一种磷酸二氢钾的制备方法与流程

本发明涉及磷酸盐生产技术领域，特别涉及一种磷酸二氢钾的制备方法。

背景技术：

磷酸二氢钾，别名为磷酸一钾，通常为无色四方晶体或白色结晶性粉末，分子式为kh2po4，磷酸二氢钾是现代设施农业生产市场需求最旺盛的肥料之一，同时，磷酸二氢钾作为无机盐类磷酸盐，是磷酸钾盐市场规模用量最多的产品。在工业上，磷酸二氢钾是制造磷酸氢二钾、磷酸三钾和焦磷酸钾的基础原料；在医药领域，磷酸二氢钾作为营养剂、尿液酸化剂等；在食品工业上，磷酸二氢钾用作食品添加剂、合成清酒的调味剂、细菌培养剂等。

目前，国内外磷酸二氢钾的制备方法主要有中和法、溶剂萃取法和复分解法，其中，中和法由于原料氢氧化钾价格较高，生产成本高，因而限制了其大规模的生产；溶剂萃取法的工艺流程复杂，采用的有机溶剂多为醇类、脂类、酮类等等，不仅价格较高，而且产生的污染大；复分解法具有原料便宜，产率较高等优点，但是仍然存在杂质含量较多的缺陷。因此，为了满足现代设施农业、工业、医药、食品等行业对磷酸二氢钾需求的增加，急需人们研发出磷酸二氢钾的新制备工艺。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供一种磷酸二氢钾的制备方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种磷酸二氢钾的制备方法，包括如下步骤：

(1)将磷矿粉加入湿法磷酸中，反应完后固液分离，取滤液得一次净化磷酸；

(2)向一次净化磷酸中加入钾盐，反应后室温陈化、过滤得到二次净化磷酸；

(3)将络合剂加入二次净化磷酸中，经搅拌、静置沉降、过滤得到三次净化磷酸；

(4)用三正丁胺为有机萃取剂萃取三次净化磷酸，加入氯化钾进行反应，待反应完全后，静置分层，取下层得到磷酸二氢钾溶液；

(5)采用磷酸将磷酸二氢钾溶液的ph值调至4～5，再真空浓缩，经降温结晶、固液分离、干燥制得磷酸二氢钾。

优选的，所述步骤(1)中，所述反应条件为：反应时间为1～4h，反应温度为50～80℃。

优选的，所述步骤(1)中，所述磷矿粉中钙元素与所述湿法磷酸中硫元素的摩尔比为1～2:1。

优选的，所述步骤(2)中，所述钾盐选自氢氧化钾、碳酸钾、氯化钾、磷酸二氢钾中的一种或多种。

优选的，所述步骤(2)中，所述钾盐中钾元素与所述一次净化磷酸盐中氟元素的摩尔比为1～1.5:1。

优选的，所述步骤(3)中，所述络合剂选自乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸钠、柠檬酸钾、乙二胺四乙酸钾中的一种或多种。

优选的，所述步骤(3)中，所述络合剂的质量为所述二次净化磷酸的质量的0.2～0.5％。

优选的，所述步骤(4)中，所述三正丁胺与所述三次净化磷酸的体积比为0.5～2:1。

优选的，所述步骤(4)中，所述氯化钾与所述三次净化磷酸中的磷元素的摩尔比为1.5～2:1。

优选的，所述步骤(5)中，所述降温的步骤具体包括：在搅拌速率为10～100r/min的条件下，以1～5min/℃的降温速率降温至10～30℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过脱硫、脱氟、络合除杂、萃取等净化步骤，使净化后的磷酸能与氯化钾发生复分解反应，生产出纯度高于98％的磷酸二氢钾产品，产品的纯度高，杂质少，原料来源普遍，具有良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明提供的磷酸二氢钾的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的一种磷酸二氢钾的制备方法，其工艺流程如图1所示。包括如下步骤：

(1)将磷矿粉加入湿法磷酸中，反应完后固液分离，取滤液得一次净化磷酸；

(2)向一次净化磷酸中加入钾盐，反应后室温陈化、过滤得到二次净化磷酸；

(3)将络合剂加入二次净化磷酸中，经搅拌、静置沉降、过滤得到三次净化磷酸；

(4)用三正丁胺为有机萃取剂萃取三次净化磷酸，加入氯化钾进行反应，待反应完全后，静置分层，取下层得到磷酸二氢钾溶液；

(5)采用磷酸将磷酸二氢钾溶液的ph值调至4～5，再真空浓缩，经降温结晶、固液分离、干燥制得磷酸二氢钾。

在实施方式中，所述步骤(1)中，所述反应条件为：反应时间为1～4h，反应温度为50～80℃。

在实施方式中，所述步骤(1)中，所述磷矿粉中钙元素与所述湿法磷酸中硫元素的摩尔比为1～2:1。

在实施方式中，所述步骤(2)中，所述钾盐选自氢氧化钾、碳酸钾、氯化钾、磷酸二氢钾中的一种或多种。利用钾盐与一次净化磷酸中的氟离子形成氟硅酸盐，使氟和硅沉积分离出来。进一步的，所述钾盐为磷酸二氢钾，从而避免引入其它元素。

