磷酸二氫鉀生產(chǎn)方法的研究進(jìn)展

磷酸二氫鉀生產(chǎn)方法的研究進(jìn)展

據(jù)推測(cè)，河南省每年使用3.4萬(wàn)噸磷酸二羥鉀，用途廣泛。為了解決磷酸二氫鉀的生產(chǎn)問(wèn)題,1980年始我們對(duì)生產(chǎn)磷酸二氫鉀的所有方法做了研究和試驗(yàn),現(xiàn)將其特點(diǎn)綜述如下。1磷酸二羥鉀的生產(chǎn)方法總結(jié)1中和法hpo4中和法生產(chǎn)磷酸二氫鉀是用氫氧化鉀或碳酸鉀中和磷酸以生產(chǎn)磷酸二氫鉀,其化學(xué)反應(yīng)如下:H3PO4+KOH==KH2PO4+H2O(1)Η3ΡΟ4+ΚΟΗ=ΚΗ2ΡΟ4+Η2Ο(1)2H3PO4+K2CO3==2KH2PO4+H2O+CO2(2)2Η3ΡΟ4+Κ2CΟ3=2ΚΗ2ΡΟ4+Η2Ο+CΟ2(2)由于中和法具有工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn),適合小批量生產(chǎn)。但中和法成本高,尤其是碳酸鉀、氫氧化鉀調(diào)價(jià)后,該法幾乎不能用于生產(chǎn)。1該法經(jīng)濟(jì)上的弊端結(jié)晶法是根據(jù)H3PO4—KH2PO4—KCl—H2O系統(tǒng)中,在不同溫度下KH2PO4在H3PO4溶液中的溶解度變化來(lái)分離制得KH2PO4。反應(yīng)方程式如下:H3PO4+KCl==KH2PO4+HCl(3)Η3ΡΟ4+ΚCl=ΚΗ2ΡΟ4+ΗCl(3)該法經(jīng)濟(jì)上比中和法優(yōu)越,但是:(1)該法是在酸性介質(zhì)和高溫下(170℃左右)反應(yīng),對(duì)設(shè)備的要求非?？量?而且極易被腐蝕,不僅一次性投資大,而且大幅度地增加成本,我們?cè)?m3的反應(yīng)釜做試驗(yàn),1噸產(chǎn)品未出反應(yīng)釜已被腐蝕壞;(2)由于HCl的逸出,需要吸收裝置,不注意會(huì)形成污染;(3)產(chǎn)品質(zhì)量較差,含3%左右的氯離子和少量磷酸。1磷酸二氫鉀萃取法萃取法是利用不同的有機(jī)溶劑對(duì)不同的化合物具有不同的溶解特性,將某物質(zhì)從混合物中分離出來(lái)的方法。萃取法生產(chǎn)磷酸二氫鉀,是以結(jié)晶法為基礎(chǔ),有機(jī)溶劑為沉淀劑,從而制得純度較高的磷酸二氫鉀。一般的萃取劑為甲醇、異丁醇、苯和二丁基亞砜等。由于有機(jī)溶劑價(jià)格昂貴,還需考慮有機(jī)溶劑的回收。因其基于結(jié)晶法,生產(chǎn)上也無(wú)法應(yīng)用。1合成kh2po4法利用一種陽(yáng)離子或陰離子樹(shù)脂,分別對(duì)H2PO4-和K+的吸附或再生過(guò)程來(lái)合成KH2PO4該法生產(chǎn)的磷酸二氫鉀質(zhì)量較高,但蒸發(fā)量太大(1噸成品需蒸發(fā)水15m3),能耗高,且樹(shù)脂價(jià)格昂貴,一次性投資較大。生產(chǎn)中,樹(shù)脂易中毒而需全部更換,給生產(chǎn)帶來(lái)麻煩并增大成本。1o4+co抗氧合物法o4磷酸二氫鈉復(fù)分解法是將氯化鉀中的鉀離子與正磷酸鹽的磷酸二氫根,通過(guò)復(fù)分解反應(yīng),生成磷酸二氫鉀,其化學(xué)反應(yīng)如下:Na2CO3+2H3PO4==2NaH2PO4+COΝa2CΟ3+2Η3ΡΟ4=2ΝaΗ2ΡΟ4+CΟ2+H2O(4)NaH2PO4+KCl==KH2PO4+NaCl(5)ΝaΗ2ΡΟ4+ΚCl=ΚΗ2ΡΟ4+ΝaCl(5)該法的特點(diǎn)是:生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單,反應(yīng)條件平和,操作方便,無(wú)污染,質(zhì)量可靠,成本較中和法每噸減少1000元以上。但該法仍有一點(diǎn)不足,就是副產(chǎn)品氯化鈉價(jià)值太低,仍然影響磷酸二氫鉀的成本。1+cl的合成工藝科學(xué)工作者在幾十年前就提出了用磷酸二氫銨與氯化鉀進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng),生產(chǎn)磷酸二氫鉀和氯化銨的生產(chǎn)方法。反應(yīng)方程如下:NH4H2PO4+KCl==KH2PO4+NHΝΗ4Η2ΡΟ4+ΚCl=ΚΗ2ΡΟ4+ΝΗ4Cl(6)NH4HCO3+H3PO4+KCl==KH2PO4+NH4Cl+CO2+H2O(7)ΝΗ4ΗCΟ3+Η3ΡΟ4+ΚCl=ΚΗ2ΡΟ4+ΝΗ4Cl+CΟ2+Η2Ο(7)不難看出,該反應(yīng)與反應(yīng)(4)、(5)相比,成本低得多。按方程式及實(shí)際生產(chǎn)計(jì)算,0.4噸純堿(每噸1300元)價(jià)值520元,0.6噸碳銨(每噸400元)價(jià)值240元,0.4噸氯化銨(每噸800元)價(jià)值320元,0.43噸氯化鈉(每噸100元)價(jià)值43元,成本相差557元。因?yàn)榉磻?yīng)(6)進(jìn)行不完全,因此該方法的研究進(jìn)展緩慢。最早見(jiàn)到的是英國(guó)Albrignt-Wilson公司的成果。該法是用熱法磷酸吸收氨生成磷酸二氫銨,磷酸二氫銨與氯化鉀在80℃下進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)生成磷酸二氫鉀。分離產(chǎn)品后的母液再與CaO反應(yīng),生成磷酸二氫鈣,并從殘?jiān)谢厥瞻迸c氯化鉀供循環(huán)用,該法磷酸二氫鉀收率較低,僅為63%。日本有田秀南等人建立了用磷酸銨和氯化鉀為原料,同時(shí)制取磷酸二氫鉀和氯化銨的方法,據(jù)說(shuō)收率很高,有較高的價(jià)值,但未工業(yè)化生產(chǎn)。在研究國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)方法的基礎(chǔ)上,我們確定以碳酸氫銨、磷酸、氯化鉀生產(chǎn)磷酸二氫鉀為主攻方向。經(jīng)過(guò)4年的時(shí)間,該工藝研究成功。磷酸二氫鉀收率在95%左右,副產(chǎn)品為以氯化銨為主的三元素復(fù)合肥,磷酸二氫鉀產(chǎn)品符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。2元素復(fù)合膜的制備(1)碳酸氫銨與磷酸反應(yīng)生成磷酸二氫銨,控制pH在4.5以下。(2)磷酸二氫銨與氯化鉀按100∶65的比例在60～100℃下發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成磷酸二氫鉀,反應(yīng)結(jié)束后體系冷卻至30℃以下分離出磷酸二氫鉀。(3)將分離出磷酸二氫鉀的母液蒸發(fā)至一定程度,冷卻至30℃以下,分離出三元素復(fù)合肥。母液返回系統(tǒng)。2鍋爐、不銹鋼泵年產(chǎn)1000噸磷酸二氫鉀主要設(shè)備及規(guī)格如下:鍋爐2t/h,1臺(tái);搪瓷反應(yīng)釜2m3,2臺(tái);離心機(jī)1～2m,2臺(tái);不銹鋼離心泵2″,1臺(tái);烘干設(shè)備,1套。2減少污染、降低生產(chǎn)廢水、萃取法兩氫鉀的經(jīng)濟(jì)效益及法(1)工藝技術(shù)狀況①操作方便,設(shè)備簡(jiǎn)單,宜土宜洋,設(shè)備投資5萬(wàn)元左右,即可年產(chǎn)500噸以上磷酸二氫鉀。②無(wú)三廢排放,生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。③成本低。較中和法每噸降低成本1600元左右,較結(jié)晶法、萃取法、離子交換法每噸降低成本1000元左右,較純堿法每噸降低成本600元左右。(2)按1000t/a磷酸二氫鉀計(jì)算,每生產(chǎn)1噸磷酸二氫鉀,其生產(chǎn)成本及效益見(jiàn)表1。磷酸二氫鉀售價(jià)5000～6500元/噸。如果按5000元計(jì)算,每噸利稅5000-3360=1640元,每年生產(chǎn)銷(xiāo)售1000噸,利稅額164萬(wàn)元左右。3中小型化工企業(yè)適用較