[DOC] 用磷酸二氢钙制磷酸二氢钾的磷收率研究

[DOC] 用磷酸二氢钙制磷酸二氢钾的磷收率研究 用磷酸二氢钙制磷酸二氢钾的磷收率研究 ? 试验研究?IM&P化I矿物与加I2006年第11期 文章编号:1008—7524(2006)11—0001—03 用磷酸二氢钙制磷酸二氢钾的磷收率研究 周垄,李军,陈亮,汤秀华 (四川1大学化工学院,四川1成都610065) 摘要:采用单因素实验和二次回归正交实验.对磷酸二氢钙与硫酸钾生产磷酸二氢钾反应过程中反应温度, 反应时问,硫酸钾与磷酸二氢钙摩尔比以及液固比诸因素对五氧化二磷收率的影响进行了研究,最终得到适宜的工艺 条件为:反应温度50”(2,反应时间120min.反应液固比4:1,硫酸钾与磷酸二氢钙摩尔比(K2O:PzO5)1.1:1,所得PzO5 收率超过70%. 关键词:磷收率;磷酸二氢钾;硫酸钾:磷酸二氢钙 中图分类号:TQ443文献标识码:A 0引言 磷酸二氢钾是无色或白色带光泽的斜方晶 体,能溶于水,在医药,工,农业中有着广泛应用. 其生产主要有中和法,离子交换法,复分解 法,萃取法等.中和法以氢氧化钾和热法磷酸为 原料,由于原料杂质少,故产品品质较高,但是原 料价格昂贵,生产成本高.离子交换法和萃取法 所用的离子交换树脂和有机脂肪胺类萃取剂价格 昂贵,在循环过程中会有部分损失,一次性投入 大,回收困难.复分解法用廉价的氯化钾代替氢 氧化钾,但是钾的转化率低,设备腐蚀严重.所以 有必要开发新的经济性好的工艺路线.本文根据 磷酸二氢钙与硫酸钾反应生成难溶的硫酸钙晶体 的原理,试图利用硫酸钾代替氯化钾作为原料,开 发出用廉价的肥料级重钙与硫酸钾复分解反应生 产高品质磷酸二氢钾的新工艺. 1实验 1.1实验原料 实验原料有重钙(P2O5,42%),硫酸钾(K2O, 50%),氢氧化钾(工业级)和磷酸二氢钙(工业 纯). 1.2实验方法 首先按实验要求,将恒温槽温度维持在规定 ?收稿日期:2006—03—07 作者简介:周至(1981一),男,天津人,在读研究生. 联系人:李军,教授,研究方向:结晶与分离纯化技术. 温度,按液固比要求把磷酸二氢钙或重钙和水放 入三颈瓶中搅拌,待混合均匀后,投入规定量的硫 酸钾,反应一定时间后,取出物料过滤,分别测定 滤液和滤渣中的磷含量. 2结果与讨论 2.1单因素实验 2.1.1硫酸钾与磷酸二氢钙摩尔比对磷收率的 影响 实验条件:反应温度60T2,液固比3:1,反应 时间120min.实验结果示于图1. 图1硫酸钾与磷酸二氢钙摩尔比 对磷收率的影响 图1说明硫酸根的加入对水解有影响,在摩 尔比为1.2:1时可以较好地抑制磷酸二氢钙的水 解. 2.1.2液固比对磷收率的影响 实验条件:反应温度60T2,反应时间120min, ? 试验研究?IM&P化I矿物与加I2006年第11期 硫酸钾与磷酸二氢钙摩尔比1.2:1.实验结果示 于图2. 75 73 71 .Il} 誓69 67 酤 2,456 竣嗣比 图2液固比对磷收率的影响 由图2可以看出,随着液固比的增加磷的收 率迅速提高,但是在液固比4.5以后磷的收率又 有所下降,在此条件下液固比在4,4.5之间时磷 的收率最高. 2.1.3反应时间对磷收率的影响 实验条件:反应温度60?,硫酸钾与磷酸二 氢钙摩尔比1.2:1,液固比4:1.实验结果示于图 3. 050lo015O2o0 反应时阚/rain 图3反应时间对磷收率的影响 由图3可以看出,随着反应时间的增加,磷的 收率迅速提高,到150min后这种变化已经不再明 显,说明反应时间在120,150min比较好. 2.1.4反应温度对磷收率的影响 实验条件:硫酸钾与磷酸二氢钙摩尔比1.2: 1,液固比4:1,反应时间120min.实验结果示于 图4. 图4反应温度对磷收率的影响 图4说明反应温度较高时磷酸二氢钙水解现 ? 2? 象更加严重,所以温度较低比较适宜,但又考虑到 温度低时硫酸钙结晶形态不好,所以温度取 50?. 2.2二次回归正交实验 2.2.1二次回归正交实验设计 从单因素实验结果看,温度对磷收率的影响 呈单调下降,其他3个因素却表现出极值点.因 此,为了研究其他3个因素对磷收率的交互影响, 将温度固定在50?,采用三因素二次回归正交组 合实验设计进行实验,影响因子为反应时间,液固 比,硫酸钾与磷酸二氢钙摩尔比,各因子水平见表 1,指标为P205的转化率,实验结果如表2所示. 表1磷酸二氢钙与硫酸钾反应过程水平因子 表22.