專利名稱：：電滲析法制備凈化磷酸的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種磷酸制備新工藝，特別是通過電滲析磷酸二氫銨溶液來制備凈化磷酸的方法。
背景技術：
：目前，磷酸的制備方法主要有濕法和熱法兩種，由于濕法磷酸雜質(zhì)含量過高，因此大部分只能用來制造磷肥等低級磷酸鹽產(chǎn)品，食品級和電子級磷酸及精細磷酸鹽產(chǎn)品主要由熱法酸制備，但是與濕法酸相比，熱法酸能耗較大，生產(chǎn)成本較高，因此科研工作者嘗試用各種方法來凈化濕法磷酸以降低精細磷酸的生產(chǎn)成本。目前濕法磷酸的凈化方法主要有結(jié)晶法、溶劑沉淀法、離子交換法、化學沉淀法和溶劑萃取法五種，在這些濕法磷酸凈化方法中，很難通過單一方法得到凈化磷酸，并且這些濕法酸凈化方法大多還停留在實驗室階段，很難實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，目前國內(nèi)只有貴州甕福集團公司和四川川恒化工(集團)有限責任公司通過溶劑萃取法制備工業(yè)級磷酸實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。在上個世紀日本就申請了兩項電滲析法凈化濕法磷酸專利，專利號分別為JP53096994、JP51106696,但在這兩項專利中，均是通過電滲析濕法磷酸來制備凈化磷酸，由于濕法磷酸中存在著容易使離子交換膜中毒的硫酸根，砷酸等，所以電滲析濕法磷酸很容易引起離子交換膜中毒，為了避免離子交換膜中毒一般要先將濕法酸進行預處理，并且由于較多雜質(zhì)的存在最終得到凈化酸的品質(zhì)也受到影響。
發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明人通過大量實驗研究提出了電滲析法制備凈化磷酸，用該技術所制得的磷酸能達到工業(yè)級以上標準，并且容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，該技術為濕法磷酸凈化開拓了新的
技術領域：
，具有較好的市場前景。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的將濃度為5%80%的磷酸二氫銨加入電滲析裝置的原液室，接通直流電源進行電滲析，電滲析過程中維持各室溶液溫度在20°C100°C之間、電流密度在lmA/cm2100mA/cm2之間，通過電滲析使磷酸二氫銨中的銨根離子和陽離子雜質(zhì)通過陽離子交換膜遷移至陰極室，從而使磷酸根和銨根離子分離，在原液室得到磷酸，其中陰離子雜質(zhì)可以通過陰離子交換膜遷移至陽極室。在本發(fā)明中所采用的電滲析裝置可以是以下兩種形式之一a.電滲析裝置只使用陽離子交換膜，電滲析裝置只有陰極室和原液室，磷酸二氫銨溶液在原液室進行電滲析，銨根離子和陽離子雜質(zhì)通過陽離子交換膜遷移至陰極室；b.電滲析裝置同時使用陽離子交換膜和陰離子交換膜，整個電滲析裝置分為原液室，陰極室和陽極室，磷酸二氫銨溶液在原液室進行電滲析，銨根離子和陽離子雜質(zhì)通過陽離子交換膜遷移到陰極室；陰離子雜質(zhì)通過陰離子交換膜遷移至陽極室。在電滲析磷酸二氫銨制備凈化磷酸過程中，以濃度為10%60°/。的磷酸二氫銨在25。C90。C的溫度下、3mA/ci^80mA/ci^的電流密度下進行電滲析效果較好；以濃度為25%40%的磷酸二氫銨在40。C80°C的溫度下、5mA/ci^30mA/cmZ的電流密度下進行電滲析效果更好。電滲析裝置的原液室、陰極室和陽極室溶液可以通過各自對應的循環(huán)槽循環(huán)，各循環(huán)槽設置換熱裝置，溫度可以通過調(diào)節(jié)各室溶液的循環(huán)量和換熱裝置的換熱量來調(diào)節(jié)；電流密度可以通過調(diào)節(jié)電極板之間的距離，直流電電壓和電極板面積等來調(diào)節(jié)。所使用的電滲析裝置可以是密閉式(如附圖l)也可以是敞開式(如附圖2)。電滲析裝置的陰極室可以加入水或者氨水、氫氧化鈉溶液等堿性溶液，陽極室可加入水或者磷酸、鹽酸等酸性溶液，在電滲析剛開始時，陰極室的堿性溶液和陽極室的酸性溶液能增強溶液的導電性，使電滲析速率加快，另外，向陰極室加入堿性溶液，使氨氣更容易逸出，加快銨根離子和磷酸根離子的分離速率。在本發(fā)明中通過電滲析磷酸二氫銨溶液制備凈化磷酸也可以通過電滲析磷酸二氫銨和磷酸的混合溶液來制備凈化磷酸。電滲析過程中遷移至陰極室的銨根離子可以氨氣的形式從陰極室逸出，也可以通過不斷向陰極室加入水使其生成一定濃度的氨水。本發(fā)明與日本專利JP53096994和JP51106696相比有以下兩個突出特點-(1)日本專利用濕法酸和純凈磷酸為原料制備凈化磷酸，由于濕法酸中硫酸根和砷酸含量較高，在電滲析過程中很容易引起離子交換膜中毒，本發(fā)明用磷酸二氫銨作原料，而磷酸二氫銨中硫酸根和陽離子雜質(zhì)含量均遠低于濕法磷酸，因此不容易造成離子交換膜中毒，另外本發(fā)明也不需要用純凈磷酸作原料。