络合剂对磷酸二氢钾结晶除杂净化的作用

刘 佳，陆春宏，曾 波，张 恒

（1.云南省化工研究院，云南 昆明 650000；2.云南云天化红磷化工有限公司，云南 开远 661600）

关键字：乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）；磷酸三钠；磷酸二氢钾结晶；沉淀

磷酸二氢钾是无色或白色，带光泽的斜方晶体。磷酸二氢钾应用十分广泛，在工业、农业、医药、食品行业均有应用。近年来，以磷酸二氢钾为基础的高效无氯复合肥的市场需求越来越大。农业用磷酸二氢钾是一种化学性质稳定、无味、无臭、易溶于水、不结块、吸湿性小的高效、高浓度复合肥，广泛用于各种使作物品质改良的追肥和液面喷施肥。

云南云天化红磷化工有限公司建立了一套以湿法磷酸为原料的农业用磷酸二氢钾生产装置，这也是国内第一套萃取法连续性生产装置，其中，磷酸二氢钾结晶工序直接影响到产品的纯度和品质，是整个生产过程中非常重要的一部分。本文研究指出，Fe3+、Al3+在磷酸二氢钾结晶时会导致晶体变成棱柱状，结晶介稳区变宽，结晶生长速度变慢；F－离子的存在会导致结晶介稳区变宽，单晶长径比减小；SO2-、Ca2+、Mg2+离子的存在会导致介稳区变宽，出现聚晶现象[1]。

由于湿法磷酸原料中杂质含量较多，主要有Fe3+、Ca2+、Mg2+、Al3+、F－。磷酸二氢钾晶体在体系内循环后，累积了大量的金属阳离子，对后期磷酸二氢钾结晶工序产生复杂的影响。为解决这一问题，本文结合体系中离子类别，选择络合剂乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）和磷酸三钠作为研究对象，研究了二者对磷酸二氢钾结晶体系中的金属阳离子的络合作用，使结晶中的金属阳离子以沉淀的形式从结晶中分离出来，从而达到净化结晶、提升结晶品质的效果。

乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na），其分子中有两个N 原子，四个羟基氢原子，均能提供孤对电子，可以进入中心原子的空轨道，从而形成配合物（络合），是多齿配体。EDTA-2Na 能与碱金属、大部分过渡金属等络合，形成稳定的五元环螯合物。主要用于化学镀铜、镀金、镀铅锡合金、钢铁件的电化学抛光和铜件镀银前的溶液中，也用于洗涤剂、液体肥皂、洗发剂、农业化学喷雾剂、彩色感光材料冲洗加工漂白定影液、净水剂、pH 调节剂、阻凝剂等。

磷酸三钠，Trisodium phosphate，主要用于清洗锅炉的阻垢缓蚀剂。在锅炉中加入磷酸三钠，可以使钙镁离子形成疏松的沉淀，随着定排及时除去。还可以用作品质改良剂，有提高食品的络合金属离子、pH 值，增加离子强度等作用。

1 实验部分

1.1 单组份实验

在装置内取300g 磷酸二氢钾结晶体，加热到70℃，分别加入磷酸三钠、EDTA-2Na。加入量参考二者常用领域经验值，搅拌1min 后观察实验现象。实验具体情况见表1。

表1 单组份实验

由表1 得出，添加EDTA-2Na 试剂的那组试验沉淀形态好，沉降速度快。

1.2 两种试剂复配实验

在70~75℃时，在装置内取300g 磷酸二氢钾结晶体，加入0.5%的磷酸三钠（质量分数，下同），再加入0.03%的EDTA-2Na，观察实验现象。并通过抽滤，考察过滤时间和滤饼质量。实验结果见表2。

澄清滤液，继续升温至沸腾状态，整个过程中再无沉淀出现。说明在70~75℃时，沉淀可以全部析出。

表2 复配实验结果

1.3 滤液滤饼组分分析

取磷酸二氢钾结晶体1000g，加入磷酸三钠0.5%、EDTA-2Na 0.03%，加热到75℃，过滤，纪录过滤时间，称滤饼质量，并分析滤液和滤饼中各金属离子的含量。相同实验平行3 组。试验结果见表3、表4。

表3 过滤时间和滤饼质量

表4 组分分析检测结果

从表4 看出，结晶中的Fe2+基本去除，Mg2+、Ca2+、Al3+、F-的含量均有所下降。

由于过程中添加的络合剂含有Na+，而Na+不能随沉淀的析出而脱离体系，导致体系内Na+含量增加。若在正常开车过程中，采用这种方法除杂质的话，可能导致大量金属Na+富集在结晶中无法除去，虽不影响结晶，但影响产品质量。

2 结论

磷酸三钠和ENTA-2Na 组合的络合剂，能帮助磷酸二氢钾结晶中的金属阳离子杂质形成沉淀。其中，络合剂对Fe2+，Mg2+、Ca2+、Al3+、F-均有不同程度的络合作用，起到了净化结晶、提升结晶品质的作用，但络合剂带来的Na+却不能随沉淀脱离体系。后续可通过进一步实验选择络合剂的最小投加量，以提高产品品质。