专利名称：用海水制取磷酸二氢钾的方法
技术领域：
本发明涉及一种磷酸二氢钾的制备方法，特别是用海水制取磷酸二氢钾的方 法。
背景技术：
磷酸二氢钾(KH2PO4)是一种高效磷钾复肥，因其具有营养成分高，化学性质稳 定，无嗅、无毒、无味，易溶于水，吸湿性小，不结块，因而适合于各种土壤和作物。 中国专利CN1324760A公开了 “一种磷酸二氢钾的生产方法”，该发明的要点是用磷 酸与氯化钾在180 220°C下进行复分解反应，生产焦磷酸二氢钾和氯化氢气体，焦磷酸 二氢钾进行水解生产磷酸二氢钾，以这一方式生产的磷酸二氢钾包含K2O 33%-34% (质 量)和P2O5为52% (质量)。CN1412107A公开了 “一种磷酸二氢钾的生产方法”，该 发明是由硫酸氢钾制备，溶液萃取，磷酸二氢钾结晶与分离等工艺流程来完成，操作按 磺化、水解、萃取、过滤、滤液浓缩、结晶与分离、烘干、分馏步骤进行，反应条件温 和，对设备材质无特殊要求。该方法制备的磷酸二氢钾纯度达到96%以上。CN1880217A 公开了一种“新直接法磷酸二氢钾生产技术”，该方法是由氯化钾与过量浓硫酸加热反 应，将得到的硫酸氢钾过量硫酸混合液与磷矿粉，硫酸及水组成矿浆反应的磷石膏及磷 酸二氢钾溶液，再向溶液中加入碳酸钾，硫化钾中和，经过滤，纳滤脱水，净化等步骤 最终得到磷酸二氢钾产品。综上所述，现有的磷钾复合肥均是以商品钾盐与含磷物质为 原料生产的。由于我国陆地钾矿资源短缺，国内所需氯化钾60%依赖进口，导致上述工 艺的原料来源和生产成本将受到进口氯化钾的制约，因此，研制利用总储量达550万亿 吨的天然海水钾资源制取磷钾复合肥的方法是十分必要的。在海水提钾方面，国内外科学家先后提出包括化学沉淀法、溶剂萃取法、膜分 离法和离子交换法等四种技术路线的多种工艺方法。在以天然沸石为离子交换剂的离 子交换法海水提钾工艺中，CN1554577A提出了一种“用海水制取磷酸二氢钾的工艺方 法”，该方法是以用天然沸石吸附海水中的钾；以碳酸氢铵溶液为洗脱剂，常温洗脱吸 钾沸石，制得含有钾、钠、铵、碳酸氢根离子的富钾母液；富钾母液加入氯化钾和磷酸 二氢铵后通过蒸氨得到蒸氨母液，此母液再经蒸发、酸化、冷却制得磷酸二氢钾。由于 该方法在富钾工序制得的富钾母液中K+的含量仅有12-13g/L，整个过程又要两次蒸发， 致使该方法的总体能耗高。
发明内容
本发明目的在于提供一种用海水制取磷酸二氢钾的方法。该方法一方面可以服 了现有磷钾复合肥生产工艺中钾素来源受进口制约及成本高的问题；另一方面，通过大 量工艺优化实验，制备出K+的含量在28-45g/L的富钾液，经过转化，蒸发，冷却，分 离等步骤得到磷酸二氢钾产品，解决了传统方法中反应温度高，设备防腐难以过关的难 题，且大幅度地降低了工艺过程的能耗，为开发利用丰富的海水钾资源提供了一条新的途径。本发明提供的一种用海水制取磷酸二氢钾的方法是经过下述的步骤1)在室温下将原料海水通入装填钠型斜发沸石的离子交换柱中进行吸附至钾离 子与斜发沸石上的钠离子发生交换反应完全；用水洗去离子交换柱中的海水后，再通入 50 100°C的盐水，对离子交换柱洗脱，流速为4 10m/h，得到一浓液。2)将一浓液通入铵型沸石的离子交换柱进行吸附，铵型沸石转为钾型沸石；以 循环液为原料加入氯化铵使氯化铵的浓度为20 25%的洗脱剂，进行洗脱，洗脱流速为 4 10m/h，得到富钾液。3)富钾液加入磷酸二氢铵进行一段转化、蒸发浓缩、冷却、分离得到磷酸钾铵 和母液I;在转化器中加入磷酸钾铵，氯化钾和水进行二段转化，然后冷却结晶分离得到 粗产品磷酸二氢钾和母液II ；粗产品经重结晶后得到最终产品磷酸二氢钾。本发明提供的用海水制取磷酸二氢钾的方法包括的步骤1)在10 45°C下，将原料海水通入装填钠型斜发沸石的离子交换柱中进行吸附 反应，海水中的钾离子与斜发沸石上的钠离子发生交换，原料海水与钠型斜发沸石的质 量比为10 130 1，原料海水的吸附流速(空塔流速)为5 40m/h ；原料海水的密 度范围为3 27° Be'。2)用水清洗除去离子交换柱中的海水，在50 95°C下用饱和盐水作为一段洗脱 剂对离子交换柱中的钾离子进行洗脱，得到一浓液；一段洗脱剂与钠型斜发沸石的质量 比为1.6 3.0 1。洗脱剂的洗脱流速(空塔流速)控制在4 lOm/h。3)将一浓液通入铵型沸石柱中进行二段吸附，吸附流速为4 lOm/h，铵型沸 石转为钾型沸石，得到含铵的盐水，经蒸氨处理后得到的回收盐水用于一段洗脱。4)用含有氯化铵的洗脱剂进行二段洗脱，温度为50°C 95°C，流速为4 IOm/ h，得到富钾液。5)将富钾液中加入磷酸二氢铵和回收母液II进行一段转化，溶液中的钾和磷酸 二氢铵的摩尔比为1 1 3，转化温度为70 90°C，转化时间lh，然后将溶液蒸发浓 缩至29° Be' (60°C),将浓缩完成液冷却至30°C，分离得到磷酸钾铵和母液I。6)在转化器中加入磷酸钾铵、氯化钾和水进行二段转化，磷酸钾铵中铵和氯化 钾的摩尔比为1 1 1.5，水与固体的质量比为1 1，转化温度为70 90°C，转化时 间lh，将转化液冷却至30°C，分离得到粗产品磷酸二氢钾和母液II。7)将粗产品磷酸二氢钾进行重结晶，分离得到产品磷酸二氢钾和母液III。步骤3)所述的二段吸附中得到的含铵盐水加入氢氧化钠进行蒸氨处理回收氨， 氢氧化钠的加入计量为盐水中含氨总量的等摩尔数，蒸氨温度控制在100 112°C，蒸出 的氨气经水吸收后得副产品氨水，所得氨水浓度控制在20%，蒸氨后盐水(回收盐水)也 供循环使用。本发明突出的实质性特点和显著进步是本发明方法与传统制备磷酸二氢钾方 法相比，具有原料易得，生产过程中无“三废”排放，原料利用率高，对设备的腐蚀弱 等优势，且海水存储量大则原料来源不受限制。本发明方法与CN1554577A “用海水制取磷酸二氢钾的工艺方法”相比，洗脱 剂改为氯化铵，使富钾液中K+含量增加2倍，提高了沸石的利用率，本发明中两次转化一次蒸发，大大降低了能耗，并且避免了在“用海水制取磷酸二氢钾的工艺方法”转化 过程中苛刻的反应条件，对设备的防腐要求明显较低。本发明方法制得的产品磷酸二氢钾中KH2PO4 96 97%，K2O 33.2-33.5%, 其质量达到HG 2321-92农业品标准。另外，本发明方法的工艺过程简单，工艺过程中无 废液排放，沸石、氨水、盐水均采取回收，使其循环使用，进一步降低了成本，提高了 经济效益，为实现我国农用钾肥自给开辟了新的途径。
图1为本发明方法的工艺流程示意图。
具体实施例方式本发明结合附图作进一步说明，但它们不会对本发明作任何限制。本发明是原料海水用装填改性沸石的离子交换柱吸附，吸附后的海水排出。用 盐水对吸附物进行洗脱，得到一浓液。将一浓液通入铵型沸石中进行吸附，然后再用含 有氯化铵的溶液对进行洗脱，即可得到富钾液。二段吸附得到的含铵盐水加氢氧化钠进 行蒸氨处理，得副产品氨水，并回收盐水；得到的富钾液转化、蒸发、冷却、分离等步 骤得到成品磷酸二氢钾，具体实施例如下实施例1第一步，富钾液的制备首先将6000g钠型天然斜发沸石填装于Φ 30 X 12000mm带夹套的离子交换柱之 中，构成离子交换装置。将离子交换柱平均分为两组，第一组进行一段吸附和洗脱，第 二组进行二段吸附和洗脱。然后向第一组离子交换柱以40m/h的流速(空塔流速)通入 380L(388Kg)3° Be'原料海水，进行吸附，吸附温度为10°C。原料海水中含钾浓度为 0.38g/L,吸附后排出的海水中含钾浓度为0.11g/L，海水中的钾离子被交换到沸石中。 用淡水将沸石柱中的海水全部洗出。按表1中的数据，向上述离子交换柱以8m/h的流 速(空塔流速)通入温度为95°C的盐水6800mL(8160g)进行洗脱，当得到一浓液6800mL 时停止洗脱。将得到的一浓液通入第二组离子交换柱中进行二段吸附，流速控制7m/h， 得到含铵盐水6800mL，其含NH4+为7.74g/L。含铵盐水加入氢氧化钠117g，在100°C 蒸氨，得20%的氨水512g，蒸氨后得回收盐水6471mL，加盐饱和后用作下次一段洗脱 剂。然后用含氯化铵为25%的洗脱剂1600mL在80°C进行洗脱，洗脱流速为5m/h，得 到富钾液1500mL时停止洗脱，富钾液含K+: 37.63g/L，此时第二组离子交换柱沸石变 为铵型沸石。该钾富集过程中的物料成份见表1第二步，成品磷酸二氢钾的制取将磷酸二氢铵500g和回收母液II IOOOg加入第一步制得的富钾 液1500mL(1744g)进行转化，转化温度90 °C，转化时间lh，蒸发浓缩至 29° Be' (60 °C ),将浓缩的转化液冷却至30°C，分离得到磷酸钾铵420g和母液I 1360g。然后在转化器中加入水650g、磷酸钾铵420g和氯化钾230g进行二次转化，温 度90°C，时间1小时，磷酸钾铵的铵与氯化钾的摩尔比为1 1.2，水与固体质量比为 1 1，将转化液搅拌冷却至30°c，分离得到粗产品270g和母液II1030g。粗产品用235g水重结晶分离得到磷酸二氢钾产品105g和母液III 400g。磷酸二氢钾分离过程中的物料成分见表2。表1钾富集过程物料成分表
