专利名称:用湿法磷酸生产纯磷酸-铵的方法
本发明涉及一种用湿法磷酸生产纯磷酸一铵的方法，更特别的是涉及直接用湿法磷酸生产工业用的磷酸铵，且产量很高。
由氨与湿法磷酸反应所得到的磷酸一铵含有大量的来自上述磷酸的杂质，故它可用作肥料，但如不经处理就不能在工业上应用。为了用湿法磷酸生产工业纯的磷酸一铵，必须首先使磷酸提纯，提纯是根据用溶剂法从湿法磷酸中提取磷酸的方法进行的，其次使氨与得到的提取物起反应，以便得到含有少量杂质的磷酸一铵。
然而，由于工艺步骤复杂，此提取法不能被视为是在工业上有优越性的方法。另一方面，关于湿法磷酸与氨起反应时分段形成的不同的化合物，在“关于化肥的研究”一书(作者Ando及Akiyama，1976年5月20日重印，Nissin Syuppan K.K.发行)中曾提出过从磷酸铵母液中生产工业磷酸铵的可能性。上述磷酸铵母液的获得是通过将湿法磷酸在某种中和条件中与氨中和，形成(FeAl)NH4H2(PO4)2· 1/2 H2O(简称Q化合物)，或(FeAl)NH4HF2PO4(简称S化合物)，因而得到含有铁、铝及氟的磷酸铵母液，该三种元素是湿法磷酸中所含有的，并从中分离出来。然而此方法也有缺点，因为此方法需要的步骤多，诸如分段PH值控制，过滤及结晶等，这就导致了能耗的增加。
另一方面，根据法国专利1，248055泼锐翁Fravon法)，可得到工业纯的产品，其方法是将氨与湿法磷酸起反应，在反应液中部分地形成磷酸二铵的晶体，将晶体分离，再将得到的母液分流出一部分以减少来自湿法磷酸的杂质量，此后将母液浓缩使原晶体结晶并使原晶体再结晶。用此方法得到的纯磷酸二铵的产量以作为原料的湿法磷酸中五氧化二磷的含量为基础约为40～50%，余下的五氧化二磷最后用作磷酸铵肥料。
在上述说明中以磷酸为基础的磷酸铵产量定义为“回收百分比”如下
回收百分比＝ (磷酸铵晶体中的P2O5含量)/(在作为原料的湿法磷酸中P2O5含量) × 100％
如上所述，当将湿法磷酸直接中和时，以磷酸为基础的纯磷酸铵产量相当低。
鉴于已有技术中存在的上述问题，为了找出通过直接中和湿法磷酸生产出高产量、即高回收百分比的磷酸一铵的方法，本发明人进行了大量研究。
作为研究结果，我们已发现首先使湿法磷酸及氨在50～80℃起反应，当时氨和磷酸的克分子比保持在0.9～1.35，接着将反应生成的含有磷酸一铵晶体及不溶解的泥渣的泥浆分离为含有磷酸一铵的泥浆及含有不溶解的泥渣的泥浆，对前一种泥浆用常规的方法进行处理以回收磷酸一铵，而对后一种泥浆则用下面说明的方法除去泥渣，并将得到的滤液浓缩以回收磷酸一铵，再将两部分的磷酸一铵合并在一起，就能做到使磷酸一铵以高产量回收。上述对含有不溶解的泥渣进行处理的方法涉及将泥渣加热到60～95℃以溶解其所含的磷酸一铵，接着进行离心分离，并回收得到的滤液。
从上述说明中可以明显地看出，本发明的目的在于提供一种从湿法磷酸中得到高产量的磷酸一铵的方法。本发明的另一目的是提供根据上述方法生产的磷酸一铵。
本发明有一个主要构成(1)及一个实施例(2)，列举如下
(1)一种用湿法磷酸生产纯磷酸一铵的方法，该方法包括
①将氨与湿法磷酸在反应器中起反应，同时保持反应温度为50～80℃且氨和磷酸的克分子比为0.9～1.35;
②将反应所得的含有磷酸一铵及不溶解的泥渣的泥浆分离为含有上述晶体部分的泥浆及含有上述不溶解的泥渣部分的泥浆;
③对含有上述晶体部分的上述泥浆进行离心分离以回收晶体，同时将分离后的液体返回到上述反应器;
④将含有上述不溶解的泥渣部分的上述泥浆加热到60℃到95℃以溶解其中所含的磷酸一铵，接着对得到的液体进行离心分离和沉积，得到不溶解的泥渣及滤液，同时将分离后的滤液返回到上述反应器;
