CN116768170A - 一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法 - Google Patents

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潘益
潘志权
周红
陈晓庆
荣喜才
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Abstract

本发明提供一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法,包括以下步骤:将磷酸加热至80~110℃,加入磷矿,搅拌反应,过滤,得滤液和滤渣;向滤液中加入硫酸Ⅰ,搅拌反应,过滤,得磷酸和石膏;将滤渣用60~100℃热磷酸洗涤,并加入硫酸Ⅱ,搅拌反应,反应结束后加入捕收剂进行反浮选处理,得有机渣浆和石膏浆;将有机渣浆和石膏浆分别过滤,得有机肥料、建筑石膏和混酸溶液。本发明对磷矿进行了充分利用、且不产生对环境造成污染的磷石膏;同时过程中产生的酸液可实现循环利用,降低了原料成本;得到的副产品质量好,纯度高,整体经济效益好。

Description

一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法
技术领域
本发明属于磷矿应用领域,具体涉及一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法。
背景技术
磷矿是具有战略意义的重要非金属矿产资源。我国的磷矿资源排名仅低于世界排名第一的摩洛哥,位居第二,约占全球磷资源的30%,总共519个磷矿的出产产地,分布在不同的27个省,市和自治区。现如今我国磷资源呈现出“丰而不富”,主要是中低品位磷矿占比高,并且富矿资源量很少磷矿储量大,分布较为集中,且大部分为胶磷矿,开采和选择都比较困难。而磷矿也是磷化工中制备磷酸的重要原料。
磷酸是磷化工行业的基础产品,广泛应用于磷酸盐工业和磷复肥行业当中,需求量大,在国民经济发展中有着举足轻重的地位。现如今磷酸的生产方法主要分为三大类:热法磷酸生产工艺、窑法磷酸生产工艺和湿法磷酸湿法工艺,其中湿法磷酸的产量已占磷酸总产量的85%~90%。随着磷矿资源的过度开发和利用,磷矿资源急剧减少,且因为各种原因使得全球硫磺价格居高不下,使得传统采用硫酸分解磷矿制备磷酸的生产成本逐渐升高。此外,磷矿的分解大多以强无机酸分解制取磷酸,其中硫酸法是湿法磷酸工艺中最为成熟也是使用最为广泛。该方法中由于反应生成的磷石膏不溶于液相,可以通过简单液固分离把石膏和液相分离出来。但是,该方法会导致磷矿中的有害杂质进入液相磷酸,很难将其分离,同时产生大量磷石膏,传统湿法磷酸每生产1t磷酸都会伴生4~5t磷石膏,目前也没有较好的处理磷石膏的方法,且磷石膏长期堆存不仅会给周边环境带来严重的污染,也会不断消耗人力物力,造成极大的经济负担。
发明内容
鉴于此,本发明提供一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法,包括以下步骤:
将磷酸加热至80~110℃,加入磷矿,搅拌反应,过滤,得滤液和滤渣;
向滤液中加入硫酸Ⅰ,搅拌反应,过滤,得磷酸和石膏;
将滤渣用60~100℃热磷酸洗涤,并加入硫酸Ⅱ,搅拌反应,反应结束后加入捕收剂进行反浮选,得有机渣浆和石膏浆;
将机渣浆和石膏浆分别过滤,得有机肥料、建筑石膏和混酸溶液;
其中有机肥料含有磷矿里的有机质和磷。
进一步地,包括将滤渣用80~110℃的热磷酸洗涤后的洗涤液加入到所述滤液中;
还包括将滤液与硫酸Ⅰ反应得到的磷酸用于分解磷矿反应;
还包括测定混酸中硫酸根的浓度,然后用98%浓度硫酸配置所述硫酸Ⅰ、硫酸Ⅱ。
进一步地,所述磷酸以P2O5计,质量浓度为15~30%;所述磷矿和磷酸的质量比为1:(10~20)。
进一步地,所述磷酸与磷矿搅拌反应时间0.5~4h。
进一步地,所述硫酸Ⅰ质量浓度为30~98%,所述硫酸Ⅰ添加量为滤液中钙物质的量的1~1.2倍。
进一步地,所述硫酸Ⅰ与滤液搅拌反应温度为20~100℃、时间0.5~4h。
进一步地,所述硫酸Ⅱ质量浓度为10~60%,所述硫酸Ⅱ添加量为滤渣中钙物质的量的1~1.5倍。
进一步地,所述硫酸Ⅱ与滤渣搅拌反应温度为60~95℃、时间0.5~2h。
进一步地,所述捕收剂添加量为滤渣质量的1%~6.8%,所述捕收剂为表面活性剂、絮凝剂、偶联剂中的一种或多种;
其中,表面活性剂主要是起到改变有机质和硅类酸不溶物的表面活性,使其可以被气泡带出;絮凝剂是将小分子的有机质絮凝成团带出;偶联剂主要是硅烷类偶联剂,用来偶联硅类再由气泡带出。
进一步地,将所述石膏用0.8~1.5倍质量的水洗涤3次后,纯度达到98%以上、白度大于100;
所述建筑石膏纯度达到90%以上、白度大于60。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明采用磷酸分解磷矿,并用硫酸对分解得到的滤渣和滤液进行反应,得到了磷酸、高纯石膏、建筑石膏、有机肥料等产品,经济效益好,对磷矿进行了充分利用、且不产生对环境造成污染的磷石膏。
(2)本发明生产过程中产生的磷酸可以复用至分解磷矿,同时产生的混合酸还可以配置成硫酸复用至滤渣和滤液反应,实现循环利用,降低了原料成本,此外,还将洗涤水进行回用提高产量。
(3)本发明生产的副产品质量好,高纯石膏纯度可以达到98%以上,白度大于100;建筑石膏纯度可以达到90%以上,白度大于60,而有机肥料也具有较好的肥效。
附图说明
图1为本发明技术方案流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明,以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。
关键试验材料来源及理化参数:
磷矿来自湖北省宜昌市某磷矿厂,其主要组成见下表:
表1磷矿中各主要组分情况
组分 P2O5 CaO SiO2 MgO 有机质 其它杂质
占比(%) 31.2% 29.8% 26.5% 0.9% 2.2% 7.4%
本发明中未对具体原料进行说明均为已经存在物质,可以从市面上直接购买得到。
实施例1
本实施例提供一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法,具体步骤如下:
S1、将26980g以P2O5计质量浓度为25%的磷酸溶液置于反应容器内,加热到90℃,在搅拌下分批将2650g磷矿加入磷酸溶液中,反应1.5h,反应完毕后趁热过滤,得到滤渣和滤液。
此时,磷矿和磷酸的质量比约为1:10。
S2、滤渣用以P2O5计质量浓度为18%的热磷酸溶液(60℃)洗涤2次,洗涤液并入到步骤S1得到的滤液中;向上述滤液中缓慢滴加2600g质量浓度为50%的硫酸溶液,70℃下搅拌反应2h,反应完毕后过滤,得到27510g质量浓度26.5%磷酸溶液和石膏。
其中,得到的部分磷酸溶液用于下一次分解磷矿;得到的石膏用1500ml水洗3次得到1450g高纯石膏产品(白度107,纯度98.7%)。
S3、将滤渣与2400g质量浓度30%硫酸溶液在80℃下搅拌反应1h,反应完毕后加入70g聚丙烯酰胺进行反浮选,得有机渣浆和石膏浆;将有机渣浆和石膏浆分别过滤,得到260g有机肥料、950g建筑石膏(白度61.8,纯度92.1%)和混酸。
其中,测定混酸中硫酸根的浓度,然后用98%浓度硫酸配置下一次反应所需硫酸。
实施例2
本实施例提供一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法,具体步骤如下:
S1、将35800g以P2O5计质量浓度为15%的磷酸溶液置于反应容器内,加热到80℃,在搅拌下分批将2720g磷矿加入磷酸溶液中,反应0.5h,反应完毕后趁热过滤,得到滤渣和滤液。
此时,磷矿和磷酸的质量比约为1:13。
S2、滤渣用以P2O5计质量浓度为15%的热磷酸溶液(80℃)洗涤1次,洗涤液并入到步骤S1得到的滤液中;向上述滤液中缓慢滴加4200g质量浓度为30%的硫酸溶液,20℃下搅拌反应0.5h,反应完毕后过滤,得到36500g质量浓度16.8%磷酸溶液和石膏。
其中,得到的部分磷酸溶液用于下一次分解磷矿;得到的石膏用1110ml水洗3次得到1390g高纯石膏产品(白度105,纯度98.2%)。
S3、将滤渣与4120g质量浓度10%硫酸溶液在60℃下搅拌反应0.5h,反应完毕后加入50g非离子表面活性剂(OP)进行反浮选,得有机渣浆和石膏浆;将有机渣浆和石膏浆分别过滤,得到420g有机肥料、980g建筑石膏(白度60.2,纯度91.1%)和混酸。
其中,测定混酸中硫酸根的浓度,然后用98%浓度硫酸配置下一次反应所需硫酸。
实施例3
本实施例提供一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法,具体步骤如下:
S1、将56800g以P2O5计质量浓度为30%的磷酸溶液置于反应容器内,加热到110℃,在搅拌下分批将2850g磷矿加入磷酸溶液中,反应4h,反应完毕后趁热过滤,得到滤渣和滤液。
此时,磷矿和磷酸的质量比约为1:20。
S2、滤饼用以P2O5计质量浓度为30%的热磷酸溶液(100℃)洗涤3次,洗涤液并入到步骤S1得到的滤液中;向上述滤液中缓慢滴加1290g质量浓度98%硫酸溶液,100℃下搅拌反应4h,反应完毕后过滤,得到58650g质量浓度31.2%磷酸溶液和石膏。
其中,得到的部分磷酸溶液用于下一次分解磷矿;得到的石膏用2220ml水洗3次得到1480g高纯石膏产品(白度107,纯度98.8%)。
S3、将滤渣与1200g质量浓度60%硫酸溶液在95℃下搅拌反应2h,反应完毕后加入质量比为1.5:1.2:1的OP、聚丙烯酰胺、硅烷偶联剂复合捕收剂72g进行反浮选,得有机渣浆和石膏浆;将有机渣浆和石膏浆分别过滤,得到465g有机肥料、1035g建筑石膏(白度61.2,纯度93.1%)和混酸。
其中,测定混酸中硫酸根的浓度,然后用98%浓度硫酸配置下一次反应所需硫酸。
对比例1
本对比例提供一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法,其原料和步骤与实施例1基本相同,区别在于:步骤S1中解热温度为60℃。
最终,得到26820g质量浓度24.6%磷酸溶液;得到1085g高纯石膏产品(白度98,纯度92.8%);得到384g有机肥料;1094g建筑石膏(白度53,纯度88.2%)。
对比例2
本对比例提供一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法,其原料和步骤与实施例1基本相同,区别在于:步骤S1中磷酸的质量为23850g,此时磷矿和磷酸的质量比为1:9。
最终,得到26900g质量浓度15.9%磷酸溶液;得到1140g高纯石膏产品(白度99,纯度94.5%);得到368g有机肥料;1025g建筑石膏(白度51,纯度86.3%)。
对比例3
本对比例提供一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法,其原料和步骤与实施例1基本相同,区别在于:省略掉步骤S2中用热磷酸洗涤步骤。
最终,得到25580g质量浓度24.9%磷酸溶液;得到1220g高纯石膏产品(白度100,纯度95.2%);得到421g有机肥料;1063g建筑石膏(白度52,纯度86.5%)。
以上仅为本发明的较佳实施方案,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用磷矿制备磷酸及其衍生物的方法,其特征在于,包括以下步骤:
将磷酸加热至80~110℃,加入磷矿,搅拌反应,过滤,得滤液和滤渣;
向滤液中加入硫酸Ⅰ,搅拌反应,过滤,得磷酸和石膏;
将滤渣用60~100℃热磷酸洗涤,并加入硫酸Ⅱ,搅拌反应,反应结束后加入捕收剂进行反浮选处理,得有机渣浆和石膏浆;
将有机渣浆和石膏浆分别过滤,得有机肥料、建筑石膏和混酸溶液。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,包括将滤渣用80~110℃的热磷酸洗涤后的洗涤液加入到所述滤液中;
还包括将滤液与硫酸Ⅰ反应得到的磷酸用于分解磷矿反应;
还包括测定混酸中硫酸根的浓度,然后用98%浓度硫酸配置所述硫酸Ⅰ、硫酸Ⅱ。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述磷酸以P2O5计,质量浓度为15~30%;所述磷矿和磷酸的质量比为1:(10~20)。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述磷酸与磷矿搅拌反应时间0.5~4h。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述硫酸Ⅰ质量浓度为30~98%,所述硫酸Ⅰ添加量为滤液中钙物质的量的1~1.2倍。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述硫酸Ⅰ与滤液搅拌反应温度为20~100℃、时间0.5~4h。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述硫酸Ⅱ质量浓度为10~60%,所述硫酸Ⅱ添加量为滤渣中钙物质的量的1~1.5倍。
8.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述硫酸Ⅱ与滤渣搅拌反应温度为60~95℃、时间0.5~2h。
9.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述捕收剂添加量为滤渣质量的1~6.8%;所述捕收剂为表面活性剂、絮凝剂、偶联剂中的一种或多种。
10.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,将所述石膏用0.8~1.5倍质量的水洗涤3次后,纯度达到98%以上、白度大于100;
所述建筑石膏纯度达到90%以上、白度大于60。
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