雜質(zhì)對磷酸二氫鉀冷卻結(jié)晶過程的影響

2020-06-15 05:34:26齊亞兵楊清翠

應(yīng)用化工 2020年5期

齊亞兵，楊清翠

(西安建筑科技大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西西安 710055)

磷酸二氫鉀(KDP)是一種重要的精細磷酸鹽，其在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥業(yè)均有廣泛應(yīng)用。當前生產(chǎn)KDP的主要方法有：中和法、復(fù)分解法、萃取法、直接法、結(jié)晶法、離子交換法和電解法等。其中，萃取法由于具有生產(chǎn)過程簡單、反應(yīng)條件溫和、污染小、能耗低、成本低等優(yōu)點，在化學(xué)工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用[1-13]。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

磷酸二氫鉀、硫酸鉀、磷酸二氫鈣、磷酸二氫銨、氯化鉀、丙酮、喹啉、檸檬酸、硝酸、鉬酸鈉、無水乙醇均為分析純；去離子水，市售。

DC1006低溫恒溫槽；DJ1-60精密增力電動攪拌器；SHB-Ⅲ循環(huán)水真空泵；101-OAB電熱鼓風(fēng)干燥箱；DT-2234B智能型數(shù)字轉(zhuǎn)速表；500 mL MSMPR結(jié)晶器，自制；ZA22OR4電子分析天平。

1.2 實驗方法

KDP的冷卻結(jié)晶工藝流程見圖1。具體過程為：準確稱取一定量的KDP于500 mL的三口燒瓶中，用量筒準確量取一定體積的去離子水置于三口燒瓶中，將三口燒瓶固定在低溫恒溫槽的水浴槽內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度至預(yù)先設(shè)定值，溫度誤差應(yīng)控制在±0.05 ℃。在設(shè)定溫度下恒溫攪拌1 h，使三口燒瓶內(nèi)的KDP完全溶解。準確稱取一定量的晶種加入到飽和溶液中，開啟機械攪拌器，同時開啟降溫程序開始降溫，待溫度達到結(jié)晶溫度時，保持溫度不變，保持一定的時間。結(jié)晶結(jié)束后，迅速抽濾，將所得固體產(chǎn)品放置于80 ℃常溫干燥箱內(nèi)干燥8 h后稱重。

圖1 磷酸二氫鉀的冷卻結(jié)晶工藝流程圖Fig.1 The cooling crystallization process ofpotassium dihydrogen phosphate1.低溫恒溫槽；2.MSMPR結(jié)晶器；3.機械攪拌器；4.溫度計；5.電動機；6.鐵架臺

1.3 純度分析

采用HG/T 4511—2013[14]標準中的磷鉬酸喹啉重量法測定磷酸二氫鉀的純度。利用在酸性介質(zhì)中，磷酸根與喹鉬檸酮形成沉淀，后經(jīng)過濾、干燥、稱量，從而計算出磷酸二氫鉀的純度。磷酸二氫鉀純度以磷酸二氫鉀(KH2PO4)質(zhì)量分數(shù)(w)計，按下式計算：

(1)

式中m1——實驗溶液生成磷鉬酸喹啉沉淀的質(zhì)量，g；

m2——空白實驗溶液生成磷鉬酸喹啉沉淀的質(zhì)量，g；

m——試料的質(zhì)量，g；

0.061 5——磷鉬酸喹啉換算成磷酸二氫鉀的系數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 Cl-對KDP結(jié)晶的影響

配制42 ℃的KDP飽和溶液，加入一定量的KCl，使其完全溶解。加入平均粒徑603 μm的KDP晶種10.03 g，攪拌速率為400 r/min，以0.3 ℃/min的降溫速率降溫，待溶液達到36 ℃時，保持此溫度不變，養(yǎng)晶60 min，研究不同Cl-濃度對KDP結(jié)晶產(chǎn)品產(chǎn)量及純度的影響，結(jié)果見圖2和圖3。

圖2 Cl-濃度對KDP產(chǎn)量的影響Fig.2 Effect of Cl- concentration on production of KDP

圖3 Cl-濃度對KDP純度的影響Fig.3 Effect of Cl- concentration on purity of KDP

由圖2、圖3可知，隨著結(jié)晶母液中Cl-濃度的升高，KDP的產(chǎn)量在逐漸降低。Cl-濃度從1.19 g/L增加到4.76 g/L，KDP產(chǎn)量從16.85 g降到16.29 g；Cl-濃度為1.19 g/L時KDP的產(chǎn)量最高；Cl-濃度對KDP的產(chǎn)量影響不明顯。隨著Cl-濃度的升高，KDP的純度也在逐漸降低。Cl-濃度從1.19 g/L 增加到4.76 g/L，KDP純度從99.51%降到97.5%；Cl-濃度為1.19 g/L時KDP的純度最高；Cl-濃度對KDP的純度影響較明顯。

2.2 Ca2+對KDP結(jié)晶的影響

配制42 ℃的KDP飽和溶液，加入一定量的Ca(H2PO4)2·H2O，使其完全溶解。加入平均粒徑603 μm的KDP晶種10.01 g，攪拌速率為400 r/min，以0.3 ℃/min的降溫速率降溫，待溶液達到36 ℃時，保持此溫度不變，養(yǎng)晶60 min，研究不同Ca2+濃度對KDP結(jié)晶產(chǎn)品產(chǎn)量及純度的影響，結(jié)果見圖4和圖5。

圖4 Ca2+濃度對KDP產(chǎn)量的影響Fig.4 Effect of Ca2+ concentration on production of KDP

由圖4、圖5可知，隨著Ca2+濃度的升高，KDP晶體的產(chǎn)量在降低。Ca2+濃度從0.397 g/L增加到1.587 g/L，KDP產(chǎn)量從16.15 g降低到13.52 g；Ca2+濃度為0.397 g/L時KDP晶體的產(chǎn)量最高，Ca2+濃度對KDP的產(chǎn)量影響較明顯。隨著Ca2+濃度的升高，KDP晶體的純度也在逐漸降低；Ca2+濃度從0.397 g/L增加到1.587 g/L，KDP純度從99.35%降低到97.44%；Ca2+濃度為0.397 g/L時KDP晶體的純度最高，Ca2+濃度對KDP的純度影響較明顯。