(2)電極安裝順序不同，日本專利陽離子交換膜和陽極同側(cè)，陰離子交換膜和陰極同側(cè)，磷酸根離子和氫離子均向中間室遷移，在中間室得到凈化磷酸，在磷酸根離子向中間室遷移過程中很難避免其它陰離子也遷移至中間室，在氫離子向中間室遷移時也很難避免其它陽離子雜質(zhì)遷移至中間室，因此中間室得到的凈化酸的純度必然受到影響。本發(fā)明電極方向與日本專利相反，陰、陽離子分別由中間室(即原液室)向陽、陰極室遷移，在中間室得到凈化磷酸，陰、陽離子雜質(zhì)不斷從中間室遷移出，因此能使中間室的磷酸不斷得到凈化，當電滲析溶液的濃度一定，溫度一定，電流密度一定時，電滲析時間越長，中間室酸的純度越高。本發(fā)明的原理通過電滲析磷酸二氫銨，使銨根離子和磷酸根離子分離其中銨根離子通過陽離子交換膜遷移至陰極室，或以氨氣的形式逸出或以氨水的形式回收，從而促使反應不斷向右進行。陽離子雜質(zhì)通過陽離子交換膜遷移至陰極室，陰離子雜質(zhì)通過陰離子交換膜遷移至陽極室，電滲析后在原液室得到凈化磷酸。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明通過電滲析磷酸二氫銨制備凈化磷酸，工藝簡單，能耗低，容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并且所制得的磷酸具有較高純度。圖1是本發(fā)明的三腔室密閉式電滲析裝置圖圖2是本發(fā)明的兩腔室敞開式電滲析裝置圖附圖中所述的三腔室電滲析裝置是指有原液室、陰極室和陽極室的電滲析裝置，兩腔室電滲析裝置是指只有原液室和陰極室的電滲析裝置，三腔室也可以為敞開式，兩腔室也可以為密閉式。CM為陽離子交換膜，AM為陰離子交換膜，(-)為陰極，(+)為陽極，Rl為陰極液循環(huán)槽，R2為原液循環(huán)槽，R3為陽極液循環(huán)槽具體實施方式-下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，但不限于實施例。實施例1:用磷酸分解磷礦，得到磷酸二氫鈣溶液，使磷酸二氫鈣溶液與碳酸氫銨反應，分離出反應過程中產(chǎn)生的固體雜質(zhì)，得到磷酸二氫銨溶液。采用兩腔室敞開式電滲析裝置，所用離子交換膜尺寸為80mmX100mm，將制得的磷酸二氫銨溶液濃度調(diào)至8%，取400g加入原液室，同時向原液室加入200g濃度為8y。的磷酸，陰極室加入水，接通直流電源，使磷酸二氫銨在2mA/cm2的電流密度下進行電滲析，通過控制各室溶液的循環(huán)量和換熱裝置的換熱量使各室溫度維持在20°C，通過不斷定量地向陰極液循環(huán)槽加入水，使循環(huán)出的氨水保持在24%濃度。電滲析進行8小時后，對原液室取樣分析，得出分析數(shù)據(jù)如表l。實施例2:用滴灌級磷酸二氫銨配制成濃度為70%的水溶液，采用三腔室密閉式電滲析裝置，所用離子交換膜尺寸為200mmX300mm,將所配制的磷酸二氫銨溶液1000g加入原液室，陽極室加入水，陰極室加入濃度為0.00005%的氫氧化鈉溶液，接通直流電源，使磷酸二氫銨在70mA/cm2的電流密度下進行電滲析，電滲析過程中維持各室溫度在80°C，電滲析過程中產(chǎn)生的氨氣用水吸收制備氨水。電滲析進行10小時后，對原液室溶液取樣分析，得出分析數(shù)據(jù)如表l。實施例3:將肥料級磷酸二氫銨配制成濃度為20%的水溶液，過濾除去固體雜質(zhì)，取1800g加入電滲析裝置的原液室，用200咖X300mm的離子交換膜在95。C的溫度下，90mA/ci^的電流密度下用三腔室密閉式電滲析裝置進行電滲析，陰極室加入濃度為0.0001%的氨水，陽極室加入濃度為0.001%的磷酸，電滲析過程中產(chǎn)生的氨氣用水吸收制備氨水。電滲析進行8小時后，對原液室溶液取樣分析，得出分析數(shù)據(jù)如表l。實施例4:將工業(yè)級磷酸二氫銨配制成濃度為10%的水溶液，采用三腔室敞開式電滲析裝置，所用離子交換膜尺寸為100mmX250mm，將所配制的磷酸二氫銨溶液1200g加入原液室，陰極室和陽極室加入水，接通直流電源，使磷酸二氫銨在10mA/cm2的電流密度下進行電滲析，通過控制各室溶液的循環(huán)量和換熱裝置的換熱量使各室溫度維持在65°C,通過不斷定量地向陰極液循環(huán)槽加入水，使循環(huán)出的氨水保持在22%濃度。電滲析進行12小時后，對原液室溶液取樣分析，得出分析數(shù)據(jù)如表1。