偏磷酸钾制备工艺的探索

偏磷酸钾制备工艺的探索

最佳无氯磷钾恢复。目前,制备偏磷酸钾的工艺主要有两种:①以磷酸和氯化钾为原料制备;②以元素磷和氯化钾为原料制备。此两种方法反应温度都较高,设备需要用特殊材质制造,副产物均有氯化氢气体,严重腐蚀设备,污染环境。为了克服这些不足,我们探索出了制备偏磷酸钾的新方法—磷酸二氢铵和氯化钾热复分解升华法。1实验部分1.1wx温度控制器坩埚电阻炉(SG?-1.5-10型,重庆实验电炉厂);XET-101B型,WXT温度控制器;SKRT1-05-12型温度控制器;WRN-120型镍铬-镍硅热电偶(均为四川仪表十五厂);远红外辐射电子恒温干燥箱(HG-310型)。磷酸二氢铵(C.R.,成都化学试剂厂);氯化钾(C.R.,北京双环试剂厂)1.2nh4cl与kpo3的分离和制备nh4cl将NH4H2PO4和KCl按一定比例充分混合,加热到340℃以上,生成KPO3、NH4Cl和H2O。NH4Cl的升华温度是337℃,在反应过程中,NH4Cl升华与主产物KPO3分离,冷却收集得到纯度较高的NH4Cl。由于NH4H2PO4熔点为188℃,在反应过程中呈熔融态,能与固态KCl均匀混合,与纯粹的固相反应相比,有利于提高反应的速度和产率。1.3氯离子的检测准确称取已研磨好的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)和氯化钾(KCl),按等摩尔均匀混合,放入到已恒温至所需温度的坩埚炉中加热,反应到一定时间后取出,冷却到室温,准确称量所得物的质量后加入适量6mol·L-1硝酸溶液溶解,再用佛尔哈德法对氯离子进行测定。2结果与讨论2.1温度和时间对产物在此反应中,KCl中的Cl-以NH4Cl的形式升华与主产物分离,因此可以根据反应前后KCl中Cl-的转化率来表示主反应进行的程度。Cl-的转化率△Cl-%=(1-产物中剩余Cl-的物质的量/反应开始加入Cl-的物质的量)×100%。由表1可知:(1)反应进行的程度(△Cl-%)随温度的升高、时间的增加而增大,但当温度在420℃-480℃,反应在1h～2h之间时,△Cl-%变化缓慢;考虑到能耗和生产等因素,反应温度控制在450℃,反应时间确定在1h～2h为宜。(2)产物中Cl-的质量百分数随反应时间增加温度升高而降低;温度在420℃—480℃时,产物中Cl-的质量百分数变化较缓慢,所以,反应温度控制在450℃、反应时间确定在1h～2h比较合适。(3)即使在480℃,反应2h(15号),产物中Cl-的质量百分数为2.63%,仍高于无氯钾肥的合格标准(无氯钾肥的合格标准Cl-%≤1.5%),因此,需要降低产物中Cl-的含量。2.2降低样品中的cl含量的方法2.2.1水浸取法提取cl-KPO3在水中的溶解较小,KC1易溶解于水,因此,我们首先采用水洗的方法来降低产物中Cl-的含量。选取了表1中试验号1、2、3得到的产品进行实验。向产品中加入适量水,充分搅拌,由于形成粘稠状液体,不易抽滤,只好用浸取的方法,充分静置分层,沥出上层清液,再分析产物中Cl-的含量,结果见表2。由表2可知:用水浸取法洗涤产物中的Cl-,洗后Cl-的质量百分数能够降低50%以上。但是,我们在实际操作中发现,产物加入水后,粘度很大,不易沉降,非常费时,产物也有一定的损失,不利于工业生产。所以,采取浸取方法来降低产物中Cl-的含量不是理想的方法。2.2.2磷酸二氢铵用量的确定在高温下,磷酸二氢铵有少量分解,若等摩尔的磷酸二氢铵和氯化钾反应,则氯化钾过剩,导致产物中Cl-的质量百分数超标。因此可让磷酸二氢铵适当过量,使氯化钾反应完全,从而降低产物中Cl-的含量。我们选择了450℃和480℃,磷酸二氢铵过量5%和10%,反应1或2小时的条件进行实验,结果见表3。由表3可知:过量的磷酸二氢铵能够提高氯化钾的转化率,达到降低产物中Cl-的质量百分数的目的。要达到无氯钾肥的合格标准(Cl-%≤1.5%),在450℃,反应2小时,磷酸二氢铵需要过量约10%(见表34号),在480℃,反应2小时,磷酸二氢铵需要过量约5%(6号)。采用磷酸二氢铵过量法来降低产物中Cl-含量,由于营养元素磷仍在产物中没有损失,产生的氨气可用磷酸回收,生在磷酸二氢铵,可循环使用,所以,磷酸二氢铵过量来降低产物中Cl-含量的方法对经济效益影响不大。2.3热复分解升华法制备偏磷酸钾是通过法律产品,符合不同农作物初步充电2偏磷酸钾微溶于冷水,但在含添加剂(含Ca2+、Mg2+等金属离子的可溶性盐)的水中能完全溶解,故可看作水溶性肥料。我们制备的KPO3加入到水中,再逐渐分别加入系列添加剂(含Ca2+或Mg2+或Fe3+或Al3+的可溶性盐),KPO3开始均部分能溶解,溶解到一定程度时,都生成有一定强度的胶状物质,这与文献结果一致。我们经过多次实验,找到了新的添加剂LiNO3和NaNO3等,能够使偏磷酸钾在水中完全溶解。考虑到锂盐价格较贵,钠盐量大会对农作物有不利影响,我们先在水中加入适量Ca2+或Mg2+等金属离子的盐,使偏磷酸钾大部分溶解,然后再加少量新的添加剂,使其完全溶解,制成含不同金属离子的偏磷酸钾肥来满足不同农作物的需要。由上可见,磷酸二氢铵和氯化钾热复分解升华法制备偏磷酸钾的方法初步证明是可行的。把过量约5～10%的磷酸二氢铵和氯化钾均匀混合,在坩埚电阻炉中加热到450℃～480℃,反应2h,可得到KPO3产品。副