濕法磷酸多級中和制備飼料磷酸氫鈣研究*

周瓊波，龔 麗，韓增輝，張 暉，何賓賓，姜 威，歐志兵，劉潤哲，劉麗芬

（國家磷資源開發利用工程技術研究中心，云南磷化集團有限公司，云南晉寧650600）

磷酸氫鈣 （CaHPO4·2H2O）是常用的飼料添加劑，可以為一切家禽、家畜、魚蝦類等提供營養元素［1-3］。飼料磷酸氫鈣的生產方法主要有濕法磷酸法、熱法磷酸法、過磷酸鈣水萃法和骨膠副產法。后3種方法均存在某些不足，發展潛力有限。濕法磷酸法生產飼料磷酸氫鈣具有原料來源廣泛、工藝簡單、能耗低、成本低等優點，是國內外采取的主要生產方法［4-6］。在飼料級磷酸氫鈣生產中，關鍵在于脫除磷酸中對動物有害的元素，如氟等。常規的脫氟技術有沉淀法、氣體脫氟法、溶劑萃取法等。沉淀法因成本低、工藝簡單而被廣泛采用［7-8］。筆者研究了濕法稀磷酸中和后在不同pH條件下濾液和濾餅的全元素分析，可為中和法凈化磷酸提供參考。

1 原料準備

1.1 濕法稀磷酸

制備P2O5質量分數為10%～12%濕法稀磷酸5 kg，取樣進行全分析，分析結果見表1。

表1 實驗用稀磷酸指標 %

1.2 氫氧化鈣粉

實驗以氫氧化鈣（分析純）為原料。為了便于稱量及計算，實驗過程加入氫氧化鈣粉。

2 實驗步驟

2.1 第一次中和

稱取一定量的稀磷酸，升溫至50℃，插入pH計，開啟機械攪拌，緩慢加入氫氧化鈣粉，中和至pH為2.2～2.4，繼續攪拌15 min。記錄加入氫氧化鈣粉的質量，再將混合物過濾，得到濾液和濾餅。

2.2 第二次中和

一次中和濾液（稱重）升溫至50℃，插入pH計，開啟機械攪拌，緩慢加入氫氧化鈣粉，中和至pH為2.6～2.8，繼續攪拌15 min。記錄加入氫氧化鈣粉的質量，再將混合物過濾，得到濾液和濾餅。

2.3 第三次中和

二次中和濾液（稱重）升溫至50℃，插入pH計，開啟機械攪拌，緩慢加入氫氧化鈣粉，中和至pH為5.8～6.1，繼續攪拌15 min。記錄加入氫氧化鈣粉的質量，再將混合物過濾，得到濾液和濾餅。

2.4 第四次中和

三次中和濾液（稱重）升溫至50℃，插入pH計，開啟機械攪拌，緩慢加入氫氧化鈣粉，中和至pH為6.5～7.0。記錄加入氫氧化鈣粉的質量，再將混合物過濾，得到濾液和濾餅。

3 分析檢測

實驗過程中4次中和得到的濾液和濾餅均稱重，并做了分析：1）濾液取樣測試全分析，包括總P2O5、Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、K2O、NaO、SO42-、F、密度，剩余濾液稱重；2）濾餅稱重，測量含固量，烘干后分析，包括總 P2O5、水溶 P2O5、Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、K2O、Na2O、SO42-、F、固體含量。

其中，總P2O5采用磷鉬酸喹啉重量法（仲裁法）檢 測 ；Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、K2O、NaO、SO42-采 用ICP-7400型電感耦合等離子體發射光譜儀檢測，F-采用負離子電極檢測。

4 結果與討論

4.1 中和后濾液及濾餅全分析

第一次中和：796 g稀磷酸加入54.29 g氫氧化鈣粉，第一次中和后pH=2.33，產出663 g濾液和129.22 g濾餅（濕重），濾液及濾降烘干后分析結果見表2。 由表2 可見，一次中和后，濾液 m（P2O5）/m（F）=242.9，滿足 GB 22548—2017《飼料級磷酸氫鈣》Ⅰ型標 準 ［m （P2O5）/m （F）=210， 下 同 ］； 濾 餅 m （P2O5）/m（F）=37.1，F 含量超標。