實施例5:將工業(yè)級磷酸二氫銨配制成濃度為50%的水溶液，釆用兩腔室密閉式電滲析裝置，所用離子交換膜尺寸為100簡X250mm，將所配制的磷酸二氫銨溶液1000g加入原液室，陰極室加入水，接通直流電源，使磷酸二氫銨在50mA/cm2的電流密度下進行電滲析，通過控制各室溶液的循環(huán)量和換熱裝置的換熱量使電滲析溫度維持在30°C，電滲析過程中產(chǎn)生的氨氣用水吸收以制備氨水。電滲析進行10小時后，對原液室溶液取樣分析，得出分析數(shù)據(jù)如表l。實施例6:用磷酸分解磷礦，得到磷酸二氫鈣溶液，使反應后的溶液繼續(xù)與碳酸氫銨反應，分離出反應過程中產(chǎn)生的固體雜質(zhì)，得到磷酸二氫銨溶液，將磷酸二氫銨溶液濃縮結(jié)晶得磷酸二氫銨。采用三腔室密閉式電滲析裝置，所用離子交換膜尺寸為80mraX100mm，將制得的磷酸二氫銨配制成濃度為35%的溶液，取600g加入原液室，陰極室和陽極室加入水，接通直流電源，使磷酸二氫銨在30mA/cm2的電流密度下進行電滲析，電滲析過程中維持各室溫度在50°C，通過不斷定量地向陰極液循環(huán)槽加入水，使循環(huán)出的氨水保持在24%濃度。電滲析進行12小時后，對原液室取樣分析，得出分析數(shù)據(jù)如表l。表l各實施例所得凈化磷酸分析結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表中數(shù)據(jù)均為折算為85%濃度的磷酸所得。權(quán)利要求1.電滲析法制備凈化磷酸，其特征在于將濃度為5％～80％的磷酸二氫銨溶液加入電滲析裝置的原液室，在直流電場作用下進行電滲析，電滲析過程中維持各室溶液溫度在20℃～100℃之間、電流密度在1mA/cm2～100mA/cm2之間，通過電滲析使磷酸二氫銨溶液中的銨根離子和陽離子雜質(zhì)通過陽離子交換膜遷移至陰極室，在原液室得到凈化磷酸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電滲析法制備凈化磷酸，其特征在于所述的電滲析裝置設有原液室、陰極室和陽極室，銨根離子和陽離子雜質(zhì)通過陽離子交換膜遷移至陰極室，陰離子雜質(zhì)通過陰離子交換膜遷移至陽極室，在原液室得到凈化磷酸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電滲析法制備凈化磷酸，其特征在于濃度為10%60%的磷酸二氫銨在25°C90°C的纟顯度下、3mA/cm280rnA/cm2的電流密度下進行電滲析。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電滲析法制備凈化磷酸，其特征在于濃度為25%40%的磷酸二氫銨在40°C80°C的溫度下、5mA/cm230mA/cm2的電流密度下進行電滲析。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電滲析法制備凈化磷酸，其特征在于所述的電滲析裝置的原液室、陰極室和陽極室溶液通過設置循環(huán)槽循環(huán)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電滲析法制備凈化磷酸，其特征在于所述的循環(huán)槽設置換熱裝置進行換熱。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電滲析法制備凈化磷酸，其特征在于所述的電滲析裝置為敞開式或密閉式。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電滲析法制備凈化磷酸，其特征在于所述的電滲析裝置的陰極室加入水或者氨水、氫氧化鈉溶液等堿性溶液，陽極室加入水或者磷酸、鹽酸等酸性溶液。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電滲析法制備凈化磷酸，其特征在于所述的電滲析所用的磷酸二氫銨溶液或為磷酸二氫銨和磷酸的混合溶液。全文摘要本發(fā)明公開了電滲析法制備凈化磷酸，它包括將濃度為5％～80％的磷酸二氫銨或磷酸二氫銨與磷酸混合溶液加入電滲析裝置的原液室，在直流電場作用下進行電滲析，電滲析過程中維持電流密度在1mA/cm²～100mA/cm²之間，各室溫度在20℃～100℃之間。通過電滲析使磷酸二氫銨溶液中的銨根離子和磷酸根離子分離，在原液室得到凈化磷酸。本發(fā)明的主要優(yōu)點在于制備出的磷酸能達到工業(yè)級以上標準，工藝簡單、生產(chǎn)能耗較小且容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。文檔編號C01B25/234GK101391761SQ20081004640公開日2009年3月25日申請日期2008年10月29日優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日發(fā)明者進李,李光明,楊德建,王佳才,程相桂,建鄒申請人:進李