CN108516529A - 一种聚磷酸一步制备三聚磷酸二氢铝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磷酸铝盐的制备技术领域，公开了一种聚磷酸一步制备三聚磷酸二氢铝的方法，包括以下步骤：1)在反应器中按比例投入聚磷酸和铝盐，使之产生高温连续聚合反应，聚合反应时间为0.5～2小时，反应温度为230～380℃，得到三聚磷酸二氢铝反应物；2)将反应物经过水淬、固液分离、干燥工艺处理，制得水合三聚磷酸二氢铝。本发明方法使用聚磷酸与铝盐，只需一步即可制得三聚磷酸二氢铝反应物，显著缩短生产流程，制得的三聚磷酸二氢铝质量稳定，纯度高，最重要的，本发明方法充分考虑了环境保护因素，不需要在反应过程加入大量的水，然后在煅烧过程又将水蒸出，完全杜绝了三聚磷酸二氢铝传统制备工艺的煅烧过程中大量酸性水蒸气对环境造成的严重污染，利于环境保护。

Description

一种聚磷酸一步制备三聚磷酸二氢铝的方法

技术领域

本发明涉及磷酸铝盐的制备技术领域，尤其涉及三聚磷酸二氢铝的制备方法，具体来说是使用一种聚磷酸一步制备三聚磷酸二氢铝的方法。

背景技术

随着当今社会工业的发展，金属的腐蚀所造成的损失随之日趋严重，据有关部门统计，每年因腐蚀造成金属损失高达数亿元之巨。因此，防腐蚀方法始终是人们关心的课题。目前防腐蚀措施虽然很多，但应用最广的仍然是涂料防护方法。在这种方法中防锈颜料是影响保护效果的重要因素。传统的防锈颜料如红丹、铬酸盐、金属颜料等，它们性能优异，但往往含有大量重金属如铅等，具有毒性。人体长期接触这些防锈颜料，容易造成重金属的累积，例如铅在人体的积累可能导致皮肤癌、皮肤过敏、神经肌肉功能障碍。同时，铬在防锈颜料中也占相当大的比例，铬中毒表现为六价铬在体内蓄积中毒，以局部损害开始逐渐发展到不可救药，因此限制含铬防锈颜料的使用与限制含铅颜料的使用同样重要。而铅铬等重金属不仅对直接接触的人体造成损害，更严重的另一方面，铅铬等重金属化合物对环境造成了严重污染，因此，世界各国相继推出法规要求逐步淘汰或全面禁止使用，尤其是铅的使用。我国目前虽无针对铅污染的法规，但人们对铅污染造成的危害已有认识，许多终端用户已开始关注含铅等重金属涂料的替代产品，众多颜料及涂料制造企业也已开始进行产品转型以满足市场的需求。尤其是近年来，国外无毒型产品的涌入迫使国内企业加大技术、质保和环保方面的改革力度，以应对日趋激烈的国际竞争，人们对低毒无公害防锈颜料的开发和研究也变得越来越关注。

三聚磷酸二氢铝是近年来研究较多的一种高效环保的防锈颜料，由于其优秀的螯合性能，成为了含重金属等传统毒性颜料的理想替代品。传统工艺中，三聚磷酸二氢铝的工业合成一般采用多步法：首先将氧化铝或氢氧化铝与磷酸的水溶液反应制备中间体酸性磷酸铝，然后将中间体酸性磷酸铝在300℃～400℃的高温下煅烧得到无水三聚磷酸二氢铝，最后无水三聚磷酸二氢铝经过水化、研磨，并进一步对其水洗、过滤、干燥、粉碎，最终得到三聚磷酸二氢铝。该方法转化时间长，产量低、能耗大、成本高、得到的产品纯度不稳定。发明专利CN1099719A报道了一种制备二水三聚磷酸二氢铝的方法，通过先制备中间体酸性磷酸铝，然后添加酸性磷酸铝晶种和乙醇或丙醇等来促进酸性磷酸铝的结晶析出，然后通过煅烧酸性磷酸铝结晶从而得到三聚磷酸二氢铝。该方法工艺制作流程长、制作步骤复杂，虽然加入的醇类物质在煅烧过程中发生氧化，在产品中残留较少，但会增加废气排放，不利于环保。申请号为CN103523765A的专利报道了一种三聚磷酸二氢铝的制备方法，该方法控制磷铝比为1.7～3.5：1的范围内，将氢氧化铝加入到质量浓度为85％以下的磷酸水溶液中，搅拌，并在75～100℃保温0.5～3h，得到中间体酸式磷酸铝。再将中间体酸式磷酸铝于250℃～350℃煅烧1～4h，得到无水三聚磷酸二氢铝。再经过水淬、过滤、洗涤和干燥得到三聚磷酸二氢铝产品。该方法也是采用先进行酸化反应然后再进行煅烧的制备流程，制作流程没有得到明显的缩短。