表2 一次中和后濾液和濾餅（烘干）全分析

第二次中和：647g一次中和濾液加入30 g氫氧化鈣粉，第二次中和后pH=2.83，產出506 g濾液和143.49 g濾餅（濕重），分析結果見表3。由表3可見，二次中和后，濾液 m（P2O5）/m（F）=423.1，滿足 GB 22548—2017Ⅰ型標準；濾餅 m（P2O5）/m（F）=185.6，F含量超標。

表3 二次中和后濾液全分析

第三次中和：491 g二次中和濾液加入16.25 g氫氧化鈣粉，第三次中和后pH=5.8，產出376 g濾液和100.12 g濾餅（濕重），分析結果見表4。由表4可見，三次中和后，濾液 m（P2O5）/m（F）=34.4，濾餅m（P2O5）/m（F）=405.7，滿足飼料級 GB 22548—2017Ⅰ型標準。

表4 三次中和后濾液全分析

第四次中和：360 g三次中和濾液加入8.66 g氫氧化鈣粉，四次中和后pH=6.8，產出327 g濾液和22.17 g濾餅（濕重），分析結果見表5。由表5可見，四次中和后，濾液 m（P2O5）/m（F）=18.5，濾餅 m（P2O5）/m（F）=1 017。

表5 四次中和后濾液全分析

4.2 m（P2O5）/m（F）隨 pH 的變化

濕法稀磷酸中和后，濾液及濾餅中m（P2O5）/m（F）隨pH的變化曲線見圖1。由圖1可知，濾液中m（P2O5）/m（F）隨pH的增大呈現先增大后減小的趨勢。這是由于隨著磷酸pH的增大，P2O5含量大幅降低，而F含量降低幅度較低引起的。濾餅中的m（P2O5）/m（F）隨pH的增大逐漸增大。當pH=6.8時，濾餅m（P2O5）/m（F）=1 017。m（P2O5）/m（F）隨 pH 的變化研究可以為生產低氟高品質飼料磷酸氫鈣提供參考。

圖1 濾液及濾餅中P2O5/F隨pH的變化

4.3 MER隨pH的變化

MER是磷化工中的重要指標，是金屬氧化物與P2O5的質量比，即 MER=m（Fe2O3+Al2O3+MgO）/m（P2O5）。MER反映了磷酸（磷礦等）產品中金屬陽離子雜質的含量，其值越低，表示產品的品質越好。

濕法磷酸在中和過程中，金屬陽離子可以磷酸（氫）鹽的形式析出。圖2為4次中和、不同pH下濾液和濾餅的MER。從圖2可見，第一次中和后（pH=2.33），濾液MER降至0.036，濾餅MER升至0.288。說明pH=2.33時，絕大部分金屬陽離子均從溶液中析出。濾液中MER曲線隨pH增大先上升后下降，這是由于pH增大后，P2O5含量降低幅度較大。濾餅中MER隨pH增大快速下降，最后趨于平衡。

圖2 中和后MER隨pH的變化

5 物料平衡

通過四次中和計量，可以得出每次中和產生的濾液和濾餅質量。濕法磷酸中和法制備飼料磷酸氫鈣的物料平衡見圖3。從圖3可以看出，一次中和后，有24.6%（質量分數）的P2O5以白肥形式析出，剩余濾液可滿足飼料級磷酸氫鈣的生產。

圖3 物料平衡圖

6 研究小結

濕法稀磷酸經過氫氧化化鈣第一次中和至pH=2.33，濾液MER為0.036，表明大量金屬陽離子及陰離子均以固體形式析出。 同時，濾液中m（P2O5）/m（F）=242.9，滿足 GB 22548—2017Ⅰ型標準，此時，P2O5的回收率為75.4%，其余P2O5以白肥形式存在。

濕法磷酸隨著中和pH的增大濾餅中的m（P2O5）/m（F）快速增大，當 pH=6.8 時，濾餅 m（P2O5）/m（F）=1 017。 m（P2O5）/m（F）隨 pH 的變化研究可以為生產低氟高品質飼料磷酸氫鈣提供參考。

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