了大规模的生产;溶剂萃取法工艺流程复杂，有机溶剂多为醇类、胺类以及脂类、酮类、烷基氧磷类等，其价格较高，污染大，投资较高;复分解法具有原料价格便宜、产率较高等优点。本文以湿法磷酸、氨气和氯化钾为原料，采用复分解法［6－7］，通过调节原料配比、磷酸一铵浓度、反应温度、反应时间等工艺条件制取磷酸二氢钾。

1 实验

1.1 实验原理

先将湿法稀磷酸脱硫脱砷，然后通入氨气制得磷酸一铵溶液，再将氯化钾加入到磷酸一铵溶液中，通过增加反应物氯化钾的浓度和减少存在于母液中磷酸二氢钾晶体的量，使反应平衡向正反应方向移动，趋于完成，主要化学反应式为:

NH3+H3PO4=NH4H2PO4

KCl+NH4H2PO4=KH2PO4+NH4Cl

磷酸二氢钾在水中由于同离子效应，同时温度的急剧下降溶解度也随之降低，磷酸二氢钾结晶的量也随之增加。过量的氯化钾可以转移到副产品氮磷钾复合肥中［8］，也可以制备硫酸钾。

1.2 实验原料

表1 稀磷酸化学成分分析

湿法稀磷酸取自金正大诺泰尔化学有限公司，工业氯化钾来自俄罗斯，罐装氨气来自贵州某厂家。其中ω(KCl)=98%。稀磷酸的化学成分分析见表1。

1.3 实验设备

实验所需的主要设备有:电热鼓风干燥箱、电热恒温水浴锅、循环水式多用真空泵、电动搅拌机、调速器、电炉、电子天平、电子分析天平、ICPS－7510等离子发射光谱仪等。

1.4 实验方法

先将湿法磷酸脱硫脱砷净化，然后在净化后的磷酸中通入氨气，通氨中和至溶液的中和度为1.05，然后加入一定量的氧化钙于70℃反应1h后保温陈化1h后过滤，滤液为磷酸一铵溶液。量取一定量一定浓度的磷酸一铵溶液，称重后倒入三口烧瓶中，调节溶液pH值为3.6，然后于恒温水浴中加热，并搅拌，达到设定温度后，称取一定量KCl加入其中，溶解反应一段时间后，将杂质过滤后溶液经冷却结晶、过滤、烘干制得磷酸二氢钾。

1.5 分析方法

磷含量用磷钼酸喹啉重量法测定;钾含量用四苯基合硼酸钾重量法测定;氮含量用蒸馏滴定法测定;氯含量用电位滴定法测定。

2 实验结果与讨论

2.1 原料配比对P2 O5收率的影响

在反应温度95℃，反应时间90min，磷酸一铵中P2O5浓度为14.5%时，通过改变氯化钾的用量来改变氯化钾与磷酸一铵物质的量比，考察原料配比对P2O5收率的影响，实验结果如图1所示。

图1 氯化钾与磷酸一铵物质的量比对P2 O5收率的影响

由图1可知，随着氯化钾与磷酸一铵物质的量比的增大，P2O5收率也逐渐增加，当氯化钾与磷酸一铵的物质的量比为1.8时，P2O5收率基本达到较大值，继续增加氯化钾与磷酸一铵的物质的量比对P2O5收率影响不大。故从原料成本考虑，选氯化钾与磷酸一铵的物质的量比为1.8时较为合适，此时磷收率为79%。

2.2 磷酸一铵中P2O5浓度对P2O5收率的影响

在反应温度95℃，反应时间90min，原料配比 n(KCl)∶n(NH4H2PO4)=1.8时，考察磷酸一铵中P2O5浓度对P2O5转化率的影响，实验结果如图2所示。

由图2可知，随着磷酸一铵中P2O5浓度的增加，P2O5收率也是逐渐增加的。但是随着P2O5浓度的增加，产品中的氮和氯含量也明显增加，对产品纯度的影响比较大。原因可能是:随着磷酸一铵中P2O5浓度的增大，原料中KCl和NH4H2PO4部分未溶解，得到的产品是一个多元共晶体系，所以导致产品中氮、氯含量明显升高，磷、钾含量呈减小趋势，从而使生成的产品纯度降低。故磷酸一铵中P2O5最合适的浓度为14.5%，此时产品为合格品。