專利名稱：用濕法磷酸制備工業(yè)級磷酸和食品級磷酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)級磷酸和食品級磷酸的制備方法，特別涉及一種以濕法磷酸為原料、采用溶劑萃取法將濕法磷酸凈化成工業(yè)級磷酸或食品級磷酸的工藝。
背景技術(shù)：
工業(yè)級磷酸和食品級磷酸的制備既可以熱法磷酸為原料，又可以濕法磷酸為原料。由于熱法磷酸的生產(chǎn)耗能高，隨著能源日趨緊張，人們更愿意采用濕法磷酸，但濕法磷酸所含雜質(zhì)較高，必須將其凈化才符合工業(yè)級磷酸和食品級磷酸的要求。關(guān)于濕法磷酸的凈化，主要有化學(xué)沉淀法、離子交換法、磷酸濃縮凈化法、溶劑萃取法和結(jié)晶法，目前工業(yè)上一般采用溶劑萃取法。溶劑萃取法雖然已在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，但其流程的詳細(xì)數(shù)據(jù)和細(xì)節(jié)報道較少(見《磷酸、磷肥和復(fù)混肥料》，主編江善襄，化學(xué)工業(yè)出版社，1999年3月，P425倒數(shù)第2行～P426第2行)，尤其在我國尚未形成工業(yè)化生產(chǎn)。
《磷酸、磷肥和復(fù)混肥料》(主編江善襄，化學(xué)工業(yè)出版社，1999年3月)一書中介紹了法國羅納-普朗克公司所采用的生產(chǎn)工業(yè)級磷酸和食品級磷酸的溶劑萃取法——Central Liqueur流程(見該書P429～P430)，該流程以含40～50％P2O5的濕法磷酸為原料，工藝步驟包括澄清、脫色、萃取、洗滌、用水反萃取、反萃取后的酯相再用鹽水反萃、凈化酯脫砷、二效蒸發(fā)濃縮、脫氟，萃取劑(溶劑)選用磷酸三丁酯，洗滌工序加入適量苛性鈉脫硫，反萃后對精制酸進行脫砷、脫氟處理。其不足之處在于①萃取時通過添加硫酸來提高萃取率不經(jīng)濟，這會增加后續(xù)脫除硫酸根的困難，要使硫酸根脫除較徹底，就要增加NaOH消耗量、而且由成品酸返回作洗滌酸的量也要相應(yīng)增加，降低了裝置的效率。②該流程還在用水反萃后增加了一道工序---鹽水反萃酯相。③在凈化后的酸中脫砷不易控制，脫砷劑硫化鈉可溶于磷酸中，稍不注意，會導(dǎo)致凈化酸中鈉離子超標(biāo)。④磷酸三丁酯的密度(0.97g/cm3)與水的密度接近，而且萃取磷酸后粘度增加很多，不用稀釋劑會使兩相分相困難，酸相夾帶有機相嚴(yán)重，因此必須對萃余酸相中夾帶的磷酸三丁酯加以回收，增加了工序和凈化成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種用濕法磷酸制備工業(yè)級磷酸和食品級磷酸的新方法，此種方法在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，能簡化工藝、降低能耗和成本。
本發(fā)明提供的用濕法磷酸制備工業(yè)級磷酸的方法，工藝步驟依次包括預(yù)處理、脫硫、過濾分離、萃取、深脫硫、洗滌、反萃和濃縮；預(yù)處理是在濕法磷酸中加入脫硫劑、脫氟劑、脫色劑，將脫硫、脫氟、脫色放在一個工序進行，脫硫劑按磷酸中SO42-化學(xué)計量比的1～1.3倍加入，脫氟劑按磷酸中氟含量化學(xué)計量比的1～1.2倍加入，脫色劑加入量為磷酸質(zhì)量的0.1～1％。反應(yīng)溫度60～80℃，反應(yīng)時間2～4小時。
本發(fā)明提供的用濕法磷酸制備食品級磷酸的方法同上述制備工業(yè)級磷酸的方法屬于一個總的發(fā)明構(gòu)思，工藝步驟是在上述制備工業(yè)級磷酸的工藝步驟的基礎(chǔ)上增加深脫氟工序，深脫氟工序放在反萃工序之后；預(yù)處理是在濕法磷酸中加入脫硫劑、脫氟劑、脫色劑、脫砷劑、脫重金屬劑，將脫硫、脫氟、脫色、脫砷、脫重金屬放在一個工序進行，脫硫劑按磷酸中SO42-化學(xué)計量比的1～1.3倍加入，脫氟劑按磷酸中氟含量化學(xué)計量比的1～1.2倍加入，脫色劑加入量為磷酸質(zhì)量的0.1～1％，脫砷劑的加入量以磷酸中的As化學(xué)計量比加入，脫重金屬劑的加入量以磷酸中的重金屬化學(xué)計量比加入，反應(yīng)溫度60～80℃，反應(yīng)時間2～4小時。
上述方法中，預(yù)處理工序所使用的脫硫劑選用磷礦粉，脫氟劑選用碳酸鈉或/和碳酸鉀，脫色劑選用活性碳或/和硅藻土，脫砷劑和脫重金屬劑選用硫化鈉或/和五硫化二磷。
上述方法中，脫硫工序加入的脫硫劑選用碳酸鈣或/和氧化鈣，脫硫劑的加入量以磷酸中的SO42-化學(xué)計量比的1～1.2倍加入，反應(yīng)溫度60～80℃，反應(yīng)時間1～3小時；深脫硫工序是對萃取后的有機相進行脫硫，加入的脫硫劑為碳酸鋇或/和氫氧化鋇，脫硫劑加入量按有機相中SO42-化學(xué)計量比加入，反應(yīng)溫度50～60℃，反應(yīng)時間10～30min。
上述方法中，萃取工序使用的萃取劑為磷酸三丁酯與煤油的混合物，煤油的體積百分比為20～50％，磷酸三丁酯的體積百分比為50～80％；工藝參數(shù)有機相與水相的相比3～6∶1，溫度50～60℃，有機相為連續(xù)相。
上述方法中，反萃工序使用的萃取劑為軟水，工藝參數(shù)有機相與水相的相比6～10∶1，溫度50～60℃，水相為連續(xù)相。
制備食品級磷酸工藝流程中的深脫氟工序在真空條件下進行，真空度為88～95kpa，脫氟劑選用活性二氧化硅，其加入量以磷酸中氟含量的化學(xué)計量比的1.3～2倍加入，反應(yīng)溫度80～90℃。
本發(fā)明具有以下有益效果1、將脫氟、脫硫、脫色或脫氟、脫硫、脫色、脫砷、脫重金屬均放在預(yù)處理一個工序完成，不僅綜合效果優(yōu)于分步進行的效果而且簡化了工藝。
2、將深脫硫放在萃取后在有機相中進行，在有機相中生成的硫酸鋇晶體很快就沉降到酸相中，含硫酸鋇的酸相進入萃取塔后隨萃余酸去制造肥料，因而不僅縮短了時間，而且解決了分離硫酸鋇的難題，另外，脫硫劑用量少，硫酸根脫除十分徹底，可達到優(yōu)等工業(yè)級磷酸標(biāo)準(zhǔn)。
3、工藝流程中包含三次脫硫，可最大限度的脫除硫酸根，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
4、所用萃取劑為磷酸三丁酯與無色無味煤油的混合物，降低了萃取劑的密度和粘度，兩相分相容易，萃余酸夾帶有機相可忽略，萃取劑幾乎不溶于磷酸，因此萃余酸可以不用精餾回收萃取劑，直接用于肥料制造，簡化了流程，降低了能耗，節(jié)約了成本。
四

圖1是本發(fā)明所提供的用濕法磷酸制備工業(yè)級磷酸的一種工藝流程圖；圖2是本發(fā)明所提供的用濕法磷酸制備食品級磷酸的一種工藝流程圖。
五具體實施例方式
實施例1制備工業(yè)級磷酸本實施例中，所用原料濕法磷酸的組成如下

連續(xù)化生產(chǎn)，工藝步驟如圖1所示，依次包括預(yù)處理、脫硫、過濾分離、萃取、深脫硫、洗滌、反萃和濃縮。
(1)預(yù)處理預(yù)處理在預(yù)處理槽中進行，脫硫劑選用磷精礦，按磷酸中SO42-化學(xué)計量比的1.1倍加入；脫氟劑選用碳酸鈉，加入量為磷酸中氟含量化學(xué)計量比的1.2倍；脫色劑選用活性碳和硅藻土，活性碳的加入量為0.1％(以原料磷酸質(zhì)量計)，硅藻土的加入量為0.1％(以原料磷酸質(zhì)量計)。反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時間3小時。
(2)脫硫脫硫在脫硫槽中進行，脫硫劑選用碳酸鈣，按磷酸中SO42-化學(xué)計量比的1.2倍加入；反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時間2小時。
(3)過濾分離采用板框過濾機分離除去磷酸中固體物質(zhì)。
(4)萃取萃取在萃取槽中進行，萃取劑為磷酸三丁酯與煤油的混合物，煤油的體積百分比為35％，磷酸三丁酯的體積百分比為65％；工藝參數(shù)有機相與水相的相比4∶1，溫度50℃，有機相為連續(xù)相。
(5)深脫硫深脫硫在脫硫槽中進行，脫硫劑選用碳酸鋇，按有機相中SO42-化學(xué)計量比加入；反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)時間20分鐘。
(6)洗滌洗滌在洗滌槽中進行，有機相與水相的相比20∶1，溫度50℃，有機相為連續(xù)相。
(7)反萃反萃的設(shè)備為反萃塔，萃取劑為軟水，有機相與水相的相比6∶1，溫度60℃，水相為連續(xù)相。
(8)濃縮采用濃縮設(shè)備將反萃所獲得精制磷酸濃縮后即制備成工業(yè)級磷酸。
本實施例所制備的工業(yè)級磷酸，有關(guān)組分的含量如下表

實施例2制備食品級磷酸本實施例中，所用原料濕法磷酸的組成同實施例1。連續(xù)化生產(chǎn)，工藝步驟如圖2所示，依次包括預(yù)處理、脫硫、過濾分離、萃取、深脫硫、洗滌、反萃、深脫氟與濃縮。
上述工藝步驟中，除預(yù)處理、深脫氟與濃縮工序外，其他各工序均與實施例1相同。
預(yù)處理在預(yù)處理槽中進行，脫硫劑選用磷精礦，按磷酸中SO42-化學(xué)計量比的1.2倍加入；脫氟劑選用碳酸鈉，按磷酸中氟含量化學(xué)計量比的1.1倍；脫色劑選用活性碳和硅藻土，活性碳的加入量為0.1％(以原料磷酸質(zhì)量計)，硅藻土的加入量為0.1％(以原料磷酸質(zhì)量計)；脫砷劑和脫重金屬劑選用硫化鈉，按磷酸中砷和重金屬的化學(xué)計量比加入。反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時間3小時。
深脫氟與濃縮工序在真空條件下進行，真空度為93kpa，所使用的設(shè)備為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，脫氟劑選用活性二氧化硅，其加入量為磷酸中氟含量化學(xué)計量比的1.6倍；反應(yīng)溫度85℃，脫氟與濃縮時間3小時左右。
本實施例所制備的食品級磷酸，有關(guān)組分的含量如下表

權(quán)利要求
1.一種用濕法磷酸制備工業(yè)級磷酸的方法，工藝步驟依次包括預(yù)處理、脫硫、過濾分離、萃取、深脫硫、洗滌、反萃和濃縮，預(yù)處理是在濕法磷酸中加入脫硫劑、脫氟劑、脫色劑，將脫硫、脫氟、脫色放在一個工序進行，脫硫劑按磷酸中SO42-化學(xué)計量比的1～1.3倍加入，脫氟劑按磷酸中氟含量化學(xué)計量比的1～1.2倍加入，脫色劑加入量為磷酸質(zhì)量的0.1～1％。反應(yīng)溫度60～80℃，反應(yīng)時間2～4小時。
2.一種用濕法磷酸制備食品級磷酸的方法，工藝步驟是在權(quán)利要求1所述工藝步驟的基礎(chǔ)上增加深脫氟工序，深脫氟工序放在反萃工序之后，預(yù)處理是在濕法磷酸中加入脫硫劑、脫氟劑、脫色劑、脫砷劑、脫重金屬劑，將脫硫、脫氟、脫色、脫砷、脫重金屬放在一個工序進行，脫硫劑按磷酸中SO42-化學(xué)計量比的1～1.3倍加入，脫氟劑按磷酸中氟含量化學(xué)計量比的1～1.2倍加入，脫色劑加入量為磷酸質(zhì)量的0.1～1％，脫砷劑的加入量以磷酸中的As化學(xué)計量比加入，脫重金屬劑的加入量以磷酸中的重金屬化學(xué)計量比加入，反應(yīng)溫度60～80℃，反應(yīng)時間2～4小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于預(yù)處理工序所使用的脫硫劑為磷礦粉，脫氟劑為碳酸鈉或/和碳酸鉀，脫色劑為活性碳或/和硅藻土。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于預(yù)處理工序所使用的脫砷劑和脫重金屬劑為硫化鈉或/和五硫化二磷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于脫硫工序加入的脫硫劑為碳酸鈣或/和氧化鈣，脫硫劑的加入量以磷酸中的SO42-化學(xué)計量比的1～1.2倍加入，反應(yīng)溫度60～80℃，反應(yīng)時間1～3小時，深脫硫工序是對萃取后的有機相進行脫硫，加入的脫硫劑為碳酸鋇或/和氫氧化鋇，脫硫劑加入量按有機相中SO42-化學(xué)計量比加入，反應(yīng)溫度50～60℃，反應(yīng)時間10～30min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于萃取工序使用的萃取劑為磷酸三丁酯與煤油的混合物，工藝參數(shù)有機相與水相的相比3～6∶1，溫度50～60℃，有機相為連續(xù)相。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于萃取劑中，煤油的體積百分比為20～50％，磷酸三丁酯的體積百分比為50～80％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于反萃工序使用的萃取劑為軟水，工藝參數(shù)有機相與水相的相比6～10∶1，溫度50～60℃，水相為連續(xù)相。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于反萃工序使用的萃取劑為軟水，工藝參數(shù)有機相與水相的相比6～10∶1，溫度50～60℃，水相為連續(xù)相。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的方法，其特征在于深脫氟工序在真空條件下進行，真空度為88～95kpa，脫氟劑選用活性二氧化硅，其加入量按磷酸中氟含量的化學(xué)計量比13～2倍加入，反應(yīng)溫度80～90℃。
全文摘要
一種用濕法磷酸制備工業(yè)級磷酸的方法，工藝步驟依次包括預(yù)處理、脫硫、過濾分離、萃取、深脫硫、洗滌、反萃和濃縮；預(yù)處理是在濕法磷酸中加入脫硫劑、脫氟劑、脫色劑，將脫硫、脫氟、脫色放在一個工序進行，反應(yīng)溫度60～80℃，反應(yīng)時間2～4小時。用濕法磷酸制備食品級磷酸的方法是在上述制備工業(yè)級磷酸的工藝步驟的基礎(chǔ)上增加深脫氟工序，深脫氟工序放在反萃工序之后。此種方法簡化了流程，降低了能耗，節(jié)約了成本。
文檔編號C01B25/237GK1483666SQ03117850
公開日2004年3月24日 申請日期2003年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者李軍, 鐘本和, 何浩明, 何秦, 楊三可, 黃美英, 陳亮, 李 軍 申請人:四川大學(xué), 貴州宏福實業(yè)開發(fā)有限總公司