⑤将在步骤③及④中返回到上述反应器的液体进行浓缩，以形成含有磷酸一铵晶体的泥浆;及
⑥重复步骤②～④。
(2)一种根据上述第(1)条的方法，其中上述分离后的含有不溶解泥渣部分的泥浆在进行离心分离及沉积之前，每100份重量的上述泥浆中掺进重量不大于30份的水。
图1所示为在本发明的方法中所用的装置的流程图。
本发明的构成及有效性在下面将作更详细地描述。
本发明中所用的湿法磷酸是将磷酸盐矿石用无机酸进行处理后所得到的所谓湿法磷酸，至于生产磷酸的工艺，所谓半水合物法，二水合物法及半水合物-二水合物法中的任一种都可以应用。
至于本发明中所用的氨用气体氨并将氨气吹进上述湿法磷酸中去最为简便。然而，也可以使用浓度按重量计为20～30%的氨水。
本发明的方法的主要具体特征在于以下三点的有机组合
第一点，将湿法磷酸及氨连续送入含有磷酸一铵晶体的泥浆，氨和磷酸的克分子比调整并保持在0.9～1.35，这样形成的泥浆中既含有磷酸一铵的晶体又含有来自湿法磷酸的不溶解的泥渣。
第二点，用分离方法(例如用增稠器)将上述泥浆分离为一部分含有磷酸一铵，一部分含有不溶解的泥渣，且前一部分以常规方式进行处理以便得到磷酸一铵。
第三点，对上面分离出来的含有不溶解泥渣的泥浆进行加热以溶解磷酸一铵，接着通过离心分离及沉积将得到的泥浆分离为泥渣及滤液并将滤液循环及浓缩以形成磷酸一铵晶体。
应用上述程序，能有效地做到将作为杂质的泥渣分离并除去，结果磷酸一铵的产量大大提高。
本发明的方法将参照附图叙述如下
在图1中数字〔1〕指磷酸输送管，〔2〕指氨输送管。将磷酸及铵送入反应容器〔3〕，在其中进行中和。两种原料的输送比用氨和磷酸的克分子比表示为0.9～1.35，而以1.0～1.3为最佳。反应温度的范围以60°到80℃为最佳。如果在温度低于60℃的情况下进行反应，则需要化费排除热量的费用，而如果在温度超过80℃的情况下进行反应则需化费维持温度的费用;所以在最佳温度范围以外进行反应的两种情况都是不经济的。再者，超出上述温度范围后，在诸如反应泥浆排出管之类的散热部分易于产生磷酸一铵沉积及堵塞。通过上述中和反应，在反应容器〔3〕中形成了作为反应混合物的磷酸铵泥浆。此泥浆由磷酸一铵晶体，磷酸铵母液及作为不溶解的杂质的聚集体的不溶解泥渣所组成。将此磷酸铵泥浆连续地或间歇地送入沉积分离器〔4〕及〔6〕，在分离器中将泥浆分离为大量含有磷酸一铵的泥浆及大量含有不溶解泥渣的泥浆。将前一种泥浆由分离器〔6〕送入离心分离器〔13〕，在离心分离器中将泥浆分离为磷酸一铵(注提纯产品)及滤液，磷酸一铵用少量的水洗后，作为产品〔14〕回收，而滤液则送到循环容器〔12〕。此外泥浆循环管〔5〕构成一个控制沉积分离器〔4〕及〔6〕的功能的旁通管。大量含有不溶解的泥渣的泥浆由分离器〔6〕分离后经管道〔7〕送到加热器〔8〕，泥浆在其中加热到60°到95℃(比进入加热器的泥浆温度高10°到15℃)以便将泥浆中所含的全部磷酸一铵晶体溶解。然后用离心分离器〔9〕对加热后的泥浆进行处理，该离心分离器〔9〕比上述分离器〔13〕能分离更细小的粒子，并为诸如有2000G或2000G以上的连续的坚固的转筒式离心机(Super-Decanter，为TOMOE有限公司制造的产品的名称)，因而可将泥浆分离成不溶解的泥渣〔10〕及滤液。在加热器〔8〕中，重量90份的泥浆中经输送管〔16〕渗进重量不大于10份的水，这种分离就能进行得既平稳又有效。