在实施方式中，所述步骤(2)中，所述钾盐中钾元素与所述一次净化磷酸盐中氟元素的摩尔比为1～1.5:1。

在实施方式中，所述步骤(3)中，所述络合剂选自乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸钠、柠檬酸钾、乙二胺四乙酸钾中的一种或多种。

本发明采用的络合剂能与磷酸二氢钾粗品中的金属阳离子杂质(如fe²⁺、mg²⁺、ca²⁺、al³⁺、f^-等)反应，形成沉淀，起到净化结晶及提升结晶品质的作用，进一步的，所述络合剂为乙二胺四乙酸钾，有利于减少了其它杂质的引入风险。

在实施方式中，所述步骤(3)中，所述络合剂的质量为所述二次净化磷酸的质量的0.2～0.5％。

在实施方式中，所述步骤(3)中，所述搅拌的条件为：搅拌温度为70～100℃，搅拌时间为0.5～2h。

在实施方式中，所述步骤(4)中，所述三正丁胺与所述三次净化磷酸的体积比为0.5～2:1。

在实施方式中，所述步骤(4)中，所述氯化钾与所述三次净化磷酸中的磷元素的摩尔比为1.5～2:1。

在实施方式中，所述步骤(4)中，反应条件为70～100℃，反应时间为0.5～2h。

在实施方式中，所述步骤(5)中，所述降温的步骤具体包括：在搅拌速率为10～100r/min的条件下，以1～5min/℃的降温速率降温至10～30℃。

下面对本发明的具体实施例作进一步说明。

以下实施例中湿法磷酸的主要成分及其含量为：p2o520.42％、f^-1.72％、so32.87％、cao0.31％、mgo1.67％、fe2o30.42％、al2o31.24％；

以下实施例和对比例中磷矿粉的主要成分及含量为：p2o528.35％、cao41.07％、mgo1.05％、fe2o31.37％、al2o33.14％、sio211.68％。

实施例1

(1)按照磷矿粉中钙元素与湿法磷酸中硫元素的摩尔比为1.1:1的比例，将磷矿粉加入湿法磷酸中，在70℃条件下搅拌反应2h，反应完后固液分离，取滤液得一次净化磷酸；

(2)按照精制磷酸二氢钾中钾元素与一次净化磷酸盐中氟元素的摩尔比为1.1:1的比例，向一次净化磷酸中加入精制磷酸二氢钾，在70℃条件下搅拌反应2h，反应后室温陈化、过滤得到二次净化磷酸；

(3)将乙二胺四乙酸钾加入二次净化磷酸中，乙二胺四乙酸钾的添加量为所述二次净化磷酸的质量的0.3％，经搅拌、静置沉降、过滤得到三次净化磷酸；

(4)按照三正丁胺与三次净化磷酸的体积比为1:1的比例，用三正丁胺为有机萃取剂萃取三次净化磷酸，然后按照氯化钾与三次净化磷酸中的磷元素的摩尔比为1.5:1的比例，加入氯化钾，在90℃条件下，搅拌反应1h，待反应完全后，静置分层，取下层得到磷酸二氢钾溶液；

(5)在90℃条件下，采用磷酸将磷酸二氢钾溶液的ph值调至4～5，再保温真空浓缩，在搅拌速率为50r/min的条件下，以2min/℃的降温速率降温至30℃进行降温结晶，经固液分离、干燥制得磷酸二氢钾。

实施例2

(1)按照磷矿粉中钙元素与湿法磷酸中硫元素的摩尔比为1.5:1的比例，将磷矿粉加入湿法磷酸中，在70℃条件下搅拌反应2.5h，反应完后固液分离，取滤液得一次净化磷酸；

(2)按照精制磷酸二氢钾中钾元素与一次净化磷酸盐中氟元素的摩尔比为1.2:1的比例，向一次净化磷酸中加入精制磷酸二氢钾，在70℃条件下搅拌反应2h，反应后室温陈化、过滤得到二次净化磷酸；

(3)将乙二胺四乙酸钾加入二次净化磷酸中，乙二胺四乙酸钾的添加量为所述二次净化磷酸的质量的0.35％，经搅拌、静置沉降、过滤得到三次净化磷酸；

(4)按照三正丁胺与三次净化磷酸的体积比为1.5:1的比例，用三正丁胺为有机萃取剂萃取三次净化磷酸，然后按照氯化钾与三次净化磷酸中的磷元素的摩尔比为1.8:1的比例，加入氯化钾，在90℃条件下，搅拌反应1.5h，待反应完全后，静置分层，取下层得到磷酸二氢钾溶液；

