一種用濕法磷酸制備磷酸鉀鹽的方法及設備的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于磷酸鉀鹽的制備領域，具體涉及一種用濕法磷酸制備磷酸鉀鹽的方法 及設備。
【背景技術】
[0002] 磷酸鉀鹽（KH2P04，K2HP04或K3P04)是一種重要的無機化工品，在工農(nóng)業(yè)、食品行 業(yè)等多個領域具有廣泛的用途。目前工業(yè)生產(chǎn)磷酸鉀鹽有中和法、復分解等多種途徑，不同 生產(chǎn)途徑各有優(yōu)缺點。相對其它方法，中和法行業(yè)應用普遍、技術成熟，工藝流程短，產(chǎn)品質(zhì) 量高，設備投資少等眾多優(yōu)勢。但對這種傳統(tǒng)工藝目前一些企業(yè)仍采用成本較高的熱法磷 酸作反應原料，有些企業(yè)雖然采用濕法磷酸，但工藝過程中不能較好地排除雜質(zhì)，一方面使 得生成的磷酸鹽的純度不高，產(chǎn)品無競爭力，另一方面使得濾液含大量的雜質(zhì)組分。由于這 種濾液處理起來工藝復雜，處理成本較高，大多數(shù)情況下直接排入環(huán)境中造成較大的污染 危害。由于中和法在我國磷酸鉀鹽生產(chǎn)過程中仍占有較大，特別是K 3PO4采用其它工藝生產(chǎn) 效果并不理想，因而對該工藝進行改進與優(yōu)化，提高產(chǎn)品純度，降低能耗，減輕副產(chǎn)物排放 污染具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明主要提供了一種用濕法磷酸制備磷酸鉀鹽的方法及設備，對磷酸鉀鹽制取 及純化工藝進行優(yōu)化設計，確保在得到高品質(zhì)磷酸鉀鹽的同時，回收雜質(zhì)組分形成副產(chǎn)品， 簡化工藝流程、減少能耗，從而降低生產(chǎn)成本。其技術方案如下：一種用濕法磷酸制備磷酸 鉀鹽的方法，包括如下步驟：
[0004] (1)濕法磷酸的萃取與凈化：將P2O5的質(zhì)量濃度為20~30 %的濕法磷酸加入 體積比為2~2. 2 :3. 5~4. 0 :1~1. 2的環(huán)已胺、2, 4一二甲基環(huán)已燒和環(huán)已醇制成的 萃取劑中，濕法磷酸與萃取劑的體積比為1 :1~1. 2,混合并振蕩20~40min，靜置分層 30~50min，進行分液，得到第一有機相和第一水相，第一有機相備用，在第一水相中加入 NH 3 ? H20、KN03、KCl和K2CO3中的一種或幾種制成農(nóng)用復合肥料；
[0005] (2)磷酸鉀鹽的反應制?。涸诓襟E⑴所得的第一有機相中加入K2CO3粉末或K 2CO3 的溶液，若制備的磷酸鉀鹽為磷酸一氫鉀,K2CO3與第一有機相中H3PO 4的摩爾數(shù)比為0. 9~ 1. 1:1 ;若制備的磷酸鉀鹽為磷酸二氫鉀，K2CO3與第一有機相中11孑04的摩爾數(shù)比為0.49~ 0. 51:1 ;若制備的磷酸鉀鹽為磷酸鉀，K2CO3與第一有機相中H3PO 4的摩爾數(shù)比為1.4~ 1. 6:1，混合并振蕩20~30min，靜置分層25~30min，進行分液，得到第二有機相和第二水 相；其中在第一有機相中加入的是K 2CO3的溶液，所述K2CO3的溶液由步驟（3)中的濾液制 備而成；
[0006] (3)磷酸鉀鹽的結(jié)晶分離：在步驟（2)制得的第二水相中加AK2CO3粉末并攪拌， 靜置40~60min，待析出磷酸鉀鹽晶體后，對晶體進行過濾、干燥，即得高純度磷酸鉀鹽，濾 液為K 2CO3溶液，可回收用于步驟（2)中；
[0007] (4)萃取劑的凈化與回收：將步驟（2)制得的第二有機相先用質(zhì)量分數(shù)為0.5%的 稀KOH溶液洗滌，其中第二有機相與稀KOH溶液的體積比為1:0. 25，對洗滌后的混合液靜置 分層，所得有機相再加入等體積去離子水洗滌，得到的有機相即為凈化的萃取劑；將上述兩 次洗滌后的水相合并，加入K 2SiO3與澄清石灰水混合，得沉淀，從沉淀中回收濕法磷酸中的 氣兀素。
[0008] 對于上述濕法磷酸的萃取與凈化，其通過萃取相平衡使磷酸選擇性地轉(zhuǎn)移至有機 層中，從而除去水相中Ca'Mg 2+和Fe2YFe3+等金屬陽離子以及H2SiF 6等酸性雜質(zhì)，利用磷 酸鉀鹽的溶解度特征能有效實現(xiàn)磷酸鉀的有效分離。
[0009] 對于上述磷酸鉀鹽的反應制取，即經(jīng)過凈化后，有機相中的磷酸與碳酸鉀反應生 成磷酸鉀鹽。
