CN107857242A - 一种提高肥料级磷酸一铵水溶率的方法 - Google Patents

一种提高肥料级磷酸一铵水溶率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高肥料级磷酸一铵水溶率的方法，属于肥料级磷酸一铵生产技术领域，包括以下步骤：a、混合：将湿法磷酸与可溶性氟盐预混合，调节F/(Fe、Al)的摩尔比例为1.0~2.5；b、中和：在预混合液中进行氨中和，反应终点中和度控制在1.02；c、浓缩和干燥：将反应好的中和液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。本发明的优点是：1)调节湿法磷酸中F含量，肥料级磷酸一铵产品中，化合物的生成比例会发生改变，Fe、Al与磷酸氢根结合的数量变少，剩下的P绝大部分会与铵根离子形成NH4 H2PO4，从而达到提高肥料级磷酸一铵产品水溶率的目的；2)在整个肥料级磷酸一铵产品体系中，氟含量加入极少，不会对肥料级磷酸一铵的应用带来负面影响。

Description

一种提高肥料级磷酸一铵水溶率的方法
技术领域
本发明涉及一种提高肥料级磷酸一铵水溶率的方法，属于肥料级磷酸一铵生产技术领域。
背景技术
磷酸一铵是一种水溶性速效复合肥，90%以上用作化肥，其总有效养分含量高达55%-60%，有效磷（AP2O5）与总氮（TN）含量的比例约5.44:1，是高浓度磷复肥的主要品种之一，该产品一般做追肥，大量用于生产三元复混肥和BB肥。
在肥料级磷酸一铵产品的生产过程中，Fe、Al、Mg等杂质在湿法磷酸氨化时会形成“S”化合物[(Fe,Al)NH4HPO4F2]、“Q”化合物[(Fe,Al)NH4(HPO4)2·0.5
H2O]、“R”化合物[(Fe,Al)3NH4H8(PO4)6·6H2O]、“T”化合物[(Fe,Al)(NH4)2(HP
O4)2F·nH2O]、“U”化合物[(Fe,Al)NH4(PO4)2OH·2H2O]、MgHPO4及其水合物等复杂化合物，这些化合物水溶性低，属于枸溶磷，其中“Q”、“R”、“T”、“U”化合物中金属元素与磷结合的数量较多，而“S”化合物中金属元素与磷结合的数量较少，因此，在实际工业生产过程，要想提高肥料级磷酸一铵产品的水溶率，必须减少生成“Q”、“R”、“T”、“U”化合物。
我国磷矿主要特点是中低品位矿多，富矿少胶磷矿多，其中Mg、Fe和Al三种杂质占有较大的份额，在肥料级磷酸一铵的生产工艺中，这三种杂质大量的进入产品中，会增加磷酸一铵产品的枸溶磷，降低产品的水溶率，严重时会造成产品不合格。
专利申请号为201210203327.X《用萃余酸生产工业磷酸一铵联产肥料级磷酸一铵的方法》和专利申请号为201210110205.6《萃余酸生产磷酸一铵的方法》，公开了一种萃余酸用于工业磷酸一铵和肥料级磷酸一铵的生产方法，该方法用氨中和后的料浆与氟硅酸、氟化铵等改性剂混合，对萃余酸进行净化，净化的酸用于工业磷酸一铵产品的生产，萃余酸净化过程得到的滤渣，加入中和好的料浆中，用于肥料级磷酸一铵的生产，用此方法的目的是将萃余酸综合利用起来，提高工业磷酸一铵和肥料级磷酸一铵的产量，但是对于肥料级磷酸一铵产品的水溶性会造成重大影响，产品的水溶率大大降低，因为萃余酸净化过程得到的滤渣含有大量的铁、铝、镁杂质，加入中和好的料浆后，会与氨形成大量的枸溶性的物质(“S”、“Q”、“R”、“T”、“U”)，极大地影响产品的质量。
专利申请号为201410673845.7《一种利用湿法磷酸生产的磷酸一铵及其生产方法》公开了一种生产高水溶率的磷酸一铵的方法，该方法主要将湿法磷酸先用氨气中和至中和度为0.5~0.8，把湿法磷酸中大量金属杂质沉淀出来，过滤后得到较纯的湿法磷酸，再用于磷酸一铵的制备，用此方法的目的就是净化湿法磷酸，得到相对较纯的磷酸，从而提高磷酸一铵的质量。该方法存在磷铵渣后续处理问题，仅适用于杂质含量低的湿法磷酸。
