胡兆平,刘 阳,李 玲,李兴平
(金正大生态工程集团股份有限公司/国家缓控释肥工程技术研究中心 山东临沭 276700)
随着国家对肥料中重金属含量的管控越来越严,普通湿法磷酸制备的磷酸盐产品[1]已经无法满足生态级肥料生产的要求;国外用户对肥料中重金属含量的要求更高,肥料欲走出国门,脱除湿法磷酸中的重金属已势在必行。一般湿法磷酸中含砷质量分数在(15~30)×10-6,但是在制备磷酸盐过程中砷元素会富集,所以须将磷酸中砷的质量分数降至1×10-6以下[2-4]。目前常用的脱砷剂主要有硫化钠、硫化钙及五硫化二磷,硫化钙微溶于水,使用过程中只能以固体形式加入,利用率低;五硫化二磷有剧毒且在空气中受摩擦会燃烧,使用不便。因此,对硫化钠脱砷条件进行了试验研究,确定了硫化钠脱砷的工艺参数。
以贵州金正大诺泰尔化学有限公司生产的湿法磷酸为原料,质量分数10%的硫化钠溶液为脱砷剂,磷酸产品中各成分分析结果如表1所示。
表1 磷酸产品中各成分分析结果
HH-M4型恒温水浴锅,上海赫田科学仪器有限公司;S312-250型恒速搅拌器,上海申生科技有限公司;AL204型分析天平、PL3002型电子天平,梅特勒-托利多公司;RGF7800型原子荧光仪,北京博晖创新光电技术股份有限公司。
湿法磷酸中的砷主要以H3AsO3的形式存在,向磷酸中加入含有S2-的脱砷剂即可使得As3+以As2S3的形式沉淀(2H3AsO3+3H2S→As2S3+6H2O),再经陈化过滤就可以实现磷酸与砷渣的分离。
固定磷酸溶液质量300 g、反应温度55 ℃、反应时间1 h、陈化时间2 h等参数不变,分别加入不同质量的硫化钠溶液进行脱砷试验。试验结果(图1)表明:随着硫化钠加入量的增加,磷酸中砷的质量分数逐渐降低;当硫化钠的干基加入量超过0.40 g(占磷酸质量的0.13%)后,砷的质量分数变化不明显。根据试验结果,选择脱砷剂硫化钠的干基加入量为磷酸质量的0.13%。
固定磷酸溶液质量300 g、反应温度55 ℃、硫化钠干基加入量为磷酸质量的0.13%、陈化时间2 h等参数不变,考察不同反应时间对磷酸脱砷效果的影响。试验结果(图2)表明:随着反应时间的延长,砷的质量分数逐渐降低;反应时间超过45 min以后,砷的质量分数变化不大,脱砷磷酸中砷的质量分数稳定在0.6×10-6左右。根据试验结果,选择脱砷反应时间为45 min。
由于采用硫化钠脱砷生成的硫化亚砷沉淀细小,分离过程容易穿滤,造成脱砷效果降低,故脱砷反应完成后需要一定的陈化时间使小颗粒聚集。固定磷酸溶液质量300 g、反应温度55 ℃、硫化钠干基加入量为磷酸质量的0.13%、反应时间45 min等参数不变,考察不同陈化时间对磷酸脱砷效果的影响。试验结果(图3)表明:陈化时间的延长有利于磷酸中砷的质量分数降低;陈化时间超过3 h后,砷的质量分数变化较小。根据试验结果,选择陈化时间为3 h。
固定磷酸溶液质量300 g、硫化钠干基加入量为磷酸质量的0.13%、反应时间45 min、陈化时间3 h等参数不变,考察不同反应温度对磷酸脱砷效果的影响。试验结果(图4)表明:反应温度对脱砷效果的影响不明显,实际脱砷反应温度可根据所生产的湿法磷酸温度确定,一般在50~60 ℃。
通过试验,采用硫化钠脱砷的优选条件:硫化钠的干基加入量为磷酸质量的0.13%,反应时间为45 min,陈化时间为3 h。在优选条件下,处理后的磷酸中含砷质量分数可降至1×10-6以下,可满足后续磷酸盐产品中砷含量不超标的要求。