一种磷酸二氢钾的生产方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸二氢钾的生产的方法，它是采用湿法工艺线路，由硫酸氢钾制备、溶液萃取、磷酸二氢钾结晶与分离等工艺流程来完成，操作按磺化、水解、萃取、过滤、滤液浓缩、结晶与分离、烘干、分馏步骤进行，其反应条件温和，对设备材质无特殊要求。主要由于具有我国特色的分段中和法生产的磷酸氢钙，铁、铝、氟、硫杂质含量都很低，以此为原料，在生产过程中产生的难溶物氟硅酸钾［Ｋ＃－［２］ＳｉＦ＃－［６］］很少，从而使钾的收率很高，同时也使磷酸二氢钾的和磷酸的质量得到了保证，这是其它任何湿法工艺无法办到的。实验证明：本工艺先进，技术可靠，实用性强，是生产磷酸二氢钾产品成本最低的一种生产方法，且产品质量完全符合国家标准。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种磷酸二氢钾的生产方法
本专利技术涉及一种磷酸二氢钾的生产方法，同时涉及这种磷酸二氢钾的生产方法联合生产的工业级磷酸或磷酸盐。
技术介绍
磷酸二氢钾[KH2PO4]含有磷和钾两种养份，纯度高，浓度也高，是一种很理想的化学肥料品种，对多种作物都有显著的增产效果。近年来，磷酸二氢钾制成液体肥料的市场正逐渐扩大；由于磷酸二氢钾的盐指数比较低，施用后不会增加土壤的盐指数，它特别受菜农、果农和园艺界的青睐昧。随着农业的技术进步，磷酸二氢钾以其可以叶面喷施和根部滴灌的优势，在无土栽培、大棚蔬菜、园艺花卉和节水农业等领域里得到广泛的应用。纯度较高的磷酸二氢钾可用做细菌培养剂、发酵剂、营养剂和调味品；砷、氟和重金属合格的磷酸二氢钾还可用于饲料添加剂。正因为磷酸二氢钾用途广泛而且性能优越，近些年来，使得越来越多的企业和研究单位竞相开发磷酸二氢钾的生产方法。目前，生产磷酸二氢钾的主要方法及其弊病有以下：1.中和法：用氢氧化钾(或碳酸钾)中和热法磷酸，这种方法产品质量好，但最大的弊病是原料昂贵，产品成本高。2.复分解法：用磷酸一铵与氯化钾进行复分解反应，制得磷酸二氢钾，副产氯化钾铵。这种方法的弊病是分解率低，收率低，副产品难以加工，因此产品成本高。3.转化法：用工业级磷酸转化氯化钾，得到磷酸二氢钾，副产盐酸，这种方法反应温度高，设备防腐蚀难以过关。4.离子交换法：利用离子交换树脂分别对H2PO4-和K+的吸附与再生过程生成磷酸二氢钾，这种生产方法的最大缺点是蒸发的水量太大，能耗太高。-->5.有机溶剂萃取法：先将氯化钾溶解在磷酸中，然后以高级脂肪胺作萃取剂，可制得纯度较高的磷酸二氢钾。这种生产方法有三个问题：一是萃取剂价格昂贵；二是萃取剂中毒不好解决；三是副产品加工难度大。因此未能工业化。6.直接用磷矿粉、硫酸和氯化钾生产磷酸二氢钾，是七十年代初由爱尔兰哥尔丁公司和美国本族依尔公司搞起来的。这种方法的最大问题是磷矿粉含氟量高，反应过程中生成难溶的氟硅酸钾，加上生成一部份钾石膏，钾的损失达20％以上，经济上无法过关。还由于磷矿粉杂质多，导致磷酸二氢钾质量差。由于上述方法各自的弊端，到目前为止，还没有较大规模的生产装置，致使市场上磷酸二氢钾货源紧缺，产品价格一直居高不下。另外，现有工业级磷酸盐都是使用价格昂贵的热法磷酸为原料生产的，故产品的成本高。工业级磷酸一铵[NH4H2PO4]是制造灭火剂和阻燃剂的重要原料，砷、氟和重金属含量合格的磷酸一铵，对于反雏类动物是优良的饲料添加剂，它可以软化饲草，同时给动物提供磷素和非蛋白氮，饲效极佳。随着我国消防工作的逐步法制化和养牛养羊业的发展，工业级(饲料级)磷酸一铵的市场越来越广阔。再有，用工业级磷酸加工的骨质磷酸三钙[Ca3(PO4)2]是生产高级瓷器的重要原料，市场需求量也很大。