三偏磷酸钠性质和应用

1、三偏磷酸钠性质和应用据有关资料记载表明，三偏磷酸钠在1848年提出了制造方法，三偏磷酸钠是一种白色吸湿性粉末或块状并有三种晶型，分别是NaPOrI,NaPOrINaPOlI熔点627+60巒度2+54g/cmJ,分子M305.94,纯三偏磷酸钠PQs含量为69,60%,30C以上水中溶解度大于30%,站匸以上时变为不穗定的水舍物，晶体堆税密度为1.31.52,折射率1.478,其结构表现为穂定的六元环状结构，热力学参数比热为0.2卡7克度，生成热-805*8千卡/摩尔。所有这三种晶体都可以从水中生成六水合的挹式NajPjCh-GHiO，水合的形式Na3P3O9H2O和无水物NajPjO或（Na

2、P5）“三偏磷酸钠有-定的腐蚀性，但比三聚磷酸钠要低。1.122三偏磷酸钠的结构研究分析表明三偏磷酸钠为人部分为椅子型人元环状结构，也有舟型。在三偏磷酸钠分子中，F-0的平均环间距为】血5入（注：A为埃米hP-O的非坏间距1.848A：三偏磷酿钠O-P-O的平均环角度为10LK,而OFO的平均角度为126.9°在三偏磷酸钠中，两个下对等的磷原子是以无配位的（即不含孤对电子），一种配位形状是頁角锥形.另一种是斜三角双锥形W苴单个结构具体如下图：表1.3三偏磷酸钠单晶结构数据Table1.3Single-crystaldataofsodiumtrimetaphosphate数据Na3P3

3、()9Na3P3O9H2Oa(A)7.926±0.0028.500±0.001b(A)13.214+0.00313.189±0.001c(A)7.708±0.0027.556±0.001v(A3)807.5847.4Dx/g.cm'32.5162.539Dm/g.cm"2.492.49三偏磷酸钠的应用a. 三偏磷酸钠在洗涤剂制造中的应用目前世界上较受欢迎的是密度轻，具有各种不同起泡规格，高性能的洗涤剂。三偏磷酸钠是气胀法生产洗衣粉的原料，由三偏磷酸钠与氢氧化钠反应所得的产物不需适粒处理，而虎接得到粒状疏松产品.从而节省了生产过

4、程中所需消耗的热量卩化b. 三偏磷酸钠在食品工业中的应用三偏磷酸钠是食品添加剂，可用其制备的交联淀粉，三偏磷酸钠与淀粉的反应产物主要是淀粉磷酸二酯。只要结合磷量PbW0.04%即可符合仅品用变性淀粉的法规要求山1,其为固体，使用方便，且反应速度适中，易于控制，有关三偏磷酸钠制备交联淀粉的研究已有报道卩6切，只是文献报道的研究多以玉米淀粉、甘薯、小麦淀粉为研究对象。c. 三偏磷酸钠在牙音生产中的应用三偏磷酸钠是生产单氟磷酸钠的原料，在高级牙骨中作磨料。三偏磷酸钠和碳酸钙、镁基混合能生成络合物，形成结构较松软的摩擦剂，主要的作用是淸除牙齿上的烟渍、茶渍等，通过络合牙齿与锈渍之间的钙质，达到缓慢除锈

5、溃的特殊功能。医学研究表明纠三偏磷酸钠还有消除翻牙的功能，而且三偏磷酸钠是所有磷酸盐中最有效果的。1.2偏磷酸钠盐生产工艺六偏磷酸钠生产工艺目前国内主要采用两种生产工艺：一步法生产工艺和两步法生产工艺。一步法生产工艺(1) 黄磷的燃烧一步法生产工艺六偏磷酸钠一步法工艺流程是以液体黄磷为原料，经氧化宜接与纯喊在高温下化合、聚合，所制得熔融六偏隣酸钠于炉缸直接流入冷却圆盘中骤冷，即得六偏磷酸钠。该工艺具有工序少、流程短，可建设较大规模的连续式生产装置；其次町充分利用黃磷的燃烧热作为六偏磷酸钠生产过程中所需的干燥、聚合过程中热源，有效地节约能源。该工艺缺点是反应物计杲和反应温度难以控制，不能保证产品

6、质量。(2) 五氧化二磷与纯碱法一步法生产工艺该法也称为固相反应、堆坍熔聚法，此法将黄磷加热熔融后，送入氧化燃烧炉中，用干燥的空气和黄磷进行了氧化燃烧反应，生成中间产品五氧化二磷。再将五氧化二磷与纯碱混合后，经高温聚合反应，骤冷制片状即得片状六備磷酸钠，经粉碎可得六偏磷酸钠。该工艺具有工艺简单，设备结构不复杂，投资少等优点。该工艺缺点是温度不易控制，其反应方程式如下：P4+5O22P2Os(1)P2O5+Na2CO32NaPO3+CO,(2)nNaPO,(NaPOj)n(3)两步法生产工艺n两步法生产工艺一般是指以磷酸钠盐为原料，通过高温脱水缩合获得偏磷酸钠盐产品。(1)磷酸二氢钠法该法也称为

7、液相中和、干燥熔聚法，首先用黄磷为原料制取热法磷酸，再用烧碱作中和剂制备得到磷酸二氢钠.将磷酸二氢钠先进行喷雾干燥脱水，得到干燥的磷酸二氢钠。再将其在石墨堆坍中加热，进行高温聚合，过一段时间后取岀，迅速在冷却圆盘中骤冷，即得玻璃状六偏磷酸钠，经粉碎可得粉状六偏磷酸钠产品。该法具有物料比易于控制，可连续生产，劳动强度低等优点。其反应方程式如下：NaOH+H3PO4NaH2PO4+H20(1)2NaH2PO4Na2H2P2O7+H20(2)3nNa2H2P2O76(NaPO3)o+3nH2O(3)(2) 磷铁法该法以电炉黄磷副产磷铁为原料，经破碎和磨细后，跟纯碱混合进行焙烧，其生成物为烧结态固体.

8、其中含有可熔性磷酸三钠，以热水浸出得磷酸三钠溶液，经过滤除去不溶性杂质。净化后的磷酸三钠液送去中和制备得到磷酸二钠。磷酸二钠液经真空浓缩、结晶除去可溶性杂质，再进一步中和制得磷酸二氢钠溶液。磷酸二氢钠溶液经喷雾干燥制成无水一钠再送去脱水聚合即生成六偏磷酸钠。该流程缺点是工序多，流程长，燃料及动力消耗较高。(3) 磷酸与水玻璃法杜模全、李天云等1绍利用磷酸与水玻璃中和反应制备白碳黑，再利用生产白碳黑的废液经过多次过滤、pH值调节、扩容蒸发、聚合反应、对辐冷却、破碎、筛分等工艺过程，得到成品六偏磷酸钠。该方法利用磷酸与水玻璃同时制备白碳黑和六偏磷酸钠两种产品，达到了废液的循环利用，降低生产成本，起

9、到了保护生态环境等多种有益效果。其反应方程式如下：mNa2OnSiO2+2mNaH2PO42mNaH2PO4+nSiO2mH2O(1)NaH2PO4Na2H2P2O7(NaPO3)n(2)(4) 磷酸与食盐法我国具有丰富的食盐资源，贡长生等【列介绍了磷酸与食盐缩聚反应过程如下：H3PO4+NaCl24or>NaH2PO4+HCI(1)nNaH2PO43aoy-*(NaP03)H+nH2O(2)2008年湖北兴发化工集团股份有限公司上述方法申请专利具体工艺如下：将氯化钠和磷酸按摩尔比1:1的量混合均匀，在650C70CTC温度下熔融聚合时间30分钟以上，使氯化氢完全被脱除，最后使生成物骤冷

10、成玻璃状六偏磷酸钠成品。该项发明用氯化钠代替碳酸钠，氯化钠是一种价廉易得的原材料，同时该项发明还可冋收氯化氢，从而可降低生产成本。上述工艺生产流程短，设备简单，便于操作，易于实现工业化生产，此法制备的六偏磷酸钠以P2O5计算含量可达到67.5%以上。三偏磷酸钠生产工艺磷酸二氢钠脱水缩合法该法，首先用碳酸钠或氢氧化钠中和后制得磷酸二氢钠水溶液，除去杂质后蒸发干燥或结品为无水磷酸一氢钠；其次在微型回转聚合炉内磷酸二氢钠加热脱去结构水成为酸式焦磷酸钠；最后进一步加热至260320°C时，脱水缩合成三偏磷酸钠11型,再提為温度加热至适当温度时，变型生成三偏磷酸钠】型。其反应方程如下：Na2C

11、O3+2H3PO4-2NaH2PO4+H2O+CO2(1)2NaH2PO4Na2H2P2O7+H2O(2)3Na2H2P2O7-*2(NaPO3)3+3H2O(3)郭举等【25】介绍了一种由磷酸二氢钠制备离纯度三偏磷酸钠的方法，研究了反应条件対三偏磷酸钠纯度的影响。试验结果表明：在改进型反应器中，控制反应温度为5505609,反应时间为56h,制备的产品中w(NaPC>3)3可达99.4%以上。122.2焦磷酸钠反应法该法用食品级焦磷酸钠和氯化笹按摩尔比配料，在水溶液中进行中和，然后脱水干燥再以420*C以上高温加热使其反应。将经过高温反应的生成物再在水中溶解、浓缩，分离，最后得到含六结

12、晶水的三偏磷酸钠1型Na3P3O9-6H200其反应方程如下：3Na4P2O7+6NH4CI->2(NaPO)+6NaCI+6NH3+3H?O(1)六偏磷酸钠退火法该法，首先用碳酸钠或氢氧化钠中和制备得到磷酸二氢钠水溶液，调和中和度后，将物料送入离温炉在8001050-C聚合进行熔聚反应，经骤冷为玻璃体；最后将粉末型玻璃体六偏磷酸钠在5(xrc高温炉内进行甸火复聚成为三備磷酸钠i型。其反应方程如下：Na2CO3+2H3PO4-»2NaH2PO4+CO2+H2O(1).6NaH2PO4(NaPO3)6+6H2O(2)(NaPO3)62(NaPO3)3<3)1997年徐州化工

13、三厂利用上述工艺生产三偏磷酸钠并申请专利"I,工艺路线如下：磷酸加硫化钠一净化一加纯碱中和过滤熔聚f骤冷轧片粉碎一六偏磷酸钠f重新聚合一三偏磷酸钠°最后将八偏磷酸钠在常压下，在一定高温和一定时间内开环重聚为稳定三偏磷酸钠，得到产品质量稳定，消耗较低、可实现连续化生产，生产效率明显提岛。偏磧酸钠聚合法该法，首先用碳酸钠与五氧化二磷，按一定比例混合，反应生成偏磷酸钠；最后将偏磷酸钠进一步加热至500-C时，缩聚生成三偏磷酸钠1型.到目前，该工艺尚未有具体报道，其反应方程如下：Na2CO3+P2O5f2NaPO3+C02（1）3NaPO3-*（NaPO3）3（2）1.3偏磷酸钠盐

14、规格及质量指标要求六偏磷酸钠产品可分为工业级和食品级，各种不同规格六偏磷酸钠的质量指标如下表绚。表1.4不同规格六偏磷酸钠的质量指标Table1.4Differentqualitystandardofsodiumhexametaphosphate指标项目工一等品指标业级合格品食品级总磷酸盐（以P2O5计）质量分数/%68.068.06&0非活性磷酸盐（以P2O5计）质星分数/%W7.510.07.5水不溶物质量分数/%W0.040.100.06铁（Fe）质量分数/%W0.030.100.02pH值（10g/L）5.87.05.87.05.86.5碑（As）的质量分数/%W0.0003重

15、金属（以Pb计）的质量分数/%W0.001'氟化物（以F计）的质量分数/%0.003注：食品级中确（As）的质量分数、重金属（以Pb计）的质量分数和氟化物（以F计）的质量分数为强制性。表1.5不同规格三偏磷酸钠的质量指标Tabic1.5Differentqualitystandardofsodiumtrimetaphosphatc指标名称企业规格（核工业理化工程研究院）美国食用化学品法典（FCC1981年）三偏磷酸钠（Na3P3O9）/%292以P2O5计68.070.0游离氟化物/%W1.0PH值7-8铁(Fc)/%W0.05重金属（以Pb计）/%W0.0030.001呻(As)/%

16、0.00030.0003氟化物（以F计）/%0.005不溶性杂质/%0.101.4课题研究的意义和内容研究意义进入21世纪以来世界磷化工的给局发生了翻天覆地的变化，从各企业的兼并、重组，产品结构调幕到技术创新水平的提升和产品应用的扩大等都出现了巨大的变化，世界磷化工正向着国际化、大型化、精细化、功能化、专用化方向前迈进。我国磷化工产业近年來一直呈快速发展的强劲势头，传统磷化工产业规模已位居世界第二、精细磷化工产品的多元化加速了我国磷化工产业结构的调整。云南是国家磷化工产业生产基地，磷化工是云南省五大经济产业支柱之一，云南省拥有世界第一、世界第二、中国第一的黄磷、磷肥和磷矿采选生产企业，十一五期

17、间箱细磷化工已成为云南磷化工产业结构调整和发展的重点，未来云南将成为国内外以磷矿资源加工为龙头的世界规模最大的磷化工产业基地。如今，国外精细磷化工产品开发的重点是高技术产品领域，如功能磷酸盐、有机磷化学品、高纯电子磷化学品、磷酸盐电池材料和磷系阻燃工程材料等。根据有关资料报道，功能磷酸盐是目前全球处于增长或稳定状况的精细磷化匸产品，功能磷酸盐包括食品璘酸盐添加剂、医药级磷酸盐、工业磷酸盐助剂、高效农业生产磷酸盐营养剂、电子级璘酸盐和磷酸盐催化剂等产品。目前，云南省精细磷化工产品的产业化开发重点是功能磷酸盐、食品磷酸盐、磷酸钱盐阻燃剂、电子级磷酸；功能磷酸盐开发重点是磷酸盐新材料、医药级磷酸盐、工业专用磷酸盐助剂、憐酸盐催化剂。看眼于全球市场，云南精维磷化工产品产业应该与环保、新材料、高技术产品产业等结合起来。偏磷酸钠盐是发展前景最好的精细磷酸盐产品，目前国内偏磷酸钠盐的生产规模小、产品品种单一，产品质量不稳定等。因此如何开发具有规模化、多功能和节能效果好的偏磷酸盐生产工艺，对我国精细磷化工产品的多元化尤为重要。结合我国六偏磷酸朋的生产技术，作者认为偏磷酸盐是国内精细磷酸盐的主要产品，目前我国两步法生产偏磷酸钠盐丄