饱和温度对磷酸二氢铵结晶介稳区宽度的影响

饱和温度对磷酸二氢铵结晶介稳区宽度的影响

0磷铵结晶系统磷酸二羟铵的缩写为磷酸或磷酸二羧酸。这是一种高效的氮和磷复合肥料。它也可用于木材、纸张、织物的阻滞剂、纤维加工和染料工业的分散剂。我国磷铵主要用料浆浓缩法生产,由于原料多属中低品位磷矿,因此得到的磷铵杂质含量很高。而越来越多的用途对磷铵的纯度要求越来越高,因此必须对由湿法磷酸生产的磷铵产品进行净化提纯。结晶作为一种重要的分离提纯技术,具有能耗低,得到的产品纯度高等优势,因而得到了广泛应用。溶液的介稳区宽度是结晶过程的基础研究内容之一,是结晶操作和结晶器设计必需的参数。溶液的介稳区是指一定条件下的溶解度和超溶解度曲线之间的区域,在此区域中溶液不会自发产生晶核,但如果向其中加入晶种,晶体就会长大。在工业结晶中一般要避免自发成核,以得到粒度较大的、均匀的产品。一般结晶操作要控制在介稳区内才能达到这一目的。影响介稳区宽度的因素较多,如温度、有无搅拌、搅拌强度的大小、有无晶种、降温速率、添加剂等。人们一直都在努力改变有利于晶体生长的介稳区的条件。本文根据实际生产要求,利用激光散射法测定了纯磷酸二氢铵溶液和含杂质的磷酸二氢铵溶液在有无添加剂作用下的介稳区宽度,为工业生产选择适宜的过饱和度提供依据。1实验部分1.1磷酸二氢铵饱和液的制备量取一定体积的蒸馏水(或母液),加入过量的磷酸二氢铵晶体使其在设定的温度下搅拌5h以上至饱和,过滤,所得滤液即为该温度下的磷酸二氢铵饱和液。1.2稳定区宽度的测量本实验通过恒速降温法测定磷酸二氢铵的介稳区宽度,采用激光散射法检测首批晶核的出现。2结果与讨论2.1区宽度的测定首先测定了分析纯磷酸二氢铵溶液在不同饱和温度下的介稳区宽度,结果见图1。由图1数据可知,磷酸二氢铵溶液的介稳区宽度随饱和温度的升高而线性下降,其线性回归方程为:ΔT—介稳区宽度(℃),T—溶液饱和温度(℃),下同。2.2介稳区宽度的测定微量杂质的存在能使溶液的介稳区宽度变宽或变窄,工厂生产中的母液含有较多的Fe3+,Al3+,Mg2+,F-等杂质,为了使研究更接近生产实际,本研究直接采用来自工厂的磷酸二氢铵母液进行介稳区宽度的测定,结果见图2。从图2数据可知,含杂质的磷酸二氢铵母液的介稳区宽度比纯品要大,且随饱和温度的升高也逐渐线性下降,其线性回归方程为:2.3添加剂对二羟色胺偶氮介质区宽度的影响2.3.1硫酸铵加入量的确定当以湿法磷酸为原料时,所得到的磷酸二氢铵溶液含有较多的SO42-,为了了解SO42-对介稳区宽度的影响,向磷酸二氢铵纯溶液中加入不同量的硫酸铵,结果见图3。由图3可知,添加硫酸铵能使磷酸二氢铵溶液的介稳区宽度变宽。对实验数据编写程序,应用多元线性拟合得到介稳区宽度与饱和温度及硫酸铵用量的回归方程为:R2=0.9981(α—硫酸铵用量,%)。2.3.2回归模型的建立及显著性溶液中的金属杂质离子通常可通过加入微量添加剂来掩蔽,从而改变溶液介稳区宽度。实验分别考察了柠檬酸钠和硫脲对磷酸二氢铵母液介稳区宽度的影响,结果见图4及图5。由图4和图5可知,柠檬酸钠和硫脲均能使磷酸二氢铵溶液的介稳区宽度变宽,且柠檬酸钠效果比硫脲更显著。对实验数据编写程序,应用多元线性拟合得到介稳区宽度与饱和温度及添加剂用量的回归方程为:ΔT=125.21T-0.352α0.183,R2=0.9991(α—柠檬酸钠用量,%);ΔT=25.34T-0.232α0.139,R2=0.9995(α—硫脲用量,%)。3磷酸二氢铵溶液的介稳区宽度a.磷酸二氢铵的介稳区宽度随溶液饱和温度升高而线性下降,在同一饱和温度下,有杂质的母液比纯磷酸二氢铵溶液的介稳区宽度大。b.添加剂硫酸铵、柠檬酸钠和硫脲均能使磷酸二氢铵溶液的介稳区宽度变宽。c.磷酸二氢铵溶液的介稳区宽度与饱和温度及添加剂用量的回归方程为:ΔT=-43.74T-0.655α0.100,R2=0.99812(添加剂为硫酸铵