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湿法磷酸的净化技术

作者：陈婕妤

来源：《中国化工贸易·上旬刊》2018年第03期

摘 要：磷酸及磷酸盐类是重要的用于生产磷肥的化工原料，也是生产像磷酸二氢钙等一类饲料营养剂的原料，同时在食品级工业生产中作为酸味剂、营养剂（如可口可乐中就含有磷酸成分）。磷酸盐可以制作耐高温、耐热冲击的凝胶材料等耐火材料，故磷酸及磷酸盐类在人类生产与生活中起到了很重要的作用。生产磷酸主要有热法工艺和湿法工艺，热法磷酸主要用于化工和食品工业中，但其生产过程中耗能高，设备复杂，污染严重。本文分析了湿法磷酸的净化技术。

关键词：湿法磷酸；净化技术；应用

目前，世界上湿法磷酸的产量已占磷酸总产量的85%-90%。但由于湿法磷酸的生产中，原料磷矿中的杂质，如氟、硫、铁、铝、镁、钙等进入到成品磷酸中，故普遍将湿法制得的磷酸或磷酸盐类用于制取磷复肥，其难以满足食品级、医药级和电子级对高纯磷酸的要求，若要用湿法磷酸制出优质的磷酸盐产品，需对其中的杂质离子进行深度的净化处理。 1 湿法磷酸净化技术 1.1 湿法磷酸净化原理

导致湿法磷酸纯度不高的原因多种多样，其中硫酸或磷矿原料品质较差、药剂的添加、设备管道的磨蚀及腐蚀等都可能产生杂质。杂质主要包括溶解性和非溶解性两种，其中前者又包括阳离子型、阴离子型，而后者也包括晶体型、交替型两大类。仅依靠单一的净化处理方式根本无法消除湿法磷酸中的多种杂质，在生产过程中需要针对杂质特征和类型，合理的采用物理净化、化学净化方法，才能提高磷酸纯度。 1.2 湿法磷酸净化方法 1.2.1 物理净化方法

①物理吸附法。物理吸附法的最大作用是去除有机杂质，在一定程度上净化湿法磷酸。物理吸附剂以活性炭为主，除此之外还有一些吸附剂在生产工艺中也经常被使用到，例如活性硅、活性白土、膨润土等，具有良好的吸附作用。这些吸附剂的工作原理为，吸附剂自身表面的不平衡立场状态下，质点可以自行维持其表面能，因此一旦有影响其表面能的物质的存在，便会进行吸附，尽力达到维持原表面能的目的。所以在有机杂质被吸附剂吸附时，为达到净化湿法磷酸的目的，需再次进行固液分离操作；②有机溶剂萃取法。不同物质在磷酸溶液中的溶解度存在较大的差异，有机溶剂萃取法就是基于此原理，将正丁醇、异丁醇、甲醇等一种或多种有机溶剂加入溶液中，进行分离，当溶液达到平衡状态时即完成净化处理；③溶剂沉淀法。

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溶剂沉淀法的基本原理如下：相较于大部分盐类杂质，在乙醇等类似水溶性溶剂中，磷酸可以达到充分的溶解，而杂质则不能够有效溶解。将水溶性有机溶剂按照一定的配比和具体需求加入湿法磷酸中，会直接使其中的杂质盐类因溶解度的骤降而以固状形态析出。此外，若为更好地达到除去杂质的目的，可以加入定量的沉淀剂。 1.2.2 化学净化方法

①化学沉淀法。化学沉淀法指的是使化学物质同杂质离子进行反应，从而生成挥发性气体或难溶解的沉淀，达到净化磷酸的目的，湿法磷酸中加入酸性溶液，可以有效的去除金属离子。树脂中的离子和湿法磷酸中的离子交换动力学表明离子之间的交换速度很快。离子交换树脂方法净化湿法对磷酸中其他杂质离子（除了铁离子外）的净化率可达到30%；②氧化脱色法。湿法磷酸中的低分子有机物不能单依靠吸附和溶剂萃取等物理方式进行消除，在浓缩时还会使磷酸溶液会因高温呈现暗褐色，可以在生产过程中借助高锰酸钾、氯等物质的氧化分解作用，进行脱色处理。

2 湿法磷酸净化技术的应用 2.1 有机溶剂萃取工艺技术流程

有机溶剂萃取工艺技术的原理是相似相溶，主要包括多级萃取和单级萃取两种，进行液-液萃取的过程中需要利用混合设备、分离设备和溶剂回收设备，硫酸溶液通过混合、分离和溶液回收三个过程即可。通过有机溶剂萃取工艺技术生产的磷酸操作简便，减少了成本投入，大大提升了磷酸品质。

2.2 有机溶剂萃取能耗指标

衡量工艺技术在实际运用方面是否具有广泛意义的重要指标之一就是能耗，由于在生产过程中使用黄磷，会对环境造成严重污染和大量能源的消耗，尽管黄磷在我国的储量丰富，但受上述问题的影响，导致黄磷相关产业的开发和发展具有局限性。相较于热法磷酸技术，在能耗与电耗方面，净化湿法磷酸应用有机溶剂萃取技术，可以节省更多能源，优势突出。在有关部门进行实际考察调研中，建设以湿法磷酸与热法磷酸为支撑的生产体系，并分别监测热法磷酸加工磷矿石原料与有机溶剂萃取技术加工中各自的电耗和能耗，根据实际得出的数据发现：在能耗方面，热法磷酸的消耗在有机溶剂萃取技术的2倍之上；而在电耗方面，有机溶剂萃取技术要比热法磷酸节省10倍左右。经过以上分析，有机溶剂萃取技术进化磷酸的技术能达到更高效率的能源和电源的节省，带来更加可观的生产效益。

综上所述，磷酸不仅是一种农业磷肥的原料，还是应用非常广泛的化工原料，在化学工业生产和农业生产领域中都发挥着重要作用。湿法磷酸净化技术的应用能够有效提升磷酸净化质量，确保磷酸的品质，扩大磷酸的应用范围，对降低生产成本，减少能耗具有非常重要的意

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义。技术研发人员应提高对湿法磷酸净化技术的研究力度，不断对净化技术进行创新，引进先进的技术工艺，进一步提高磷酸的纯度，推动我国磷酸行业的发展。 参考文献：

[1]王慰慈.我国黄磷工业的现状调研[C]//.云南省磷深加工发展研讨会资料汇编，2017. [2]黄美英，杨三可，李军，等.溶剂萃取法净化湿法磷酸的工艺研究[J].磷肥与复肥，2017，19（4）：9.

[3]王保华.湿法磷酸净化脱氟的实验研究[J].化工矿物与加工，2016（7）：14.