(5)在90℃条件下，采用磷酸将磷酸二氢钾溶液的ph值调至4～5，再保温真空浓缩，在搅拌速率为80r/min的条件下，以3min/℃的降温速率降温至20℃进行降温结晶，经固液分离、干燥制得磷酸二氢钾。

实施例3

(1)按照磷矿粉中钙元素与湿法磷酸中硫元素的摩尔比为2:1的比例，将磷矿粉加入湿法磷酸中，在70℃条件下搅拌反应1h，反应完后固液分离，取滤液得一次净化磷酸；

(2)按照精制磷酸二氢钾中钾元素与一次净化磷酸盐中氟元素的摩尔比为1.5:1的比例，向一次净化磷酸中加入精制磷酸二氢钾，在60℃条件下搅拌反应1.5h，反应后室温陈化、过滤得到二次净化磷酸；

(3)将乙二胺四乙酸钾加入二次净化磷酸中，乙二胺四乙酸钾的添加量为所述二次净化磷酸的质量的0.4％，经搅拌、静置沉降、过滤得到三次净化磷酸；

(4)按照三正丁胺与三次净化磷酸的体积比为2:1的比例，用三正丁胺为有机萃取剂萃取三次净化磷酸，然后按照氯化钾与三次净化磷酸中的磷元素的摩尔比为2:1的比例，加入氯化钾，在95℃条件下，搅拌反应1h，待反应完全后，静置分层，取下层得到磷酸二氢钾溶液；

(5)在95℃条件下，采用磷酸将磷酸二氢钾溶液的ph值调至4～5，再保温真空浓缩，在搅拌速率为30r/min的条件下，以2min/℃的降温速率降温至20℃进行降温结晶，经固液分离、干燥制得磷酸二氢钾。

实施例4

(1)按照磷矿粉中钙元素与湿法磷酸中硫元素的摩尔比为1.3:1的比例，将磷矿粉加入湿法磷酸中，在65℃条件下搅拌反应3h，反应完后固液分离，取滤液得一次净化磷酸；

(2)按照精制磷酸二氢钾中钾元素与一次净化磷酸盐中氟元素的摩尔比为1.5:1的比例，向一次净化磷酸中加入精制磷酸二氢钾，在70℃条件下搅拌反应2h，反应后室温陈化、过滤得到二次净化磷酸；

(3)将乙二胺四乙酸钾加入二次净化磷酸中，乙二胺四乙酸钾的添加量为所述二次净化磷酸的质量的0.3％，经搅拌、静置沉降、过滤得到三次净化磷酸；

(4)按照三正丁胺与三次净化磷酸的体积比为1:1的比例，用三正丁胺为有机萃取剂萃取三次净化磷酸，然后按照氯化钾与三次净化磷酸中的磷元素的摩尔比为2:1的比例，加入氯化钾，在80℃条件下，搅拌反应2h，待反应完全后，静置分层，取下层得到磷酸二氢钾溶液；

(5)在80℃条件下，采用磷酸将磷酸二氢钾溶液的ph值调至4～5，再保温真空浓缩，在搅拌速率为100r/min的条件下，以4min/℃的降温速率降温至30℃进行降温结晶，经固液分离、干燥制得磷酸二氢钾。

实施例5

(1)按照磷矿粉中钙元素与湿法磷酸中硫元素的摩尔比为1.1:1的比例，将磷矿粉加入湿法磷酸中，在70℃条件下搅拌反应2h，反应完后固液分离，取滤液得一次净化磷酸；

(2)按照精制磷酸二氢钾中钾元素与一次净化磷酸盐中氟元素的摩尔比为1.1:1的比例，向一次净化磷酸中加入精制磷酸二氢钾，在70℃条件下搅拌反应2h，反应后室温陈化、过滤得到二次净化磷酸；

(3)按照三正丁胺与二次净化磷酸的体积比为1:1的比例，用三正丁胺为有机萃取剂萃取二次净化磷酸，然后按照氯化钾与二次净化磷酸中的磷元素的摩尔比为1.5:1的比例，加入氯化钾，在90℃条件下，搅拌反应1h，待反应完全后，静置分层，取下层得到磷酸二氢钾溶液；

(4)在90℃条件下，采用磷酸将磷酸二氢钾溶液的ph值调至4～5，再保温真空浓缩，自然冷却至室温，结晶30min，经固液分离、干燥制得磷酸二氢钾。

经检测，本实施例制备的磷酸二氢钾的各项指标如下表：

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。