磷酸镁铵沉淀法去除镁盐结垢的研究

贾洪秀，郭宗端，王 州，裴海荣，袁凤英，贾 亮（1.金正大生态工程集团股份有限公司，山东临沭276700；2.国家缓控释肥工程技术研究中心；3.农业部植物营养与新型肥料创制重点实验室）

磷酸镁铵沉淀法去除镁盐结垢的研究

贾洪秀，郭宗端，王 州，裴海荣，袁凤英，贾 亮
（1.金正大生态工程集团股份有限公司，山东临沭276700；2.国家缓控释肥工程技术研究中心；3.农业部植物营养与新型肥料创制重点实验室）

为了减轻硫酸钾生产过程中输送管道和结晶槽壁镁盐结垢的程度，提高生产效率，研究人员在实验室筛选了一种脱镁剂，对脱镁过程中脱镁剂添加量、脱镁温度和脱镁时间做了细致的研究，并应用于实际生产，取得了较好的效果。脱镁后过滤出来的磷酸镁铵作为缓释肥料使用，不但不会污染环境，还能为企业带来利润。

结垢；生产效率；脱镁剂；磷酸镁铵

硫酸钾是一种优质的肥料，对农业发展具有重要的促进作用［1］。生产过程中因为原料氯化钾中含有少量镁离子，后面工序中以硫酸镁钾的形式慢慢析出，导致输送管道和结晶器槽壁出现结垢现象，需要定期清理干净，从而严重影响了硫酸钾的生产效率。为了解决这一问题，研究人员筛选了多种脱镁剂进行实验研究，并指导生产人员加入分离硫酸钾后的氯化铵溶液中，从而将原料氯化钾带来的镁离子以沉淀的形式过滤除去，避免了后序循环过程镁离子的累积，减轻了结垢的程度。脱镁剂包括碳酸氢铵、磷酸一铵和磷酸二铵，经实验发现，无论是去除率还是可操作性难易程度，磷酸二铵均取得相对较好的效果。化学沉淀法去除镁垢的主要原理是PO43-、Mg2+、NH4+在碱性水溶液中生成NH4MgPO4· 6H2O沉淀，脱镁后过滤出来的磷酸镁铵［3］作为缓释肥料使用，不但不会污染环境，还为企业带来了利润。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：磷酸一铵、磷酸二铵、碳酸氢铵、浓氨水、EDTA标准溶液、三乙醇胺、CMP、KOH（150 g/L）。

仪器：HH-S型水浴锅、JJ-1型精密增力电动搅拌器、500 mL烧杯、250 mL烧杯、玻璃棒、温度计、布氏漏斗、PHS-3C型酸度计等。

1.2 实验内容

1.2.1 最佳脱除剂和最佳配比的选择

从硫酸钾车间取来的氯化铵溶液（60℃左右，pH为4～5）含MgO为0.40%～0.60%（质量分数），取100 g氯化铵溶液，将Mg与P按物质的量比0.5∶1、1∶1、2∶1和3∶1加入磷酸一铵、磷酸二铵，同时将Mg与碳酸盐按物质的量比0.5∶1、1∶1、2∶1和3∶1加入碳酸氢铵作对照。在60℃搅拌反应，静置10 min后，抽滤，分析产品磷酸镁铵成分并计算镁离子的去除率。

1.2.2 最佳温度与沉淀放置时间的选择

分别设置温度为25、40、60、80、100℃进行搅拌反应，其余步骤同1.2.1。

分别设置沉淀放置时间为0、10、20、30、60 min，其余步骤同1.2.1。

2 结果与讨论

2.1 碳酸氢铵对镁离子去除率的影响

选择碳酸氢铵去除镁离子，其原理为碳酸根与镁离子结合成碳酸镁沉淀析出。实验结果显示，添加碳酸铵后，溶液中并未出现沉淀，分析原因可能是镁离子浓度比较低，碳酸镁的溶度积常数为2.6× 10-5，而磷酸镁铵之所以能析出，它的溶度积常数是2.51×10-13。所以碳酸铵不适宜作为脱镁剂。

