濕法磷酸凈化工藝的研究

濕法磷酸凈化工藝的研究

磷酸法是重要的磷酸中間產品。它用于重復使用磷酸、磷酸銨和復合肥料的生產。濕法磷酸的凈化方法有很多,大致分為以下幾類:(1)溶劑萃取法;(2)中和過濾法;(3)溶劑沉淀法;(4)離子交換樹脂法及滲析法;(5)磷酸濃縮結晶法或復鹽結晶法1實驗1.1子交換的基團磷酸體系的酸性較強,pH值<1,因此凈化效果的好壞與除雜劑的酸性有很大的關系,本實驗所要選取的除雜劑必須有一定的耐酸能力,同時除雜劑還要能提供可進行離子交換的基團,即該基團既親水又能直接連接親油基團,方便反應后能更好地與酸分離濕法磷酸中的高價金屬離子在酸中是以陽離子或能離解為陽離子的絡離子的形式存在的。在其中加入除雜劑時,水合物的離解平衡會向右進行離解出金屬離子,濕法磷酸中的金屬離子和水合物離解出的金屬離子會和除雜劑反應后結合,生成中性化合物,難溶于磷酸,以此達到凈化目的十二烷基苯磺酸鈉能與強酸下建立平衡體系:十二烷基苯磺酸凈化鎂離子為例,其反應過程如下:而鈉鹽的加入,可以除去氟與硅,也可以去除少量金屬離子:1.2實驗原材料濕法磷酸(質量分數以P1.3濕法磷酸的制備(1)首先按GB/T1871-1995分析原料濕法磷酸中鐵、鋁、鎂、鈣、氟的質量百分比含量;(2)室溫20℃下,將濕法磷酸計量后加入反應器中。按分析數據計取十二烷基苯磺酸鈉理論用量0.1~1.0倍,以固相形式先后投入凈化反應器中,攪拌;(3)控制攪拌速率為100~600r/min,反應時間為10~60min,得到混合溶液;(4)取(3)中反應后的溶液,放入超聲波清洗機處理5min,過濾,得磷酸清液;(5)按GB/T1871-1995分析(4)中所得磷酸清液。2結果與分析2.1除雜劑用量對各離子的影響實驗條件設定根據原料各離子含量計取十二烷基苯磺酸鈉理論用量取0.1~1.0倍,室溫20℃下,控制攪拌速率為300r/min,反應時間為30min,以此考察除雜劑用量對各離子的影響,其結果如圖1所示。通過圖1可以看出,隨著十二烷基苯磺酸鈉用量的增加,各離子含量明顯減少,說明十二烷基苯磺酸鈉對濕法磷酸雜質離子有著凈化作用。但是,隨著用量的增加,溶液的粘度也會愈來愈大,對雜質離子的擴散分離起到抑制作用,不便凈化。從理論值0.8到1.0,離子的含量變化不大,當理論量為1.0時,溶液粘度很大,磷酸損失過大,得到清液很少。所以,綜合考慮,十二烷基苯磺酸鈉的理想用量為理論值的0.8倍。2.2攪拌強度對各離子的影響實驗條件設定根據原料各離子含量計取十二烷基苯磺酸鈉理論用量取0.8倍,室溫20℃下,控制攪拌速率為100~600r/min,反應時間為30min,以此考察攪拌強度對各離子的影響,其結果如圖2所示。通過圖2可以看出,隨著攪拌強度的增加,各離子含量減少。因為隨著攪拌,各離子分布均勻,反應接觸的比表面積增加,反應充分;但是,達到一定強度時,離子含量改變的不再明顯,是由于攪拌強度太強,升高了溶液溫度,不利于離子的傳質分離。綜合考慮,最理想的攪拌強度為400r/min。2.3反應時間對各離子的影響實驗條件設定根據原料各離子含量計取十二烷基苯磺酸鈉理論用量取0.8倍,室溫20℃下,控制攪拌速率為300r/min,反應時間為10~60min,以此考察反應時間對各離子的影響,其結果如圖3所示。通過圖3可以看出,隨著反應時間的增加,各離子含量減少。因為反應時間越長,傳質越好,反應越充分,凈化效果也就越好。但是,當物料量一定,攪拌強度一定時,隨著時間的增加,離子含量存在一個最小值,大概為50min。之后含量還會稍微增加,可能是時間過長已開始影響已形成的雜質化合物的分離。綜合考慮,最理想的反應時間為50min。3最佳處理工藝的確定采用十二烷基苯磺酸鈉為除雜劑及其凈化工藝時,工藝流程簡單,操作控制方便,凈化后的磷酸質量高,磷、氮含量無明顯變化,但是各雜質含量明顯降低,其中鋁、鐵等金屬離子減少較多,主要是以形成繼沉淀鹽的形式被除去,氟離子減少較多,主要以氟硅酸鈉沉淀為主。其中,最佳用量為理論值的0.8倍,最佳攪拌強度為400r/min,最佳反應時