磷酸氫鈣生產(chǎn)過程中重金屬物質脫除方法改進研究

何 晗

（貴州工業(yè)職業(yè)技術學院，化學與材料工程學院，貴州 清鎮(zhèn) 551400）

磷酸氫鈣在生產(chǎn)過程中，由于重金屬的含量較高，往往導致產(chǎn)品的重金屬含量超標或大量損失磷元素的情況，努力脫除重金屬和降低磷的損失是磷酸氫鈣生產(chǎn)過程所面對的重要問題[1]。鹽酸萃取法在脫除重金屬物質中已有多年歷史，隨著磷元素的緊缺，磷酸氫鈣在生產(chǎn)過程中要盡量避免磷元素的損失，還要保證重金屬物質的有效脫除，因此，本文采用鹽酸萃取法對磷酸氫鈣中重金屬物質進行脫除[2]。

1 磷酸氫鈣生產(chǎn)過程中重金屬物質脫除方法優(yōu)化

（1）設定重金屬物質脫除參數(shù)。PbS在化學反應中以沉淀的形式存在，且體積非常小，但是PbS沉淀的形成過程需要給予一定的反應條件，因此采用Pb2+和S2-在一定條件下形成沉淀的方式來對磷酸氫鈣生產(chǎn)過程中的重金屬進行脫除。在酸性環(huán)境中Pb2+和S2-很容易就會形成沉淀，降低磷酸氫鈣中Pb2+的含量。但是在實際脫除過程中并不是一個簡單的生成沉淀的化學反應，脫除過程是一個固、液、氣共存的體系，很多因素都會控制PbS沉淀的生成過程，例如溫度、PH值、加入鹽酸的量、沉淀生成的時間、攪拌強度等。通過進行多次實驗進行對比，排除各種因素對沉淀生成的影響，得出影響沉淀生成的因素主要是PH值、反應的時間和加入S2-的量。為了加速重金屬PbS沉淀的快速生成，需要讓重金屬沉淀盡快變大并沉底。因此，實驗過程中主要控制Na2S的加入量、溶液的PH值、反應的溫度和時間、攪拌強度等因素，使PbS沉淀盡快沉底。

（2）計算沉淀的質量分數(shù)。實驗過程中，通過計算PbS沉淀的質量分數(shù)，來驗證磷酸氫鈣生產(chǎn)過程中重金屬物質是否被完全脫除，從而提高磷酸氫鈣的生產(chǎn)效率，首先根據(jù)化學方程式計算沉淀的質量，再計算PbS沉淀的質量分數(shù)，化學方程式如下：

根據(jù)硫化鉛的質量得出硫化鉛的質量分數(shù)，再結合硫化鈉的加入量和PH值的選擇，來脫除磷酸氫鈣中的重金屬物質。

（3）控制硫化鈉的加入量。硫化鈉的加入量直接影響PbS沉淀生成的多少，如果加入少量的硫化鈉就會導致溶液中還有未反應的重金屬存在，如果加入過量的硫化鈉會導致溶液中的重金屬完全反應，而溶液中還會存在硫化鈉溶液，造成得到的磷酸氫鈣不純，是磷酸氫鈣和硫化鈉的混合物，脫除過程中，溶液的PH值設置在1.5～2.5之間，在溶液中分別加入5ml、10ml和15ml的硫化鈉溶液，結果表明，當PH=2.5時，加入15ml質量分數(shù)為5%的硫化鈉溶液能夠完全使PbS沉淀并沉底，最終得到的磷酸氫鈣為合格品。

（4）確定萃取液PH值。磷酸氫鈣生產(chǎn)過程中重金屬物質脫除過程的萃取液采用鹽酸，鹽酸為酸性體系，與Na2S會發(fā)生化學反應，產(chǎn)生硫化氫氣體并逸出，而且鹽酸的酸性越大，逸出的硫化氫氣體就越多。硫化氫氣體不僅會污染環(huán)境，還會危害職業(yè)衛(wèi)生，導致溶液中的二價硫離子濃度降低，硫化鈉的消耗量增加。同時，重金屬的硫化物在PH值不同的情況下會發(fā)生沉淀或溶解，為了使重金屬鉛能夠有效的被沉淀，加Na2S的時候，要降低溶液的酸度使PH值升高，但是溶液的PH值升高就會導致溶液中磷的損失增大，因此，適當?shù)腜H值能保證脫鉛效果達到最佳。實驗選取的溶液PH值為1.7、1.9、2.4進行，結果顯示：PH值等于2.4時，可以將溶液中的Pb2+完全沉淀，達到有效脫除重金屬的目的。