实践表明，现有工艺方法生产时，都需要加入大量的水降低磷酸溶液中五氧化二磷的浓度才能保证酸化反应的彻底，而得到中间产物后，煅烧步骤又要蒸发掉大量的水，排出大量水蒸气，造成流程能耗高，生产成本居高不下。同时煅烧过程温度高，在酸性有水条件下对设备极易造成腐蚀，过程中还容易造成受热不均，温度不够，生成副产物磷酸铝类物质，产品的质量不稳定。最重要的是，现有生产工艺都没有考虑到环境保护因素，制备三聚磷酸二氢铝的过程尤其是煅烧的过程，对环境造成了严重污染。在环保意识日益增强的今天，发明一种在保证产品质量的同时，降低能耗，同时还不污染环境的制备三聚磷酸二氢铝的方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种聚磷酸一步制备三聚磷酸二氢铝的方法，不会对环境造成污染，还能显著缩短生产流程、降低能耗，制得的三聚磷酸二氢铝质量稳定，纯度高。

为实现上述目的，本发明的一种聚磷酸一步制备三聚磷酸二氢铝的方法，使用聚磷酸与铝盐，只需一步即可制得三聚磷酸二氢铝反应物，所述方法包括以下步骤：

(1)在反应器中按比例投入聚磷酸和铝盐，使之产生高温连续聚合反应，聚合反应时间为0.5～2小时，反应温度为230～380℃，得到三聚磷酸二氢铝反应物；

(2)将反应物经过水淬、固液分离、干燥工艺处理，制得水合三聚磷酸二氢铝。

作为优选，所述聚磷酸的五氧化二磷含量为68.84％～84.06％，铝盐的主含量大于95％，聚磷酸与铝盐的磷铝比为2.5～3.5：1。

作为进一步的优选，所述铝盐可以是氢氧化铝和氧化铝中的一种或者两者的混合物。

进一步地，所述聚磷酸与所述铝盐通过预混合后连续加入到连续聚合反应器中，连续聚合反应器采用双螺杆或多螺杆机设备的一种。

进一步地，所述水淬工艺的水淬比为1：1～4，水淬温度为85℃～225℃。

工作原理：传统工艺制备三聚磷酸二氢铝几乎都是使用磷酸溶液作为原料，使用的磷酸溶液为85％及以下的工业磷酸，其工业磷酸中五氧化二磷实际含量最高只能在60％左右，传统工艺需要首先经过中和反应制得中间产物，再对中间产物进行处理，即需要通过多步反应才能得到产品。而在本发明公开的一种聚磷酸一步制备三聚磷酸二氢铝的方法中，由于聚磷酸的五氧化二磷含量高，可达68.84％～84.06％，基本不存在游离的氢离子，其高含量的五氧化二磷与铝盐直接发生反应，制得的即为三聚磷酸二氢铝反应物。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明方法使用聚磷酸和铝盐在高温下一步制得三聚磷酸二氢铝，与现有的方法相比，没有中间产物，整个产品制备的工艺流程被大大缩短、降低了能耗，制得的产品质量稳定，纯度高；

(2)本发明方法由于采用一步化学反应，整个三聚磷酸二氢铝产品的制作流程可以连续化操作，也可以进行间歇性操作，在大量制得三聚磷酸二氢铝反应物后，再将反应物进行水淬、固液分离、干燥等工艺处理，可大大提高产品生产灵活性，提高生产效率。

(3)最重要的，本发明方法充分考虑了环境保护因素，不需要将产物进行煅烧，完全杜绝了三聚磷酸二氢铝传统制备工艺的煅烧过程中大量酸性水蒸气对环境造成的严重污染，利于环境保护。