一正交组合实验设计及结果 序P205P205 号x1x2x 转化率相对偏差 1382.2650.85370.980.029 2382.2651.34764.870.046 3384.7350.85370.190.024 4384.7351.34772.370.026 5l122.2650.85368.690.037 61122.2651.34763.90.042 71124.7350.85370.610.019 81124.7351.34772.30.032 9303.51.172.40.031 101203.51.171.860.028 117521.169.780.013 127551.171.030.048 13753.50.870.20.043 14753.51.470.910.017 15753.51.172.530.032 对实验结果进行二次回归分析,可得以P2o5 转化率为指标,各影响因素为变量的二次回归方 ? 试验研究?IM&P化.x.4z~.C/e乌加I2006年第11期 程,其方差分析结果见表3.所得全回归方程形 式为: Y(P2Os)=64.78—0.01296Xl+1.132X2 十28.31X3十0.009875XlX2十0.01135XlX3十 6.061X2X3—0.0002858Xl一1.023963X2, 23.93242X3(1) 表3全回归方差分析结果 注:显着性(1代表显着.0代表不显着) 从P205的转化率的全回归分析来看,在a= 0.05的水平上二次回归方程是显着的,回归系 数X2,X3,,X2X3,X2,X3为显着的,并且由全 回归方程求得的P205转化率的预测值与实测值 吻合度较好,相对误差小于5%,故所得逐步回归 方程是可靠的,可用于预测磷的最佳转化率. 2.2.2硫酸钾与磷酸二氢钙摩尔比和液固比二 因素对磷收率的影响 将反应时间设定为120min,由二次回归方程 (1)得到磷收率与液固比和硫酸钾与磷酸二氢钙 摩尔比之间的关系,如图5所示. 图5硫酸钾与磷酸二氢钙摩尔比 和液固比对磷收率的影响 图5说明高液固比和低反应物料摩尔比有利 于抑制磷酸二氢钙的水解.但是在高液固比的情 况下意味着在浓缩的时候需要高的能耗,所以液 固比选择4:1. 2.2.3硫酸钾与磷酸二氢钙摩尔比和反应时间 二因素对磷收率的影响 将反应液固比设定为4:1,由二次回归方程 (1)得到硫酸钾与磷酸二氢钙摩尔比和反应时间 之间的关系,如图6所示. 77 76 75 莓74 盏73 72 71 7O 图6硫酸钾与磷酸二氢钙摩尔比 和反应时间对P205收率的影响 从图6可以看出,在同一反应物料摩尔比的 情况下反应时间越长,磷收率越高.在各个反应 时间条件下,磷收率均在反应物料摩尔比1.1:1 的情况下得到最大值.所以最优反应时间为 120rain. 综合单因素实验和二次回归正交实验,可以 得到最优条件为:反应温度50?,反应时间 120rain,反应液固比4:1,硫酸钾与磷酸二氢钙摩 尔比(K20:P205)1.1:1.在此条件下反应的磷收 率的预测值为76.34%. 2.2.4检验性实验 表4检验性实验结果 温度时间相对 液固比物料比实验值预测值 ?/rain偏差 磷酸二氢钙501204:11.1:174.89%76.34%1.9% 重钙501204:11.1:170.71%76.34%7.4% 为了验证正交实验结果所得最优条件的可 靠性,用分析纯磷酸二氢钙和重钙分别与硫酸钾 进行反应,反应结果如表4所示.从表4可以看 出:用磷酸二氢钙做的实验结果和预测值相对偏 (下转第14页) ? 3? ? 试验研究?lM&P化z矿物与加z2006年第11期 3.Sg/100mL,搅拌时间为60min. b.在钠化膨润土吸附Cr6的过程中,Cr6的 去除率随溶液pH的增大,温度的升高,膨润土粒 度的增加以及溶液中Cr6的初始质量浓度的增 高而降低,随着吸附剂添加量和吸附时间的增加 而增加. C.在单一体系中,25?情况下,膨润土对 Cr的吸附符合Freundlich吸附等温式,其吸附 等温线的方程为:Q=0.344Ce026. d.在二组分体系中,zn2和Pb2的存在影响 膨润土对Cr6的吸附效率.当Zn2和Pb2的质 量浓度与Cr相近时,对Cr的吸附效果影响很 大,其中Zn2的影响大于Pb2. 4参考文献 [1】马勇,邵红,王恩德,梁彦秋.铝钛柱撑系列改性膨润土处 理含铬废水的应用研究.环境科学研究,2004,17(4):48—50. [23孙家寿,刘羽,等.铝锆交联膨润土对废水中铬的吸附研究 [J】.非金属矿,2000.23(3):13一l4. [3】孙家寿,刘羽,等.交联粘土矿物吸附特性研究(?)——铝 锆交联膨润土对废水中铬的吸附[J】.