权利要求
1.一种用海水制取磷酸二氢钾的方法，其特征在于它经过下述的步骤1)在室温下将原料海水通入装填钠型斜发沸石的离子交换柱中进行吸附，至钾离 子与斜发沸石上的钠离子发生交换反应完全；用水洗去离子交换柱中的海水后，再通入 50 100°C的盐水，对离子交换柱洗脱，流速为4 10m/h，得到一浓液；2)将一浓液通入铵型沸石的离子交换柱进行吸附，铵型沸石转为钾型沸石；以氯化 铵和循环液配成含氯化铵浓度为20 25%的洗脱剂，进行洗脱，洗脱流速为4 IOm/ h，得到富钾液；3)富钾液加入磷酸二氢铵进行一段转化、蒸发浓缩、冷却、分离得到磷酸钾铵和母 液I;在转化器中加入磷酸钾铵，氯化钾和水进行二段转化，然后冷却结晶分离得到粗产 品磷酸二氢钾和母液II ；粗产品经重结晶后得到最终产品磷酸二氢钾。
2.一种用海水制取磷酸二氢钾的方法，其特征在于它包括的步骤1)在10 45°C下，将原料海水通入装填钠型斜发沸石的离子交换柱中进行吸附反 应，海水中的钾离子与斜发沸石上的钠离子发生交换，原料海水与钠型斜发沸石的质量 比为10 130 1，原料海水的吸附流速(空塔流速)为5 40m/h ；2)用水清洗除去离子交换柱中的海水，在50°C 95°C温度下用饱和盐水作为一段洗 脱剂对离子交换柱中的钾离子进行洗脱，得到一浓液；一段洗脱剂与钠型斜发沸石的质 量比为1.6 3.0 1。3)将一浓液通入铵型沸石柱中进行二段吸附，铵型沸石转为钾型沸石，得到含铵的 盐水，经蒸氨处理后得到的回收盐水用于一段洗脱；4)用含有氯化铵的洗脱剂进行二段洗脱，温度为50°C 95°C，流速为4 lOm/h， 得到富钾液；5)将富钾液中加入磷酸二氢铵和回收母液II进行一段转化，转化温度为70 90°C， 转化时间lh，然后将溶液蒸发浓缩至29° Be' (60°C),将浓缩完成液冷却至30°C，分 离得到磷酸钾铵和母液I ；6)在转化器中加入磷酸钾铵、氯化钾和水进行二段转化，转化温度为70 90°C，转 化时间lh，将转化液冷却至30°C，分离得到粗产品磷酸二氢钾和母液II;7)将粗产品磷酸二氢钾进行重结晶，分离得到产品磷酸二氢钾和母液III。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的原料海水的密度范围为3 27° Be'。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤2)所述的洗脱剂的洗脱流速为4 10m/ho
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤3)所述的吸附流速为4 lOm/h。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤4)所述的洗脱流速为4 lOm/h。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的富钾液中的钾和磷酸二氢铵的摩尔 比为1 1 3。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的磷酸钾铵中铵和氯化钾的摩尔比为 1 1 1.5，水与固体的质量比为1 1。
全文摘要
本发明涉及一种用海水制取磷酸二氢钾的方法。它是原料海水用装填改性沸石的离子交换柱吸附，吸附后的海水排出；用饱和盐水洗脱得到一浓液，然后用一浓液对铵型沸石进行二段吸附，再用含有氯化铵溶液对吸附物进行洗脱得到富钾液；二段吸附中得到的含铵盐水加氢氧化钠进行蒸氨处理，得副产品氨水，并回收盐水；得到的富钾液经过转化、蒸发、冷却结晶、分离、重结晶等得到成品磷酸二氢钾。本发明克服了现有磷酸二氢钾生产工艺中钾素来源受进口制约及成本高的问题，并为开发丰富的海水钾资源提供了一条新的途径。
文档编号C01B25/30GK102009965SQ20101060155
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者纪志永, 袁俊生, 谢英惠, 郭小甫, 陈静 申请人:河北工业大学