[发明专利]通过磷酸半水合物的结晶制备磷酸的方法

说明书

本发明涉及一种通过从预提纯的进料酸中结晶磷酸半水合物H₃PO₄×0.5H₂O来同时制备食品级和饲料级磷酸的方法。

磷酸可以通过湿法制备，其中使无机酸，通常是硫酸，与磷酸钙浓缩物反应，从而形成含有约30％P₂O₅的稀磷酸和硫酸钙沉淀物。在过滤后，该酸含有多种阴离子性杂质，例如硫酸盐和氟化合物，以及阳离子性杂质，其中大多数是铁、铝、镁和钙，以及有机杂质。杂质的量和类型首先取决于用作原料的粗磷酸盐。

在典型的湿法中，硫酸与磷酸钙浓缩物反应。当所形成的石膏通过过滤分离时，得到含有约30％P₂O₅的酸，它进一步浓缩成约50-55％P₂O₅的浓度。磷酸盐浓缩物的大多数杂质保留在磷酸内，所以该酸通常仅仅用作肥料原料。

已开发多种提纯方法来提纯湿磷酸，以使杂质浓度降低到这样的水平，使得该酸可甚至用于除制备肥料之外的用途。已知的提纯方法包括溶剂萃取、通过溶剂沉淀、间接提纯、和离子交换方法。

制备纯食品级或工业级磷酸的常用方法是通过用有机溶剂萃取从湿法酸中分离出杂质(Davister，A.，Martin，G.，从湿的粗制磷酸得到高纯度产品，Proc.Fertilizer Soc.，(1981)，201期)。

磷酸还可以通过热炉法制备，其中元素磷从粗磷酸盐和碳制备，且元素磷燃烧成五氧化磷，并水解成纯的磷酸。该方法是昂贵和耗能的。

通过结晶提纯磷酸的方法是公知的。在许多这些方法中，先制备中间体，例如尿素-磷酸酯(DE-A-2511345)或磷酸苯胺(WO97/00714)，它们进一步反应形成磷酸和可循环的试剂或副产物。这些方法用于制备磷酸盐比制备磷酸更适合，例如磷酸铵。

为了改进这些方法，已开发了这样的方法，其中磷酸本身作为半水合物H₃PO₄×0.5H₂O(EP-B10209920)或以无水形式H₃PO₄(GP-A2078694)进行结晶。在这些方法中，提纯结果不太好，或需要很强的酸(68％P₂O₅)。俄罗斯专利(RU-C1-2059570)公开了一种结晶方法，其中只有通过四次结晶才得到足够纯的食品级磷酸。也公知这样的方法(日本申请3-237008和日本申请3-193614)，其中电器级酸通过从食品级磷酸结晶磷酸而制成。

饲料级磷酸通常从湿法制备，其中通过各种沉淀方法沉淀对目标用途有害的离子并从酸中分离出沉淀物。必要时，该酸可浓缩成所需的浓度。

在萃取或结晶方法中，需要进行预处理以除去在该方法中难以除去的固体和离子。经常出现这样的问题，即一个独立的工艺步骤和含杂质的侧线馏分，该侧线馏分必须找到一些目标处理方式。

从文献已知许多方法，通过这些方法从磷酸沉淀出个别的离子(例如As，SO₄)。

有许多用于从磷酸除去镁的方法(芬兰专利95905，US3642439，US4299804，US4243643和US3819810)。这些方法要求独立的工艺且通常制得副产物。已经建议例如通过初步沥滤从浓缩物除去镁(化学工程(Chemical Engineering)，1992年9月，23页)。在这种情况下，也需要独立的多步工艺。但是，根据Becker(Pierre Becker，磷酸盐和磷酸，湿法的原料、技术和经济(Phosphates and Phosphoricacid，Raw Materials，Technology and Economics of the WetProcess)，1983，432页)，没有从磷酸除去镁的简便和经济的方法。

在制备提纯磷酸中存在许多问题。热裂法的缺点在于耗能高并需要用于防止有害环境释放物的额外设备。萃取需要大型装置，以便使复杂的工艺有利润。许多新方法在达到足够高的质量方面存在问题。

提纯方法通常制得有问题的含有大量杂质的侧线馏分，这些馏分需要分别处理以制得副产物或送到渣坑。

在使用可循环的萃取或沉淀化学品的方法中，废试剂一般需要用新鲜的化学品代替。此外，总是可能在来自化学品的产品中存在有毒的或其它有害的残余物。