[0010] 對于上述磷酸鉀鹽的結(jié)晶分離，該水相中加入適量K2CO3粉末，攪拌使1( 20)3充分溶 解并與磷酸鉀鹽作用，靜置40~60min。由于生成的磷酸鉀鹽在水相中有較大的濃度，而 K 2CO3的加入進一步降低了磷酸鉀鹽的溶解度，故此時會析出磷酸鉀鹽晶體。充分析出晶體 后，將該含晶體的固-液混合物過濾、干燥即得到高純度的磷酸鉀鹽產(chǎn)品。過濾后溶液中的 磷酸鉀鹽濃度降低，將該溶液與第一有機相混合后第一有機相中的磷酸與1( 20)3反應又重 新生成磷酸鉀鹽，使水相中的磷酸鉀鹽濃度重新恢復至析出晶體前的濃度。
[0011] 對于上述萃取劑的凈化與回收，萃取反應后有機層所含有的H2SiF6等酸性雜質(zhì)， 先后用稀KOH和水冼滌后，一方面使萃取劑得以凈化，另一方面所得水相經(jīng)處理可回收具 有經(jīng)濟價值的氟元素。
[0012] 一種用濕法磷酸制備磷酸鉀鹽的設備，包括混合反應器、分液活塞、容器、混合結(jié) 晶器、分流活塞和過濾器，分液活塞連通混合反應器和容器，第一有機相與1( 2〇)3在混合反 應器中混合反應，容器與混合結(jié)晶器連通，混合結(jié)晶器的頂部設有用于K 2CO3粉末加入的入 口，分流活塞和過濾器的數(shù)量均為兩個，其中一個過濾器通過一個分流活塞與混合結(jié)晶器 連通，另一個過濾器通過另一個分流活塞與混合結(jié)晶器連通，混合反應器、容器、混合結(jié)晶 器和過濾器沿豎直方向由上到下依次設置。
[0013] 采用上述用濕法磷酸制備磷酸鉀鹽的方法及設備，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0014] (1)本發(fā)明充分考慮濕法磷酸萃取相平衡和磷酸鉀鹽溶解度特征，對磷酸鉀鹽制 取及純化工藝進行優(yōu)化設計，本發(fā)明工藝流程包括濕法磷酸的萃取、凈化、副產(chǎn)品回收過 程，磷酸鉀鹽的反應制取過程及結(jié)晶分離過程，萃取劑的萃取反應、凈化、洗滌回收，都實現(xiàn) 了局部循環(huán)操作，整體上也能穩(wěn)定運行，整個工藝循環(huán)使得雜質(zhì)不會積累，因而生成的磷酸 鐘的廣品穩(wěn)定；
[0015] (2)這種工藝操作方式一方面使得整個結(jié)晶過程在常溫范圍內(nèi)進行，無需加熱到 更高的溫度，只需利用反應過程的熱量使得磷酸鉀鹽分離過程自發(fā)的處于某一溫度即可； 另一方面，整個結(jié)晶過程無需通過高溫蒸發(fā)水份來實現(xiàn)，節(jié)省了大量由于水份蒸發(fā)所消耗 的能量；
[0016] (3)本發(fā)明工藝流程短、涉及的反應分離過程簡單，所使用設備成本低，工藝流程 無廢棄物排放，清潔無污染。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的磷酸鉀鹽的結(jié)晶分離循環(huán)過程流程圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明的萃取劑的萃取、凈化與回收過程流程圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明的用濕法磷酸制取磷酸鉀鹽晶體的整體制取過程流程圖；
[0020] 圖4為本發(fā)明的用濕法磷酸制備磷酸鉀鹽的設備的主視圖；
[0021] 圖5為圖4所示用濕法磷酸制備磷酸鉀鹽的設備的側(cè)視圖。
[0022] 其中：1、混合反應器，2、分液活塞，3、容器，4、混合結(jié)晶器，5、分流活塞，6、過濾器。
【具體實施方式】
[0023] -種用濕法磷酸制備磷酸鉀鹽的方法，包括如下步驟：
[0024] (1)濕法磷酸的萃取與凈化：將P2O5的質(zhì)量濃度為20~30% (密度在L 16~ I. 26g/cm3之間）的濕法磷酸加入體積比為2~2. 2 :3. 5~4. 0 :1~1. 2的環(huán)已胺、2, 4一 二甲基環(huán)已烷和環(huán)已醇制成的萃取劑中，濕法磷酸與萃取劑的體積比為1 :1~1. 2,混合并 振蕩20~40min，靜置分層30~50min，進行分液，得到第一有機相和第一水相，第一有機 相備用，在第一水相中加入NH 3 ?HWINOyKCl和1(20)3中的一種或幾種制成農(nóng)用復合肥料；
[0025] (2)磷酸鉀鹽的反應制?。涸诓襟E⑴所得的第一有機相中加入K2CO3粉末或K 2CO3 的溶液，若制備的磷酸鉀鹽為磷酸一氫鉀,K2CO3與第一有機相中H3PO 4的摩爾數(shù)比為0. 9~ 1. 1:1 ;若制備的磷酸鉀鹽為磷酸二氫鉀，K2CO3與第一有機相中11孑04的摩爾數(shù)比為0.49~ 0. 51:1 ;若制備的磷酸鉀鹽為磷酸鉀，K2CO3與第一有機相中H3PO 4的摩爾數(shù)比為1.4~ 1. 6: