磷酸二氫鉀生產(chǎn)方法的研究進展

磷酸二氫鉀生產(chǎn)方法的研究進展

據(jù)推測，河南省每年使用3.4萬噸磷酸二羥鉀，用途廣泛。為了解決磷酸二氫鉀的生產(chǎn)問題,1980年始我們對生產(chǎn)磷酸二氫鉀的所有方法做了研究和試驗,現(xiàn)將其特點綜述如下。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單、產(chǎn)品質(zhì)量可靠等優(yōu)點,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)價后,該法幾乎不能用于生產(chǎn)。1該法經(jīng)濟上的弊端結(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,我們曾用1m3的反應(yīng)釜做試驗,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溶劑對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。由于有機溶劑價格昂貴,還需考慮有機溶劑的回收。因其基于結(jié)晶法,生產(chǎn)上也無法應(yīng)用。1合成kh2po4法利用一種陽離子或陰離子樹脂,分別對H2PO4-和K+的吸附或再生過程來合成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,且樹脂價格昂貴,一次性投資較大。生產(chǎn)中,樹脂易中毒而需全部更換,給生產(chǎn)帶來麻煩并增大成本。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)該法的特點是:生產(chǎn)設(shè)備簡單,反應(yīng)條件平和,操作方便,無污染,質(zhì)量可靠,成本較中和法每噸減少1000元以上。但該法仍有一點不足,就是副產(chǎn)品氯化鈉價值太低,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。按方程式及實際生產(chǎn)計算,0.4噸純堿(每噸1300元)價值520元,0.6噸碳銨(每噸400元)價值240元,0.4噸氯化銨(每噸800元)價值320元,0.43噸氯化鈉(每噸100元)價值43元,成本相差557元。因為反應(yīng)(6)進行不完全,因此該方法的研究進展緩慢。最早見到的是英國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,并從殘渣中回收氨與氯化鉀供循環(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,同時制取磷酸二氫鉀和氯化銨的方法,據(jù)說收率很高,有較高的價值,但未工業(yè)化生產(chǎn)。在研究國內(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4年的時間,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)品符合國家標準。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;搪瓷反應(yīng)釜2m3,2臺;離心機1～2m,2臺;不銹鋼離心泵2″,1臺;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)濟效益及法(1)工藝技術(shù)狀況①操作方便,設(shè)備簡單,宜土宜洋,設(shè)備投資5萬元左右,即可年產(chǎn)500噸以上磷酸二氫鉀。②無三廢排放,生產(chǎn)過程對環(huán)境沒有污染。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磷酸二氫鉀計算,每生產(chǎn)1噸磷酸二氫鉀,其生產(chǎn)成本及效益見表1。磷酸二氫鉀售價5000～6500元/噸。如果按5000元計算,每噸利稅5000-3360=1640元,每年生產(chǎn)銷售1000噸,利稅額164萬元左右。3中小型化工企業(yè)適用較