（5）實現(xiàn)重金屬物質脫除。為了檢驗重金屬物質脫除方法的有效性，通過不同的外界因素對PbS沉淀質量分數(shù)的影響進行檢測。首先，鹽酸加入量的多少影響PbS沉淀質量，鹽酸加入過少會使溶液的PH值升高，溶液的PH值升高會使磷元素大量損失，同時，PH升高還可以達到脫氟的目的，使脫鉛效果最佳。

其次，萃取液中鉛的含量也會影響PbS沉淀質量，鉛的含量過多，PbS沉淀生成的質量就多，會造成脫氟不徹底，在萃取過程中，不但要保證重金屬鉛被完全脫除，還要確保氟也被脫除，從而達到重金屬物質的完全脫除。

脫除磷酸氫鈣中重金屬物質的過程中，要隨時觀察一切外界因素對脫除結果的影響，并及時化解不利因素的影響，提高磷酸氫鈣的純度。

2 脫除重金屬物質實驗

本文重點介紹了鹽酸萃取法在磷酸氫鈣生產(chǎn)過程中脫除重金屬物質，為了證明鹽酸萃取法比傳統(tǒng)脫除法得到的磷酸氫鈣純度高，制定脫除重金屬物質實驗。

（1）實驗材料選擇。實驗采用質量分數(shù)為32.15%的五氧化二磷粉末，重金屬中鉛的質量分數(shù)為428＊10-6，鹽酸的質量分數(shù)為11.5%，質量分數(shù)為5%的Na2S溶液。

（2）實驗過程。實驗采用鹽酸萃取法，取磷酸氫鈣粉末100g，燒杯中裝入70ml的水將磷酸氫鈣粉末調勻并升溫，向燒杯中加入450ml的鹽酸溶液，萃取時的溫度保持在40-50攝氏度之間，40分鐘后，用石灰乳調節(jié)萃取液的PH值，不同的PH值條件下，分別加入不同量的硫化鈉溶液反應，通過使用鹽酸萃取發(fā)與原始脫除法，檢測磷酸氫鈣中鉛的含量。

表1 鹽酸萃取法實驗數(shù)據(jù)

5 30 1.8 28 合格6 30 2.4 24 合格

表2 原始脫除法實驗數(shù)據(jù)

實驗結果表明如表1、2，鹽酸萃取法比原始脫除法得到的硫酸氫鈣純度高、產(chǎn)品合格率高，硫化鈉的加入量和溶液的PH值也會影響實驗結果，當硫化鈉的加入量為30ml、溶液的PH值在2.4和1.8的時候，鉛的質量分數(shù)小，磷酸氫鈣中含鉛率低，生產(chǎn)的產(chǎn)品為合格產(chǎn)品，因此，采用鹽酸萃取法，且硫化鈉的加入量多且溶液的PH值越高，重金屬物質脫除的越徹底，磷酸氫鈣的純度越高，產(chǎn)品的合格率越高。

3 結語

重金屬物質脫除方法的研究在磷酸氫鈣生產(chǎn)過程中具有重要意義。隨著科技的進步，重金屬物質脫除方法也在不斷更新和完善，為磷酸氫鈣的生產(chǎn)做出巨大貢獻，磷酸氫鈣的純度也越來越高。我國的工業(yè)生產(chǎn)中，在重金屬物質脫除方法上已經(jīng)取得了一定的成績，但還有突破的機會，希望本文的研究能提高磷酸氫鈣的生產(chǎn)效率，提升磷酸氫鈣的純度，降低重金屬含量指標，為工業(yè)生產(chǎn)節(jié)約成本、提高利潤。