湿法磷酸制备大颗粒工业磷酸一铵的结晶工艺研究_李青
发布时间:2024-11-12
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:/d.issn.1672-5425.2014.08.006oi10.3969j
014,Vol.31No.08化学与生物工程
Chemistr&Bioenineerinygg
湿法磷酸制备大颗粒工业磷酸一铵的结晶工艺研究
李 青,龙秉文,邓伏礼,丁一刚,吴元欣
(武汉工程大学绿色化工过程教育部重点实验室湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室,
)湖北武汉430074
考察了搅拌速度和降温梯度对结晶的影响。结果表明,在搅拌速摘 要:采用湿法磷酸制备大颗粒工业磷酸一铵,
-1-1
·m、度为2得到的磷酸一铵颗粒较大且均匀、粒降温梯度为0的最佳结晶工艺条件下,50~350rin.2~0.4℃·min
度分布较集中、晶型完整。
关键词:湿法磷酸;磷酸一铵;大颗粒;结晶
()中图分类号:TQ500126.39 文献标识码:A 文章编号:16724252014080243---
对灭火剂技术的环 随着人们环保意识的日益增强,
保要求也进一步提高,作为环保型灭火剂的主要产品之一,工业级磷酸一铵灭火剂的需求量迅速增大。工业磷酸一铵具有广阔的市场前景且经济效益显著,国内多家
]1
。科研单位和磷酸盐企业正积极开展技术攻关[
檬酸钠、盐酸、硝酸,分析纯。
astersizer2000型激光粒度仪;926型数字MAR
激光转速仪;1600型紫外可见分光光度计。UV-1.3 方法
3.1 湿法磷酸预处理1.
)预净化:采用K磷矿粉C1OiO23+S2为脱氟剂、为脱硫剂。取500g湿法磷酸置于100mL单口烧0
]56-
,反瓶中,在不断搅拌下缓慢加入脱氟剂和脱硫剂[2-
应3h后抽滤,测定滤液中F-、SO4的含量。7]
。取预净化)净化:采用碳酸钡为深度脱硫剂[2
的湿法磷酸4放入50g置于100mL单口烧瓶中,0 -1
,·m待温度恒搅拌速度为30℃恒温水浴,00rin5
定后,在不断搅拌下缓慢加入适量碳酸钡,反应602-
测定滤液中Smin后抽滤,O4的含量。
工业磷酸一铵的质量由产品纯度和晶型晶貌共同
]32-
,若结晶颗粒大小不一、形貌不规则,会直接影决定[
响其过滤性能。研究表明,搅拌速度、降温梯度等对工
4]
。作者在此用预处理业磷酸一铵结晶有明显的影响[
的湿法磷酸制备工业磷酸一铵,考察搅拌速度、降温梯度等对其结晶的影响,优化了结晶工艺。
1 实验
1.1 原料组成
湿法磷酸和磷矿粉由某化工公司提供,湿法磷酸的组成及含量见表1。
表1
湿法磷酸组成/%
3.2 工业磷酸一铵的制备1.
取一定量预处理的湿法磷酸置于三口烧瓶中,放入1恒温后通入氨气,待p00℃恒温水浴,.4左H=3右停止中和,冷却过滤;将滤液倒入三口烧瓶中,放入恒温后继续通入氨气,待p5℃恒温水浴,.6左9H=4
8]
,·冷却过滤;右停止中和[滤液浓缩至密度为1.37g
-1
·m在搅拌速度为1和降温梯度cm-3,50~550rin
-1
下分别结晶,为0降温梯度控制在.1~0.6℃·min
9]
,过滤,介稳区内[干燥,得到工业磷酸一铵晶体,对晶
/%Tab.1 Thecomositionofwetocesshoshoricacidr -pppp
组分质量分数
P2O59.271
2-
SO4
3+
Fe
MO g1.91
F-0.77
1.76 0.27
1.2 试剂与仪器
无水乙醇、氯化钡、碳酸钾、二氧化硅、碳酸钡、柠
)国家科技支撑计划资助项目(基金项目:2013BAB07B02收稿日期:20145202--
型、粒度分布进行分析。
,:作者简介:李青(女,山东枣庄人,硕士研究生,研究方向:磷化工;通讯作者:丁一刚,教授,博士生导师,1987-)E-maildzhanliygg
63.com。@1
湿法磷酸制备大颗粒工业磷酸一铵的结晶工艺研究/李 青等:2014年第8期
1.4 分析检测
工业磷酸一铵的粒度分布用激光粒度仪分析;搅拌速度用数字激光转速仪测定;P2O5含量采用喹钼柠酮重量法(仲裁法)测定。
.37g·cm-3, 将已准备的中和液的密度浓缩至1
将浓缩液冷却结晶。实验条件为:降温梯度为0.3℃
-1-1
,)·m降温至4分别在搅拌速度(5℃,ininr·m
为1确定得50、250、350、450、550的条件下进行结晶,较均匀的白色晶体的工业磷酸一铵的到纯度为98%、搅拌速度。
)图1
1.1 搅拌速度对晶型的影响(2.
2 结果与讨论
2.1 搅拌速度对工业磷酸一铵结晶的影响
:·m,搅拌速度(in-1)50,250,350,450,5501ra~e
图1 搅拌速度对工业磷酸一铵晶型的影响
Fi.1 Theeffectofstirrinseedonthecrstalformofindustrialmonoammoniumhoshate ggpypp
适当的搅拌速度能有效地促进晶核的增大和成
长,但搅拌速度超过一定限度时对晶型有破坏作用。
-1
·m之间由图1可知:搅拌速度在150~350rin
10]
,同时由于晶体与晶体、促使大量新晶核生成[设备
间的碰撞,产生大量碎晶,粒度分布较分散。因此,最
-1
。·m佳搅拌速度为250~350rin
时,工业磷酸一铵结晶随着搅拌速度的加快不断增大,
-1
·m时,工业磷晶型较完整;当搅拌速度超过350rin
2.2 降温梯度对工业磷酸一铵结晶的影响
将已准备的中和液的密度浓缩至1.37g·cm-3,
·将浓缩液冷却结晶。实验条件为:搅拌速度为300r
-1-1
,)降温至4为分别在降温梯度(min5℃,in℃·m
确定0.1、0.2、0.4、0.6和自然冷却条件下进行结晶,
酸一铵晶体接触成核的几率大大增大,晶体之间碰撞频率增大,导致工业磷酸一铵晶型不完整,并且伴有大量碎晶现象。
)图2
1.2 搅拌速度对粒度分布的影响(2.
颗粒较大的白色晶体的工业磷酸一得到纯度为98%、铵的降温梯度。
)图32.1 降温梯度对晶型的影响(2.
工业生产中,采用自然冷却降温结晶,得到的工业磷酸一铵晶体较小且晶型不完整;而采用梯度降温结晶更容易控制产品的晶型。
由图3可知:采用自然冷却降温得到的产品,晶体受到了破坏;采用梯度降温得到的工业磷酸一铵晶体晶型较为完整,且晶体相对均匀,但降温梯度大于0.4
-1
时,由于溶解度过大,会导致晶型表面附有℃·min
碎晶。因此,工业磷酸一铵降温梯度不宜大于0.4℃-1
。·min
-1):·m搅拌速度(1~5,in50,250,350,450,5501r
图2 搅拌速度对工业磷酸一铵粒度分布的影响Fi.2 Theeffectofstirrinseedonthearticlesize ggpp distributionofindustrialmonoammoniumhoshate pp
-1
·m由图2可以看出:时搅拌速度小于250rin
)图42.2.2 降温梯度对粒度分布的影响(
由图4可知:梯度降温比自然冷却降温得到的工业磷酸一铵的粒度分布更集中,当降温梯度小于0.2
-1
时粒度分布比较均匀但是粒度较小;当降℃·min
-1
时主粒度较大但粒度分布温梯度大于0.4℃·min
结晶的粒度较小,不利于工业磷酸一铵工业化生产;搅
-1
·m之间时粒度分布较为集拌速度在150~350rin-1
·m时,流体剪应力增强,中;搅拌速度超过350rin
不均匀。这主要是因为,降温梯度较大时,晶体成核温
湿法磷酸制备大颗粒工业磷酸一铵的结晶工艺研究
/2014年第8期李 青等:
,:降温梯度(自然冷却降温ain-1).1,0.2,0.4,0.6 e.0℃·m~d
图3 降温梯度对工业磷酸一铵晶型的影响
Fi.3 Theeffectofcoolinradientonthecrstalformofindustrialmonoammo
niumhoshate gggypp
磷酸一铵结晶颗粒小、粒度分布不均匀、形貌不规则的技术难题。
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图4 降温梯度对工业磷酸一铵粒度分布的影响Farticlesizei.4 Theeffectofcoolinradientonthe pggg hoshatedistributionofindustrialmonoammonium pp
度逐渐降低,需要迅速使结晶热从固相中散逸,因而产生大量细晶,晶体平均粒径逐渐减小,晶体的主粒度增
-1
。大。因此,最佳降温梯度为0.2~0.4℃·min
3 结论
用湿法磷酸制备工业磷酸一铵,在搅拌速度为
-1-1
、·m降温梯度为050~350rin.2~0.4℃·min2
的最佳结晶工艺条件下,得到的工业磷酸一铵晶体颗
粒大且均匀、粒度分布较集中、晶型完整。解决了工业
tudonCrstallizationProcessofLareParticleIndustrialMonoammoniumS yyg
PPhoshatePrearedbWetrocessPhoshoricAcid- ppyp
,,,,aLlxWUYuanIinLONGBinenDENGFuiDINGYinin-w--- gQggg
(KLGCPoMoEHKLoNoeaboratorrreenhemicalrocessinistrducation,ubeieaboratorovel f f f fy y yy y
&GCTWuIoTWuC4Reactor reenhemicalechnolohannstituteechnolohan30074,hina) f gy,gy,:rAbstractLareocessarticleindustrialmonoammoniumhoshatewasrearedbwethoshoricacid-p gpppppppy andthecrstallizationrocesswasotimized.Theeffectsofstirrinseedandcoolinradientoncrstalliza- yppgpggy
:tionwereinvestiated.Theresultsshowedundertheotimumcrstallizationconditionsasfollowsthestirrin gpyg
-1-1
,,·mtmseedwas250~350rinhecoolinradientwas0.2~0.4℃·minonoammoniumhoshatewas pggpp
obtainedinlareanduniformarticleswithconcentratearticlesizedistributionandoodcrstalform. gppgy
:;(;;rKewordswetocesshoshoricacidmonoammoniumhoshateMAP)arearticlecrstallizationl -pppppgpyy