渣场陈化磷石膏中游离酸的测定*

2023-02-23李海艳王照清武玉蓉孙成斌

云南化工 2023年1期

马磊，李海艳，张杰,2**，王照清，武玉蓉，孙成斌

(1.贵州胜威化工新材料研究院有限公司，贵州贵阳 550016；2.贵州理工学院贵州磷石膏研究院，贵州贵阳 550003)

磷石膏，作为磷化工产业的副产品，主要的处置方式为堆存，目前仅贵州省就累计堆存超过1亿吨[1-2]。磷石膏的大量堆积，既浪费资源又极大地危害了生态环境。贵州省率先提出了 “以渣定产”的新发展战略。磷石膏综合利用不仅是贵州大生态文明建设的重要组成部分，也是拓展磷化工产业链的重要举措，可以取得经济和环境的双收益[3-4]。

磷石膏综合利用方向主要是制造建材产品[5]。比如，用来制砖[6-7]、石膏板[8]、制硫酸[9]等。磷石膏综合利用的最大障碍是其成分复杂、杂质多,其中的游离酸的含量(水溶性P2O5)是影响应用的重要因素。因此准确测出磷石膏中游离酸的含量对于磷石膏综合利用具有极其重要的意义[10]。

游离酸检测方法有钼酸铵分光光度法[11]、非水库仑滴定法[12]、自动电位滴定法[13]及线性滴定法[14]，而磷石膏中游离酸检测的方法目前有酸碱滴定法[15]和重量法(GB/T 23456-2009)[16-19]。

本文以贵州胜威凯洋化工有限公司渣场磷石膏，经球磨机机械粉碎后(约200目)作为研究对象。分析两种方法测试的准确性，并分析影响测试结果的因素，为磷石膏综合利用提供基础数据。

1 实验部分

1.1 实验试剂

磷石膏，取自贵州胜威凯洋化工有限公司磷石膏堆场(表1)，球磨筛分，取200目筛下物。NaOH，分析纯；酚酞，化学纯；邻苯二甲酸氢钾，分析纯；喹钼柠酮，分析纯；均购置于阿拉丁试剂公司。盐酸(37%)，购于都匀阳光试剂有限公司。

0.1 mol/L 氢氧化钠溶液配制及标定：按照国标GB601-2016进行。

表1 磷石膏的化学组成 w/%

1.2 酸碱滴定法测游离酸

取 1 g 磷石膏，精确到 0.0001 g，加入到盛有 100 mL 蒸馏水的锥形瓶中，搅拌，溶解后向锥形瓶中滴加3～4滴酚酞溶液；用标定好的氢氧化钠溶液滴定待测液，当待测液由无色变为微红色且 30 s 内不褪色时，即到达终点[15]。同时做空白实验。

根据公式(1)计算磷石膏中的游离酸含量。

(1)

式中：b(游离酸)为单位质量磷石膏中游离酸的物质的量，mol/kg;c(NaOH)为所使用的氢氧化钠标准滴定液的浓度，mol/L；V(NaOH)为消耗氢氧化钠标准滴定液的体积， mL；m(磷石膏)为磷石膏的质量，g。

结果见表2。

表2 磷石膏中游离酸的酸碱滴定法测定

1.3 重量法测游离酸

反应历程包含沉淀反应、加碱分解和滴定反应[20-21]，如：

(C9H7NH)3PO4·12MoO3+12H2O

1.3.1 喹钼柠酮沉淀剂的配制

第一步：用已校准的分析天平准确称取 140 g 钼酸钠，加入到 500 mL 锥形瓶中，加入 200 mL 蒸馏水溶解，制得溶液M；第二步：用已校准的分析天平准确称取 120 g 钼酸钠，加入到 1000 mL 锥形瓶中，加入 200 mL 蒸馏水溶解，制得溶液N；第三步：将制得的溶液M缓慢加入溶液N中，左右摇晃摇匀，制得溶液W；第四步：将 70 mL 盐酸和 200 mL 蒸馏水水分别加入到 500 mL 锥形瓶中，再加 10 mL 喹啉，摇匀制得溶液。

1.3.2 磷石膏中游离酸的测定

用移液管准确移取 100 mL 试剂溶液W于大烧杯中，然后再加入 20 mL(1+1)盐酸溶液，加入蒸馏水稀释至 200 mL。用表面皿盖在该烧杯口上，在铁架台上加热该烧杯直至沸腾。用少量的蒸馏水冲洗表面皿和杯壁，向烧杯中加入一定量的喹钼柠酮沉淀剂，在不断搅拌的情况下继续缓慢地加热微沸几分钟，取下烧杯，冷却过程中搅拌几次，静置一段时间以达到沉降的效果。用抽滤器抽滤试液，滤完上清溶液后，再用蒸馏水洗涤2次沉淀，以求将滤器壁上的沉淀全部转移到坩埚中。坩埚不需要预处理，再用水洗涤几次坩埚中的沉淀。用滤纸吸干将坩埚底部的水分，置于 180 ℃ 恒温干燥箱内，干燥至恒重，置于干燥器中冷却 30 min，称质量。

按照公式(2)进行计算。

(2)

式中：X1为单位质量磷石膏中游离酸的物质的量，mol/kg；m1为试料质量，g；m2为坩埚的质量，g；m3为磷钼酸喹啉沉淀和坩埚的质量，g；m4为空白样坩埚的质量，g；m5为空白样沉淀和坩埚的质量，g；X为同一样品所测附着水的质量分数，%；0.03207为磷钼酸奎琳摩尔质量换算为五氧化二磷(P2O5)质量的系数。

测定试验为两次，结果见表3。用两次试验平均值表示测定结果，计算结果精确到0.01%。