在上述方案中，均只考虑了利用氟盐作为净化剂或者利用氨中和对金属杂质进行沉淀分离的方式；并没有考虑不同类型枸溶物对磷的结合量的影响。一方面，上述方案对湿法磷酸的净化过程会产生大量废渣，增加处理成本，尤其是采用大量氟盐作为净化剂的方式，会带来严重氟污染；另一方面，由于未考虑枸溶物类型对磷的结合量的影响，从而无法控制净化过程磷的损失量，导致总磷收率降低。
目前，国内肥料级磷酸一铵的水溶率普遍较低，总养分为55%的肥料级磷酸一铵的水溶率在76%左右，而总养分为58%的肥料级磷酸一铵的水溶率在83%左右，比合格品的肥料级磷酸一铵的水溶率高2%~3%，在市场上所占优势较低。因此尽可能的提高肥料级磷酸一铵的水溶率，成为本领域研究的重点。
发明内容
为提高肥料级磷酸一铵的水溶率，本发明提供了一种提高肥料级磷酸一铵水溶率的方法。
本发明所采用的技术方案是：提高肥料级磷酸一铵水溶率的方法，包括以下步骤：
A、混合：在湿法磷酸中加入可溶性氟盐，混合后得到预混合液；可溶性氟盐的加入量以氟元素计，与湿法磷酸中铁元素和铝元素总量的摩尔比为1.0~2.5；
B、中和：对预混合液进行氨中和，得到中和液，反应终点控制中和液的中和度为1.02；
C、浓缩和干燥：将反应好的中和液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。
发明人在研究中发现，湿法磷酸中外加氢氟酸、氟化铵、氟硅酸、氟化钠等可溶性氟盐的一种或几种，均能有效提高肥料级磷酸一铵的水溶率，提高湿法磷酸中氟的含量，肥料级磷酸一铵的水溶率在不断升高。将得到的更高水溶率的肥料级磷酸一铵与低水溶率的肥料级磷酸一铵进行XRD分析，结果表明，随着氟含量的提高，肥料级磷酸一铵中化合物的生成比例会发生改变，在湿法磷酸五氧化二磷质量分数为20%，氟含量低时（F/(Fe,Al)=1.0），“Q”化合物生成的多，“S”化合物生成的少，其中“Q”化合物占1.68%（质量分数），“S”化合物占1.41%（质量分数）；F含量高时（F/(Fe,Al)=2.3），“Q”化合物生成的少，“S”化合物生成的多，其中“Q”化合物占0.16%（质量分数），“S”化合物占2.14%（质量分数），(NH4)2FeF5·H2O占0.78%（质量分数）。“Q”化合物生成的多时，会结合更多的磷酸根，从而导致肥料级磷酸一铵水溶性降低。
发明人在研究中发现，添加可溶性氟盐后（F/(Fe,Al)=2.3），湿法磷酸的浓度也会对“Q”和“S”化合物转化过程造成影响。湿法磷酸浓度较低（五氧化二磷质量分数为10%）时，“Q”化合物生成的少，“S”化合物生成的多，其中“Q”化合物占0.11%（质量分数），“S”化合物占2.28%（质量分数），(NH4)2FeF5·H2O占0.95%（质量分数）；湿法磷酸浓度较高（五氧化二磷质量分数为30%）时，“Q”化合物生成的多，“S”化合物生成的少，其中“Q”化合物占1.97%（质量分数），“S”化合物占1.31%（质量分数），(NH4)2FeF5·H2O占0.52%（质量分数）。
因此，在湿法磷酸中加入适量的可溶性氟盐，会使整个肥料级磷酸一铵产品中化合物的生成比例会发生改变，大大提高肥料级磷酸一铵产品的水溶率，同时不影响总磷的收率。
但在湿法磷酸氨中和后的料浆中加入氟盐，氨中和过程生成“Q”化合物向“S”化合物转化的速率受到极大限制，必须提高加入的氟盐量进行沉淀处理，才能确保产品较高的水溶率。而在湿法磷酸中加入氟盐进行预混合后，再进行氨中和，会直接生成S化合物和(NH4)2FeF5·H2O，从而大大提高了产品水溶率，且具有氟盐加入量少、成本低的优势。
对低品位磷矿制备的湿法磷酸而言，在湿法磷酸质量一定的条件下，不降低总磷的收率，提高肥料级磷酸一铵水溶率的方法还未见相关报道。本发明在湿法磷酸中加入少量的可溶性氟盐，是目前有效提高肥料级磷酸一铵的水溶率的重要手段，可以增大产品在市场上的优势。
本发明的有益效果是：1)湿法磷酸中可溶性氟盐的选择多样，在实际的生产过程中可选择一些廉价含氟物质，例如：氢氟酸、氟化铵；2)湿法磷酸中添加可溶性氟盐的情况下，使得肥料级磷酸一铵产品中，化合物的生成比例会发生改变，产品中NH4Fe(HPO4)2会转化成NH4FeHPO4F2和(NH4)2FeF5·H2O，剩下的磷与铵根离子形成NH4H2PO4，从而提高了肥料级磷酸一铵的水溶率。同时，在湿法磷酸中添加可溶性氟盐后，湿法磷酸的浓度也会对“Q”和“S”化合物转化过程造成影响，湿法磷酸浓度较低时，制备出来的肥料级磷酸一铵产品水溶率高；3) 在整个肥料级磷酸一铵产品体系中，氟含量加入极少，不会对肥料级磷酸一铵的应用带来负面影响。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1，按照以下方法用湿法磷酸添加可溶性氟盐生产肥料级磷酸一铵：
(1)取500g的湿法磷酸（五氧化二磷质量分数为20%）加入1000mL的五口烧瓶中，再向湿法磷酸中加入质量浓度为40%的氢氟酸2.84g，其中加入的氢氟酸中氟元素与湿法磷酸中铁元素和铝元素的摩尔比为1.0，搅拌混匀；
(2)在预混合液中通入氨进行中和，反应终点中和度控制在1.02；
(3)将反应好的中和液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。
肥料级磷酸一铵产品的水溶率，结果见表1。
实施例2：
按照以下方法用湿法磷酸添加可溶性氟盐生产肥料级磷酸一铵：
(1)取500g的湿法磷酸（五氧化二磷质量分数为20%）加入1000mL的五口烧瓶中，再向湿法磷酸中加入质量浓度为30%的氟硅酸4.54g，其中加入的氟硅酸中氟元素与湿法磷酸中铁元素和铝元素的摩尔比为1.5，搅拌混匀；
(2)在预混合液中通入氨进行中和，反应终点中和度控制在1.02；
(3)将反应好的中和液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。
肥料级磷酸一铵产品的水溶率，结果见表1。
实施例3：
按照以下方法用湿法磷酸添加可溶性氟盐生产肥料级磷酸一铵：
(1)取500g的湿法磷酸（五氧化二磷质量分数为20%）加入1000mL的五口烧瓶中，再向湿法磷酸中加入质量浓度为40%的氢氟酸1.00g和1.10g分析纯氟化铵，中加入的氢氟酸和氟化铵中氟元素与湿法磷酸中铁元素和铝元素的摩尔比为1.6，搅拌混匀；
(2)在预混合液中通入氨进行中和，反应终点中和度控制在1.02；
(3)将反应好的中和液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。
肥料级磷酸一铵产品的水溶率，结果见表1。
实施例4：
按照以下方法用湿法磷酸添加可溶性氟盐生产肥料级磷酸一铵：
(1)取500g的湿法磷酸（五氧化二磷质量分数为20%）加入1000mL的五口烧瓶中，再向湿法磷酸中加入质量浓度为40%的氢氟酸3.83g，其中加入的氢氟酸中氟元素与湿法磷酸中铁元素和铝元素的摩尔比为2.0，搅拌混匀；
(2)在预混合液中通入氨进行中和，反应终点中和度控制在1.02；
(3)将反应好的中和液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。
肥料级磷酸一铵产品的水溶率，结果见表1。
实施例5：
按照以下方法用湿法磷酸添加可溶性氟盐生产肥料级磷酸一铵：
(1)取500g的湿法磷酸（五氧化二磷质量分数为20%）加入1000mL的五口烧瓶中，再向湿法磷酸中加入质量浓度为40%的氢氟酸4.84g，其中加入的氢氟酸中氟元素与湿法磷酸中铁元素和铝元素的摩尔比为2.5，搅拌混匀；
(2)在预混合液中通入氨进行中和，反应终点中和度控制在1.02；
(3)将反应好的中和液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。
肥料级磷酸一铵产品的水溶率，结果见表1。
实施例6：
按照以下方法用湿法磷酸添加可溶性氟盐生产肥料级磷酸一铵：
(1)取500g的湿法磷酸（五氧化二磷质量分数为10%）加入1000mL的五口烧瓶中，再向湿法磷酸中加入质量浓度为40%的氢氟酸2.41g，其中加入的氢氟酸中氟元素与湿法磷酸中铁元素和铝元素的摩尔比为1.0，搅拌混匀；
(2)在预混合液中通入氨进行中和，反应终点中和度控制在1.02；
(3)将反应好的中和液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。
肥料级磷酸一铵产品的水溶率，结果见表1。
实施例7：
按照以下方法用湿法磷酸添加可溶性氟盐生产肥料级磷酸一铵：
(1)取500g的湿法磷酸（五氧化二磷质量分数为30%）加入1000mL的五口烧瓶中，再向湿法磷酸中加入质量浓度为40%的氢氟酸7.26g，其中加入的氢氟酸中氟元素与湿法磷酸中铁元素和铝元素的摩尔比为2.5，搅拌混匀；
(2)在预混合液中通入氨进行中和，反应终点中和度控制在1.02；
(3)将反应好的中和液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。
肥料级磷酸一铵产品的水溶率，结果见表1。
实施例8：
按照以下方法用湿法磷酸添加可溶性氟盐生产肥料级磷酸一铵：
(1)取500g的湿法磷酸（五氧化二磷质量分数为50%）加入1000mL的五口烧瓶中，并加去离子水稀释至五氧化二磷质量分数为30%，再向稀释后的湿法磷酸中加入质量浓度为40%的氢氟酸5.06g，其中加入的氢氟酸中氟元素与湿法磷酸中铁元素和铝元素的摩尔比为2.2，搅拌混匀；
(2)在预混合液中通入氨进行中和，反应终点中和度控制在1.02；
(3)将反应好的中和液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。
肥料级磷酸一铵产品的水溶率，结果见表1。
对比例1
按照以下方法用湿法磷酸生产肥料级磷酸一铵：
(1)取500g的湿法磷酸（五氧化二磷质量分数为20%）加入1000mL的五口烧瓶中；
(2)在预混合液中通入氨进行中和，反应终点中和度控制在1.02；
(3)将反应好的中和液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。
肥料级磷酸一铵产品的水溶率，结果见表1。
对比例2
按照以下方法用湿法磷酸氨中和后添加可溶性氟盐生产肥料级磷酸一铵：
(1)取500g的湿法磷酸（五氧化二磷质量分数为20%）加入1000mL的五口烧瓶中；
(2)在湿法磷酸中通入氨进行中和，反应终点中和度控制在1.02；
(3)在中和液中加入质量浓度为40%的氢氟酸2.84g，其中加入的氢氟酸中氟元素与湿法磷酸中铁元素和铝元素的摩尔比为1.0，搅拌混匀；
(4)将混合好的混合液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。
肥料级磷酸一铵产品的水溶率，结果见表1。
表1 各实施例肥料级磷酸一铵产品的水溶率数据
名称 水溶率/%
实施例1 84.68
实施例2 84.73
实施例3 84.72
实施例4 85.84
实施例5 87.76
实施例6 88.21
实施例7 87.39
实施例8 87.01
对比例1 81.99
对比例2 82.14

Claims (4)

1.一种提高肥料级磷酸一铵水溶率的方法，包括以下步骤：
A、混合：在湿法磷酸中加入可溶性氟盐，混合后得到预混合液；可溶性氟盐的加入量以氟元素计，与湿法磷酸中铁元素和铝元素总量的摩尔比为1.0~2.5；
B、中和：对预混合液进行氨中和，得到中和液，反应终点控制中和液的中和度为1.02；
C、浓缩和干燥：将反应好的中和液进行加热浓缩、干燥，然后得到肥料级磷酸一铵产品。
2.根据权利要求1所述的提高肥料级磷酸一铵水溶率的方法，其特征在于：可溶性氟盐可以是氢氟酸、氟化铵、氟硅酸、氟化钠中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的提高肥料级磷酸一铵水溶率的方法，其特征在于：步骤A所述的湿法磷酸中五氧化二磷质量浓度为10%~30%。
4.根据权利要求1所述的提高肥料级磷酸一铵水溶率的方法，其特征在于：步骤A中的湿法磷酸先进行稀释处理，再加入可溶性氟盐进行混合；稀释的终点为五氧化二磷质量浓度为10%~30%。
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