附图说明

图1是本发明的工艺流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示为本发明的工艺流程框图，本发明方法包括以下步骤：将聚磷酸与铝盐首先进行预混合，然后将混合物连续加入到聚合装置，具体来说是连续聚合反应器中。经过一系列反应后，得到三聚磷酸二氢铝反应物，之后将得到的反应物进行水淬、固液分离和干燥工艺处理，最终得到符合要求的三聚磷酸二氢铝产品。

实施例1：

取510kg的聚磷酸与145kg氢氧化铝搅拌均匀，聚磷酸的五氧化二磷含量为76.09％，然后将混合物连续加入双螺杆机进行连续聚合反应，停留时间为0.5小时，反应温度为250℃，之后在双螺杆机出口得到三聚磷酸二氢铝反应物。将三聚磷酸二氢铝反应物经过水淬、固液分离、干燥工艺处理，制得产品。水淬工艺中，水淬比为1:1，水淬温度为220℃，制得的产品外观为白色粉末，粒径均匀，经过测量，其主含量大于95％，是纯度较高的三聚磷酸二氢铝。

实施例2：

取470kg聚磷酸与90kg氧化铝搅拌均匀，聚磷酸的五氧化二磷含量为68.84％，然后将混合物连续加入双螺杆机进行连续聚合反应，停留时间为1h，反应温度为300℃，之后在双螺杆机出口得到三聚磷酸二氢铝反应物。将三聚磷酸二氢铝反应物经过水淬、固液分离、干燥工艺处理，制得产品。水淬工艺中，水淬比为1:2，水淬温度为150℃，制得的产品外观为白色粉末，粒径均匀，经过测量，其主含量大于95％，是纯度较高的三聚磷酸二氢铝。

实施例3：

取450kg聚磷酸与145kg氧化铝搅拌均匀，聚磷酸的五氧化二磷含量为84.06％，然后将混合物连续加入双螺杆机进行连续聚合反应，停留时间为1.5h，反应温度为370℃，之后在双螺杆机出口得到三聚磷酸二氢铝反应物。将三聚磷酸二氢铝反应物经过水淬、固液分离、干燥工艺处理，制得产品。水淬工艺中，水淬比为1:3，水淬温度为120℃，制得的产品外观为白色粉末，粒径均匀，经过测量，其主含量大于95％，是纯度较高的三聚磷酸二氢铝。

实施例4：

取450kg聚磷酸与155kg氧化铝搅拌均匀，聚磷酸的五氧化二磷含量为79.71％，然后将混合物连续加入三螺杆机进行连续聚合反应，停留时间为2h，反应温度为330℃，之后在三螺杆机出口得到三聚磷酸二氢铝反应物。将三聚磷酸二氢铝反应物经过水淬、固液分离、干燥工艺处理，制得产品。水淬工艺中，水淬比为1:4，水淬温度为90℃，制得的产品外观为白色粉末，粒径均匀，经过测量，其主含量大于95％，是纯度较高的三聚磷酸二氢铝。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，仍然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种聚磷酸一步制备三聚磷酸二氢铝的方法，使用聚磷酸与铝盐制备三聚磷酸二氢铝反应物，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在反应器中按比例投入聚磷酸和铝盐，使之产生高温连续聚合反应，聚合反应时间为0.5～2小时，反应温度为230～380℃，得到三聚磷酸二氢铝反应物；

(2)将反应物经过水淬、固液分离、干燥工艺处理，制得水合三聚磷酸二氢铝。

2.如权利要求1所述的一种聚磷酸一步制备三聚磷酸二氢铝的方法，其特征在于，所述聚磷酸的五氧化二磷含量为68.84％～84.06％，铝盐的主含量大于95％，聚磷酸与铝盐的磷铝比为2.5～3.5：1。

3.如权利要求2所述的一种聚磷酸一步制备三聚磷酸二氢铝的方法，其特征在于，所述铝盐可以是氢氧化铝和氧化铝中的一种或者两者的混合物。

4.如权利要求1所述的一种聚磷酸一步制备三聚磷酸二氢铝的方法，其特征在于，所述聚磷酸与所述铝盐通过预混合后连续加入到连续聚合反应器中，连续聚合反应器采用双螺杆或多螺杆机设备的一种。

5.如权利要求1所述的一种聚磷酸一步制备三聚磷酸二氢铝的方法，其特征在于，所述水淬工艺的水淬比为1：1～4，水淬温度为85℃～225℃。