絡合劑對磷酸二氫鉀結晶除雜凈化的作用

劉 佳，陸春宏，曾 波，張 恒

（1.云南省化工研究院，云南 昆明 650000；2.云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠 661600）

關鍵字：乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na）；磷酸三鈉；磷酸二氫鉀結晶；沉淀

磷酸二氫鉀是無色或白色，帶光澤的斜方晶體。磷酸二氫鉀應用十分廣泛，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品行業(yè)均有應用。近年來，以磷酸二氫鉀為基礎的高效無氯復合肥的市場需求越來越大。農(nóng)業(yè)用磷酸二氫鉀是一種化學性質穩(wěn)定、無味、無臭、易溶于水、不結塊、吸濕性小的高效、高濃度復合肥，廣泛用于各種使作物品質改良的追肥和液面噴施肥。

云南云天化紅磷化工有限公司建立了一套以濕法磷酸為原料的農(nóng)業(yè)用磷酸二氫鉀生產(chǎn)裝置，這也是國內第一套萃取法連續(xù)性生產(chǎn)裝置，其中，磷酸二氫鉀結晶工序直接影響到產(chǎn)品的純度和品質，是整個生產(chǎn)過程中非常重要的一部分。本文研究指出，F(xiàn)e3+、Al3+在磷酸二氫鉀結晶時會導致晶體變成棱柱狀，結晶介穩(wěn)區(qū)變寬，結晶生長速度變慢；F－離子的存在會導致結晶介穩(wěn)區(qū)變寬，單晶長徑比減小；SO2-、Ca2+、Mg2+離子的存在會導致介穩(wěn)區(qū)變寬，出現(xiàn)聚晶現(xiàn)象[1]。

由于濕法磷酸原料中雜質含量較多，主要有Fe3+、Ca2+、Mg2+、Al3+、F－。磷酸二氫鉀晶體在體系內循環(huán)后，累積了大量的金屬陽離子，對后期磷酸二氫鉀結晶工序產(chǎn)生復雜的影響。為解決這一問題，本文結合體系中離子類別，選擇絡合劑乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na）和磷酸三鈉作為研究對象，研究了二者對磷酸二氫鉀結晶體系中的金屬陽離子的絡合作用，使結晶中的金屬陽離子以沉淀的形式從結晶中分離出來，從而達到凈化結晶、提升結晶品質的效果。

乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na），其分子中有兩個N 原子，四個羥基氫原子，均能提供孤對電子，可以進入中心原子的空軌道，從而形成配合物（絡合），是多齒配體。EDTA-2Na 能與堿金屬、大部分過渡金屬等絡合，形成穩(wěn)定的五元環(huán)螯合物。主要用于化學鍍銅、鍍金、鍍鉛錫合金、鋼鐵件的電化學拋光和銅件鍍銀前的溶液中，也用于洗滌劑、液體肥皂、洗發(fā)劑、農(nóng)業(yè)化學噴霧劑、彩色感光材料沖洗加工漂白定影液、凈水劑、pH 調節(jié)劑、阻凝劑等。

磷酸三鈉，Trisodium phosphate，主要用于清洗鍋爐的阻垢緩蝕劑。在鍋爐中加入磷酸三鈉，可以使鈣鎂離子形成疏松的沉淀，隨著定排及時除去。還可以用作品質改良劑，有提高食品的絡合金屬離子、pH 值，增加離子強度等作用。

1 實驗部分

1.1 單組份實驗

在裝置內取300g 磷酸二氫鉀結晶體，加熱到70℃，分別加入磷酸三鈉、EDTA-2Na。加入量參考二者常用領域經(jīng)驗值，攪拌1min 后觀察實驗現(xiàn)象。實驗具體情況見表1。

表1 單組份實驗

由表1 得出，添加EDTA-2Na 試劑的那組試驗沉淀形態(tài)好，沉降速度快。

1.2 兩種試劑復配實驗

在70~75℃時，在裝置內取300g 磷酸二氫鉀結晶體，加入0.5%的磷酸三鈉（質量分數(shù)，下同），再加入0.03%的EDTA-2Na，觀察實驗現(xiàn)象。并通過抽濾，考察過濾時間和濾餅質量。實驗結果見表2。

澄清濾液，繼續(xù)升溫至沸騰狀態(tài)，整個過程中再無沉淀出現(xiàn)。說明在70~75℃時，沉淀可以全部析出。

表2 復配實驗結果

1.3 濾液濾餅組分分析

取磷酸二氫鉀結晶體1000g，加入磷酸三鈉0.5%、EDTA-2Na 0.03%，加熱到75℃，過濾，紀錄過濾時間，稱濾餅質量，并分析濾液和濾餅中各金屬離子的含量。相同實驗平行3 組。試驗結果見表3、表4。

表3 過濾時間和濾餅質量

表4 組分分析檢測結果

從表4 看出，結晶中的Fe2+基本去除，Mg2+、Ca2+、Al3+、F-的含量均有所下降。

由于過程中添加的絡合劑含有Na+，而Na+不能隨沉淀的析出而脫離體系，導致體系內Na+含量增加。若在正常開車過程中，采用這種方法除雜質的話，可能導致大量金屬Na+富集在結晶中無法除去，雖不影響結晶，但影響產(chǎn)品質量。

2 結論

磷酸三鈉和ENTA-2Na 組合的絡合劑，能幫助磷酸二氫鉀結晶中的金屬陽離子雜質形成沉淀。其中，絡合劑對Fe2+，Mg2+、Ca2+、Al3+、F-均有不同程度的絡合作用，起到了凈化結晶、提升結晶品質的作用，但絡合劑帶來的Na+卻不能隨沉淀脫離體系。后續(xù)可通過進一步實驗選擇絡合劑的最小投加量，以提高產(chǎn)品品質。