因为这样获得的泥渣中仍包含相当数量的作为副产品的磷酸物，故可用作肥料或作他用。滤液从离心分离器〔9〕出来经管道〔11〕进入循环容器〔12〕，在其中该滤液与从离心分离器〔13〕出来的滤液相汇合并经滤液管〔15〕返回到中和反应容器〔3〕。管道〔17〕系指使含有不溶解的泥渣的泥浆进行循环所用的管道并构成和上述泥浆循环管〔5〕一样的旁通管。在湿法磷酸与氨中和→形成泥浆→排出泥浆(连续地或间歇地)这一过程达到稳定状态后，这类滤液循环就能连续地进行;由于不需要另作浓缩一结晶，故循环是合理的。当然，也可以独立地将循环容器〔12〕中的滤液进行浓缩，冷却，结晶处理因而分开来回收磷酸一铵。上述的对循环滤液的浓缩可以利用反应容器〔3〕中磷酸与氨的中和热来实现并且可能时可用开口的容器作反应容器进行。当然，循环容器〔12〕也可以同时用作浓缩容器，或者也可以在管道〔15〕的中段加浓缩容器。
根据本发明的方法，在磷酸与氨中和后，只要将含磷酸一铵晶体的泥浆分离，且将磷酸一铵从含有不溶解的泥渣部分的泥浆中分离出来并将得到滤液循环到中和步骤，就可能得到产量高达约70%的磷酸一铵(一种水中不溶物及其他杂质的含量极低的产品)此外，还可将已不能得出磷酸一铵的泥渣回收，并用作肥料或作他用;因而不产生任何废物，也就不会污染环境。
本发明将用控制例及实施例更详细地加以叙述。
控制例1
应用附图中的装置且氨和磷酸的克分子比为0.9～1.35，通过湿法磷酸(分析值P2O531.3%，SO30.81%，F0.51%，Ca0.19%，Al0.25%，Fe0.57%及Mg0.21%)与氨中和生产磷酸一铵。将在反应容器〔3〕中得到的泥浆经沉积分离器〔4〕及〔6〕送到离心分离器〔13〕。得到的滤液经管道〔15〕循环到反应容器〔3〕、且当回收百分比达到45%以上时管道〔7〕加热器〔8〕及离心分离器〔9〕方参与工作。
当回收百分比超过45%后，泥浆停止进入离心分离器〔13〕，且通过沉积分离器〔4〕及〔6〕的泥浆经管道〔7〕送到加热器〔8〕，在其中将泥浆温度从加热前的大约60℃提高到70℃，以便使泥浆中所包含的磷酸一铵溶解，接着在离心分离器〔9〕中进行处理，将泥浆分离为不溶解的泥渣及滤液。
此外，在离心分离器〔9〕的入口处泥浆的SS浓度为20.7%而在分离后滤液的SS浓度为2.55%(“SS”浓度系指过滤剩余物的重量百分比，该过滤剩余物系指将1克样品溶解在100毫升的水中并将溶液过滤后得到的不溶物)。再者，从离心分离器〔9〕排放出的不溶解的泥渣的成份(重量百分比)如下
A-N(氨形式的氮)7.65%，
T-P2O5(总磷酸物)35.7%
如上所述，在离心分离器中所分出的各滤液(每次100kg)在60°～70℃继续蒸发-浓缩，接着逐步结晶，结果如表1所示并在以后加以叙述(以回收百分比表示)。
结晶物再经离心分离以去除液体，接着用水洗(用水量每公斤结晶物为100C.C.)，且将洗晶体的水返回到用上述方法去除液体后所得到滤液。在上述方法中，在蒸发-浓缩时不溶解的泥渣积累在滤液中，但上述结晶过程继续进行而不分离泥渣。这样得到的磷酸一铵晶体的质量的分析值相对于每个回收百分比的情况在表1中列出。
控制例2
在磷酸一铵的回收百分比达到45%前，重复控制例1。当回收百分比超过45%，经沉积分离器〔4〕及〔6〕及管道〔7〕送到加热器〔8〕的泥浆中每80份重量的泥浆中加进20份重量的水，接着将混合物加热到70℃以溶解泥浆中所含的磷酸一铵。从离心分离器〔9〕得到的滤液几乎是透明的。
对于每一个回收百分比，这样得到的磷酸一铵晶体的质量的分析值可见表2。
实施例1及比较例1
应用如图1所示的装置生产磷酸一铵
将控制例1中所用的同一湿法磷酸以每小时2000升的速度连续送到反应容器〔3〕中，并在同时，将氨气连续吹进容器，在容器入口处氨和磷酸的克分子比则保持在1.0到1.3，并将温度保持在60℃。得到的含有磷酸一铵晶体及不溶解的泥渣的泥浆连续排入沉积分离器〔4〕及〔6〕。