武汉化工学院,2000, 22(4):37—39. Removalofchromiumcation fromaqueoussolution withmodifiedbentonite DINGShu...1i,MENGQing—mei,SUNChen—guang,etc (1.KeyLaboratoryofResourceExploreResearchHebei Province,HebeiUniversityofEngineering,HandanHebei 056038,China;2.SehoolofRe.sourcesandEnvironmentEn. gineering,ShandongUniversityofTechnology,ZiboShan. dong255049,China) Abstract:Theadsorptioncapacityofsodiumizedbentonite0n Cr6inaqueoussolutionwasstudied.Theinfluencesofinitia1con. centrateofCr6inaqueoussolution,adsorbentquantity,pHvalue, stirringtime,temperature,andsizeonadsorptioncapacityofben. tonitewereresearched.Theresultsshowedthattheadsorptionof . ~odiumizedbentoniteonCr6inaqueoussolutionwouldreachba1ance after1hour.AmountofadsorptionwoulddecreaseaspHvalueof thesolution,temperature,sizeofbentonite,andinitialconcentrate ofCr6inaqueoussolutionincreased.Theadsorptionefficiencyof mentalionwasinfluencedbyco-existingionsincomplexsystem. Whentheconcentrateofco-existingionwasclosedtOtheconcentrate ofCr6.theinfluenceofco-existingiononCr6ad~rptioneffect wasbig.Whentheconcentrateofco-existingionwasfarinexcessof theconcentrateofCr6.theinfluenceofZn2onCr6adsorptionef— fectwasclosedtOzero,buttheadsorptionefficiencyofpb2onCr6 wasincreased. Keywords:adsorption;bentoniteheavymeml (上接第3页)StudyonP,0recovervin 差小于2%,用重钙做的实验结果和预测值相对....? 偏差较大,这与重钙中含有较多的Mg,Al?,. Fe3+等杂质和尚未分解的磷矿有 关.phosphateWthmonocalciumphosphate 3结论ZHOUKun,LIJun,CHENliang,TANGXiu-hua 用二次回归正交组合设计法安排实验和处理 (Colicg.fchmi.lEngineeringsi.hu” 数据,得出磷酸二氢钙与硫酸钾反应过程磷收率 u”iy’Chengdusi.hu”6’006’chi”a) 的数学模型.通过优化,获得最高磷收率的工艺 Abstract:By.”ofsinglehand’?quadratic 条件是:反应温度50E,KK,~I’~-J120min,反应 tptre.ti.,01rat100fpoti1fat.t.mooca1i 液固比4:1,硫酸钾和磷酸二氢钙的摩尔比 phosphtdratio.fliqidt.1Id0nP20overy_nvti. (K2O:P2O5)1.1:1,此时最高磷收率是 76.34%.gated.Theoptimalproce~pammetersofthereactionbetweenpotas. 以农用重钙和工业硫酸钾为原料在最佳工艺条件 slumsulphateandmonocalciumphosphateobtainedwere:thereaction 下对模型进行检验,实测值与计算值相对误差小 p.”50”C,ii120minutes,m.?i.poti’ 于10%,具有开发应用价值.”“..i”pho..?:’”.i. 4参考文献7tO 0 so % 1 . id41UndertheconditionstheP2Osrecoverywasabove:., 结晶法净化湿法磷酸生产磷酸二氢钾研究?化K eywords:P2O5rec0ver)r;potamdihydrogenphosphate; 工矿物与加工,2002,(4). potassiumsulfate;monocalciumphosphate ? 14?