2.2 磷酸一铵对镁离子去除率的影响

图1为磷酸一铵与镁离子物质的量比对镁离子去除率的影响。由图1可见，磷酸一铵与镁离子物质的量比为1∶1时，镁的去除率达到了93%；当物质的量比为2∶1时，镁的去除率达99%以上；再继续增加磷酸一铵的投入量，镁的去除率基本不变，且接近完全。考虑到工业生产，磷酸一铵与镁离子物质的量比为1∶1时已达到要求。但是，去除率之所以较高，是在调节pH的基础上做到的，若不调节pH，则实验结果如图2。

图1 磷酸一铵对镁离子去除率的影响

图2 磷酸一铵对镁离子去除率的影响（未调节pH）

由图2可见，在不调节pH的情况下，即使磷酸一铵与镁离子物质的量比为3∶1，镁的去除率也只有40%。由此可见，若选择磷酸一铵作为脱镁剂，必须调节体系的pH至6以上。而在工业生产过程中，基本无法改变体系的pH，一是对硫酸钾生产整个体系有负面影响，二是可操作性不强，且步骤相对繁琐，耗费人力物力。所以综合来看，笔者不建议选择磷酸一铵作为脱镁剂。

2.3 磷酸二铵对镁离子去除率的影响

为了简化工艺程序，省去用氨水调节pH的步骤，现选择磷酸二铵作为脱镁剂。

图3a为磷酸二铵与镁离子物质的量比对镁离子去除率的影响。由图3a可见，磷酸二铵与镁离子物质的量比为1∶1时，镁的去除率达76%；当物质的量比为2∶1时，镁的去除率达到97%以上；再继续增加磷酸二铵的投入量，镁的去除率已基本不变，且接近完全。考虑到工业生产，实验选择磷酸二铵与镁离子较佳的物质的量比为2∶1。

图3b为温度对镁离子去除率的影响。由图3b可见，随着温度的升高，镁的去除率呈增加的趋势，在60℃时已基本满足生产要求；超过60℃后，镁的去除率没有显著变化，却增加了不少能耗成本。综合考虑，实验选择最佳温度为60℃。

图3c为放置时间对镁离子去除率的影响。由图3c可见，加入磷酸二铵后立即生成磷酸镁铵，而且随着放置时间的延长，磷酸镁铵并未显著增加，说明反应在瞬间基本完成，这恰好能满足生产要求，即边投料边出料

图3 磷酸二铵（a）、温度（b）和放置时间（c）对镁离子去除率的影响

2 结论

以磷酸二铵作为脱镁剂，通过形成磷酸镁铵沉淀分离出来，可以达到比较理想的效果。据统计，改进工艺后，操作人员只需要大约一个月清理一次设备，而之前则需要每星期清理一次，由此可见生产效率大大提高。而且脱镁出来的磷酸镁铵可以作为肥料使用，在有效减少污染的同时，使企业效益得到增长。

［1］ 华宗伟，钟宏，王帅，等.硫酸钾的生产工艺研究进展［J］.无机盐工业，2015，47（4）：1-5.

［2］ 谈霞，杨蓉飞.硫酸镁亚型盐湖钾肥生产中尾矿回收钾镁肥的研究［J］.无机盐工业，2014，46（10）：50-52.

［3］ 刘成伦.肖楚.废水氮磷制备磷酸镁铵的研究［J］.无机盐工业，2007，39（1）：44-46.

联系方式：jiahongxiu1985@163.com

Removing of magnesium salt scaling by magnesium ammonium phosphate precipitation method

Jia Hongxiu，Guo Zongduan，Wang Zhou，Pei Hairong，Yuan Fengying，Jia Liang
（1.Kingenta Ecological Engineering Group Co.，Ltd.，Linshu 276700，China；2.National Engineering Technology Research Center For SCRF；3.Key Laboratory of Plant Nutrition and New Fertilizer R&D，Ministry of Agriculture，P.R.China）

In order to reduce magnesium salt scaling on the pipelines and crystallizer tank walls in the process of potassium sulfate production，and to improve the production efficiency，a magnesium removing agent has been screened out in the laboratory by the researchers.The magnesium removing agent addition amount，temperature，and time were studied in detail，and it was also applied in practical production，and good results have been achieved.The filtered magnesium ammonium phosphate obtained in the Mg-removing process could be used as a slow-release fertilizer.It not only will not pollute the environment，but also will bring profits to the company.

scaling；production efficiency；magnesium removing agent；magnesium ammonium phosphate

TQ132.2

A

1006-4990（2016）11-0047-02

2016-05-10

贾洪秀（1985— ），女，研发工程师，主要从事肥料方面的研发工作。