在分离器〔6〕中将泥浆分离为含磷酸一铵晶体的泥浆及含不溶解泥渣的泥浆。在离心分离器〔13〕中将前一种泥浆分离为磷酸一铵及溶液，且此磷酸一铵用小量的水来洗，然后回收。后一种泥浆则经管道〔7〕送到加热器〔8〕，在其中泥浆温度保持在70～75℃，然后连续以一小时1400公斤的速率送入离心分离器〔9〕(其名为Superdecanter;离心作用为2000G)，在其中将泥浆分离为不溶解的泥渣及滤液，此滤液与从离心分离器〔13〕出来的滤液一起，经循环容器〔12〕循环到反应容器〔3〕。
在另一方面，作为比较，除去不在沉积分离器〔4〕及〔6〕中分离由反应容器〔3〕来的泥浆(因而加热器〔8〕及离心分离器〔9〕也不 工作)外，重复实施例1，泥浆送到离心分离器〔13〕以回收磷酸一铵〔比较例1〕。
在实施例1及比较例中所得到的磷酸一铵晶体的回收百分比及其质量(SS及SO3的重量百分比)的分析值如表3所示。
＊8加热器，9离心分离器
实施例2
与实施例1的方式相同，在分离器〔6〕中将在反应容器〔3〕中形成的泥浆分离为含有磷酸一铵晶体的泥浆及会有不溶解的泥渣的泥浆，且和实施例1一样，对前一种泥浆进行处理，以回收磷酸一铵，但是后一种泥浆则经管道〔7〕送到加热器〔8〕，在其中将泥浆温度保持在70～75℃，且在泥浆以每小时1400公斤的速率连续送入离心分离器前，经管道〔16〕将水(约1小时280公斤)送入，其中在离心分离器〔9〕中分离出来的滤液的外观几乎是很清的。此滤液及不溶解的泥渣从离心分离器分离出来后，以与实施例1相同的方式进行处理。
上面得到的磷酸一铵晶体的回收百分比及其质量的分析值如下
回收百分比 质量
70% SS SO3
0.4～0.3% 0.2～0.3%
权利要求
1、一种用湿法磷酸生产纯磷酸一铵的方法，该方法包括
①将氨与湿法磷酸在反应器中起反应，同时保持反应温度为50到80℃且氨和磷酸的克分子比为0.9～1.35；
②将反应得到的含有磷酸一铵及不溶解的泥渣的泥浆分离为含有上述晶体部分的泥浆及含有上述不溶解的泥渣部分的泥浆；
③对含有上述晶体部分的泥浆进行离心分离及沉积以回收晶体，同时将分离后的液体返回到上述反应器；
④将含有上述不溶解的泥渣部分的上述泥浆加热到60°到95℃以溶解其中所含的磷酸一铵，接着对得到的液体进行离心分离成为不溶解的泥渣及滤液，同时将分离后的滤液返回到上述反应器；
⑤将在步骤③及④中返回到上述反应器的液体浓缩以形成含有磷酸一铵晶体的泥浆；及
⑥重复步骤②-④。
2、一种如权利要求
1所述的方法，其中上述含有不溶解的泥渣的上述分离后的泥浆在离心分离及沉积前，每100份重量的上述泥浆中掺进重量不超过30份的水。
专利摘要
本发明提供一种直接用湿法磷酸高产量地生产纯磷酸-铵(简称MAP)的方法，该方法包括使湿法磷酸与氨在50～80℃起反应，反应时保持氨和磷酸的克分子比为0.9～1.35；将得到的含有MAP晶体及不溶解的泥渣的泥浆分离为含有前者的泥浆及含有后者的泥浆；以常规方式处理前一种泥浆来回收MAP；而后一种泥浆的处理则采用将泥浆加热到60～90℃以溶解其中所含的MAP，用离心分离来去除泥渣并浓缩滤液以回收MAP；再将两个部分的MAP混到一起。
文档编号C01B25/28GK85103677SQ85103677
公开日1986年11月12日 申请日期1985年5月15日
发明者中村诚也, 早川昌作, 柴田丰彰, 山下吉达 申请人:窒素股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan