工業(yè)磷酸一銨結(jié)晶工藝優(yōu)化

工業(yè)磷酸一銨結(jié)晶工藝優(yōu)化

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，殘余劑技術(shù)的環(huán)保要求也得到了進(jìn)一步提高。作為主要的環(huán)境保護(hù)滅火劑之一，工業(yè)級(jí)磷酸銨滅火劑的需求迅速增加。工業(yè)磷酸一銨具有廣闊的市場前景且經(jīng)濟(jì)效益顯著,國內(nèi)多家科研單位和磷酸鹽企業(yè)正積極開展技術(shù)攻關(guān)。工業(yè)磷酸一銨的質(zhì)量由產(chǎn)品純度和晶型晶貌共同決定,若結(jié)晶顆粒大小不一、形貌不規(guī)則,會(huì)直接影響其過濾性能。研究表明,攪拌速度、降溫梯度等對(duì)工業(yè)磷酸一銨結(jié)晶有明顯的影響。作者在此用預(yù)處理的濕法磷酸制備工業(yè)磷酸一銨,考察攪拌速度、降溫梯度等對(duì)其結(jié)晶的影響,優(yōu)化了結(jié)晶工藝。1實(shí)驗(yàn)1.1原料組成濕法磷酸和磷礦粉由某化工公司提供,濕法磷酸的組成及含量見表1。1.2激光粒度、轉(zhuǎn)速、測轉(zhuǎn)速無水乙醇、氯化鋇、碳酸鉀、二氧化硅、碳酸鋇、檸檬酸鈉、鹽酸、硝酸,分析純。Mastersizer2000型激光粒度儀;AR926型數(shù)字激光轉(zhuǎn)速儀;UV-1600型紫外可見分光光度計(jì)。1.3方法1.3.1脫氟脫硫劑法1)預(yù)凈化:采用K2CO3+SiO2為脫氟劑、磷礦粉為脫硫劑。取500g濕法磷酸置于1000mL單口燒瓶中,在不斷攪拌下緩慢加入脫氟劑和脫硫劑,反應(yīng)3h后抽濾,測定濾液中F-、SO42-的含量。2)凈化:采用碳酸鋇為深度脫硫劑。取預(yù)凈化的濕法磷酸450g置于1000mL單口燒瓶中,放入50℃恒溫水浴,攪拌速度為300r·min-1,待溫度恒定后,在不斷攪拌下緩慢加入適量碳酸鋇,反應(yīng)60min后抽濾,測定濾液中SO42-的含量。1.3.2冷卻過濾取一定量預(yù)處理的濕法磷酸置于三口燒瓶中,放入100℃恒溫水浴,恒溫后通入氨氣,待pH=3.4左右停止中和,冷卻過濾;將濾液倒入三口燒瓶中,放入95℃恒溫水浴,恒溫后繼續(xù)通入氨氣,待pH=4.6左右停止中和,冷卻過濾;濾液濃縮至密度為1.37g·cm-3,在攪拌速度為150~550r·min-1和降溫梯度為0.1~0.6℃·min-1下分別結(jié)晶,降溫梯度控制在介穩(wěn)區(qū)內(nèi),過濾,干燥,得到工業(yè)磷酸一銨晶體,對(duì)晶型、粒度分布進(jìn)行分析。1.4分析和檢測工業(yè)磷酸一銨的粒度分布用激光粒度儀分析;攪拌速度用數(shù)字激光轉(zhuǎn)速儀測定;P2O5含量采用喹鉬檸酮重量法(仲裁法)測定。2結(jié)果與討論2.1工業(yè)磷酸一銨的攪拌速度的確定將已準(zhǔn)備的中和液的密度濃縮至1.37g·cm-3,將濃縮液冷卻結(jié)晶。實(shí)驗(yàn)條件為:降溫梯度為0.3℃·min-1,降溫至45℃,分別在攪拌速度(r·min-1)為150、250、350、450、550的條件下進(jìn)行結(jié)晶,確定得到純度為98%、較均勻的白色晶體的工業(yè)磷酸一銨的攪拌速度。2.1.1攪拌速度對(duì)工業(yè)磷酸一銨結(jié)晶的影響適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣饶苡行У卮龠M(jìn)晶核的增大和成長,但攪拌速度超過一定限度時(shí)對(duì)晶型有破壞作用。由圖1可知:攪拌速度在150~350r·min-1之間時(shí),工業(yè)磷酸一銨結(jié)晶隨著攪拌速度的加快不斷增大,晶型較完整;當(dāng)攪拌速度超過350r·min-1時(shí),工業(yè)磷酸一銨晶體接觸成核的幾率大大增大,晶體之間碰撞頻率增大,導(dǎo)致工業(yè)磷酸一銨晶型不完整,并且伴有大量碎晶現(xiàn)象。2.1.2攪拌速度和粒度由圖2可以看出:攪拌速度小于250r·min-1時(shí)結(jié)晶的粒度較小,不利于工業(yè)磷酸一銨工業(yè)化生產(chǎn);攪拌速度在150~350r·min-1之間時(shí)粒度分布較為集中;攪拌速度超過350r·min-1時(shí),流體剪應(yīng)力增強(qiáng),促使大量新晶核生成,同時(shí)由于晶體與晶體、設(shè)備間的碰撞,產(chǎn)生大量碎晶,粒度分布較分散。因此,最佳攪拌速度為250~350r·min-1。2.2工業(yè)磷酸一銨分級(jí)結(jié)晶試驗(yàn)將已準(zhǔn)備的中和液的密度濃縮至1.37g·cm-3,將濃縮液冷卻結(jié)晶。實(shí)驗(yàn)條件為:攪拌速度為300r·min-1,降溫至45℃,分別在降溫梯度(℃·min-1)為0.1、0.2、0.4、0.6和自然冷卻條件下進(jìn)行結(jié)晶,確定得到純度為98%、顆粒較大的白色晶體的工業(yè)磷酸一銨的降溫梯度。2.2.1自然冷卻降溫工業(yè)生產(chǎn)中,采用自然冷卻降溫結(jié)晶,得到的工業(yè)磷酸一銨晶體較小且晶型不完整;而采用梯度降溫結(jié)晶更容易控制產(chǎn)品的晶型。由圖3可知:采用自然冷卻降溫得到的產(chǎn)品,晶體受到了破壞;采用梯度降溫得到的工業(yè)磷酸一銨晶體晶型較為完整,且晶體相對(duì)均勻,但降溫梯度大于0.4℃·min-1時(shí),由于溶解度過大,會(huì)導(dǎo)致晶型表面附有碎晶。因此,工業(yè)磷酸一銨降溫梯度不宜大于0.4℃·min-1。2.2.2n-1對(duì)粒度分布的影響由圖4可知:梯度降溫比自然冷卻降溫得到的工業(yè)磷酸一銨的粒度分布更集中,當(dāng)降溫梯度小于0.2℃·min-1時(shí)粒度分布比較均勻但是粒度較小;當(dāng)降溫梯度大于0.4℃·min-1時(shí)主粒度較大但粒度分布不均勻。這主要是因?yàn)?降溫梯度較大時(shí),晶體成核溫度逐漸降低,需要迅速使結(jié)晶熱從固相中散逸,因而產(chǎn)生大量細(xì)晶,晶體平均粒徑逐漸減小,晶體的主粒度增大。因此,最佳降溫梯度為0.2~0.4℃·min-1。3最佳結(jié)晶工藝條件下的晶體結(jié)構(gòu)用濕法磷酸制備工業(yè)磷酸一銨,在攪拌速