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要克服上述各方法生产磷酸二氢钾的弊端，选择湿法工艺路线，着眼于使用价格相对低廉的原料，采用相对温和的反应条件并力求较高的收率，提供一种实用性强、可大规模生产、又很经济的磷酸二氢钾的生产方法。本专利技术的另一个目的是在生产磷酸二氢钾的同时，提供一种联合生产工业级磷酸或磷酸盐的方法。本专利技术的目的是采用这样的方式来实现的：一种磷酸二氢钾的生产方法，包括硫酸氢钾制备、溶液萃取、磷酸二氢钾结晶与分离的工艺流程来完成。操作过程按下述步骤进行，得到：主产品磷酸二氢钾、工业级磷酸或-->工业级磷酸一铵或骨质磷酸三钙；副产品工业级盐酸、工业级二水石膏。1.磺化：首先用硫酸分解氯化钾制得硫酸氢钾料浆，逸出的氯化氢用水逆流吸收生成盐酸，化学反应式如下：                反应是在湿法条件下进行的，该反应包括如下操作步骤：a.先将热水和氯化钾按1∶1的比例加入反应釜，开动搅拌器并向夹套通入蒸汽升温；b.然后徐徐加入硫酸(氯化钾与硫酸的分子比为1∶1.2-1.4)，反应温度逐渐上升至110--125℃；c.调节蒸汽流量，使反应温度保持在110-125℃；d.观察已无大量气泡逸出，再继续搅拌25-35分钟，制得硫酸氢钾料浆。2.萃取：在过量硫酸存在的条件下，用硫酸氢钾与磷酸氢钙反应，生成磷酸二氢钾与磷酸的混合水溶液和二水石膏的混合料浆，化学反应式如下：              该反应包括如下操作步骤：e.将步骤d制得的硫酸氢钾料浆加入适量清水，使硫酸氢钾浓度保持在30-50％；f.将硫酸氢钾溶液、硫酸和磷酸氢钙连续定量加入萃取槽，经充分反应制得磷酸二氢钾与磷酸和二水石膏的混合料浆；即将所述硫酸氢钾溶液、硫酸和磷酸氢钙连续定量按上述反应式所列分子比1∶1∶2的比例加入萃取槽，在70-90℃的温度条件下，经过5-6小时的反应，然后萃取料浆经过滤机过滤和洗涤得磷酸二氢钾与磷酸和二水石膏的混合料浆；其原料磷酸氢钙是用分段中和法生产出来的铁、铝、氟、硫含量都很低的磷酸氢钙。-->3.过滤：滤去二水石膏，再经脱硫得到磷酸二氢钾与磷酸的混合溶液，二水石膏经烘干即为副产品工业级二水石膏。4.浓缩与结晶：将上述(3)的混合溶液在真空蒸发系统浓缩至30-40％的P2O5浓溶液，送入结晶釜加入适量甲醇，析出磷酸二氢钾结晶，再经分离、烘干，制得磷酸二氢钾产品。5.分馏：将分离所得的母液，经分馏出甲醇后得到纯净磷酸产品(即工业级磷酸)，其甲醇冷凝回收循环使用。6.纯净磷酸进一步加工成磷酸盐，如采用中和结晶法生产工业级酸一铵或骨质磷酸三钙。化学反应式如下：                 本专利技术的显著性特点和积极效果在于以下几点：1、用独特的湿法工艺，技术可靠：由于氯化钾是在先溶于水的情况下与过量的硫酸反应，因而脱氯彻底，使反应产物品质好，又使后续工艺变得简单和易于操作。2、产品质量好：由于所使用的磷酸氢钙是分段中合生产出来的，本身含杂质很少，所产的磷酸二氢钾纯度达96％以上；硫酸氢钾是在氯化钾先溶于水的情况下生产的，所以盐酸的质量好，可达工业级水平；用甲醇萃取的磷酸为纯净磷酸，其质量可以和热法磷酸相媲美，进而确保磷酸盐的质量；副产的石膏呈纯净的白色，纯度达92％以上。3、由于磷酸氢钙含氟极少，所以在生产过程中产生的难溶物氟硅酸钾[K2SiF6]也就很少，从而使钾的收率很高。4、反应条件温和，对设备材质无特殊要求。尤其是硫酸氢钾生产，反应温度低，仅110-125℃，即可脱氯，一般搪玻璃反应釜就可以满足生产要求。5、采用的原料如硫酸、氯化钾、磷酸氢钙、甲醇、液氨和石灰等，价格便宜又易采购。尤其是近年来，分段中和法磷酸氢钙的生产在我国发展-->很快，已呈过剩之势，价格陡降。6、主副产品的市场需求都好，磷酸二氢钾、工业级磷铵和工业级盐酸的市场需求自不待言，二水石膏以其色白和细度可以作为复混肥的填充剂代替凹凸棒粉和膨润土，尤其是石膏中含硫达17％以上，在土壤缺硫日趋严重的情况下，将其用于复混肥的填充剂，可以显示出其它填充剂无法与之相比的优越性。7、各种物料利用充分，无废物排放和污染。本专利技术经实验证明所采用的工艺先进，技术可靠，实用性强。根据实验证实，依据本专利技术生产磷酸二氢钾，是目前产品成本最低的一种生产方法。附图说明图1是本专利技术硫酸氢钾制备工段工艺流程方框图；图2是本专利技术萃取工段工艺流程方框图；图3是本专利技术成品工段工艺流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸二氢钾的生产方法，包括硫酸氢钾制备、溶液萃取、磷酸二氢钾结晶与分离的工艺流程，操作过程按下述步骤进行：（１）．采用湿法工艺用硫酸分解氯化钾制得硫酸氢钾料浆，逸出氯化氢，该磺化反应包括如下操作步骤：ａ．先将热水和氯化钾按１ ∶１的比例加入反应釜，开动搅拌器并向夹套通入蒸汽升温，ｂ．然后徐徐加入硫酸（氯化钾与硫酸的分子比１∶１．２－１．４），反应温度逐渐上升至１１０－１２５℃，ｃ．调节蒸汽流量，使反应温度保持在１１０－１２５℃，ｄ．观察已无大量气泡逸 出，再继续搅拌２５－３５分钟，制得硫酸氢钾料浆，（２）．在过量硫酸存在的条件下，用硫酸氢钾与分段中和法生产的磷酸氢钙反应，生成磷酸二氢钾与磷酸的混合水溶液和二水石膏的混合料浆，该萃取反应包括如下操作步骤ｅ．将步骤ｄ制得的硫酸氢钾 料浆加入清水，使硫酸氢钾浓度保持在３０－５０％，ｆ．将硫酸氢钾溶液、硫酸和磷酸氢钙料浆连续定量按分子比１∶１∶２的比例加入萃取槽，在７０－９０℃的条件下经充分反应制得磷酸二氢钾与磷酸和二水石膏的混合料浆，（３）．滤去二水石膏，再经脱 硫得到磷酸二氢钾与磷酸的混合溶液，（４）．将上述（３）的混合溶液在真空蒸发系统浓缩至３０－４０％的Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］浓溶液，送入结晶釜加入甲醇，析出磷酸二氢钾结晶，再经分离、烘干，得到磷酸二氢钾产品。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种磷酸二氢钾的生产方法，包括硫酸氢钾制备、溶液萃取、磷酸二氢钾结晶与分离的工艺流程，操作过程按下述步骤进行：(1).采用湿法工艺用硫酸分解氯化钾制得硫酸氢钾料浆，逸出氯化氢，该磺化反应包括如下操作步骤：a.先将热水和氯化钾按1∶1的比例加入反应釜，开动搅拌器并向夹套通入蒸汽升温，b.然后徐徐加入硫酸(氯化钾与硫酸的分子比1∶1.2-1.4)，反应温度逐渐上升至110-125℃，c.调节蒸汽流量，使反应温度保持在110-125℃，d.观察已无大量气泡逸出，再继续搅拌25-35分钟，制得硫酸氢钾料浆，(2).在过量硫酸存在的条件下，用硫酸氢钾与分段中和法生产的磷酸氢钙反应，生成磷酸二氢钾与磷酸的混合水溶液和二水石膏的混合料浆，该萃取反应包括如下操作步骤e.将步骤d制得的硫酸氢钾料浆加入清水，使硫酸氢钾浓度保持在30-50％，f.将硫酸氢钾溶液、硫酸和磷酸氢钙料浆连续定量按分子比1∶1∶2的比例加入萃取槽，在70-90℃的条件下经充分反应制得磷酸二氢钾与磷酸和二水石膏的混合料浆，(3).滤去二水石膏，再经脱硫得到磷酸二氢钾与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹤楼，刘沧龙，赵道全，刘海龙，黄大雄，
申请(专利权)人：四川宏达集团有限公司，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]