[发明专利]磷酸的净化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸的净化方法，属于磷化工技术领域。

背景技术

目前，磷酸的制备方法主要有湿法和热法两种，由于湿法磷酸杂质含量过高，因此大部 分只能用来制造磷肥等低级磷酸盐产品，食品级和电子级磷酸及精细磷酸盐产品主要由热法 酸制备，但是与湿法酸相比，热法酸能耗较大，生产成本较高，因此科研工作者尝试用各种 方法来净化湿法磷酸，并以此为原料来生产低成本的精细磷酸盐产品。目前湿法磷酸的净化 方法主要有结晶法、离子交换法、化学沉淀法、溶剂萃取法等。结晶法由于需要浓缩到较高 的浓度，在防腐材质选择上存在问题，并且因为结晶夹带，该法难于得到高纯度的酸，且结 晶产品收率低；离子交换法工艺设备虽然比较简单，但离子交换树脂价格昂贵，从树脂出来 的磷酸浓度低，蒸发量太大，能耗太高不适合大规模生产，且一次性投资大；化学沉淀法可 除去部分阳离子或阴离子，但净化深度不高，且又引入另一种离子；溶剂萃取法可以在较低 温度下制取高质量的产品，但磷回收率低，有机溶剂的价格昂贵，存在火灾及爆炸的安全隐 患，且工艺流程较长，对环境的污染较大。

电渗析技术是膜分离技术的一种，将阴、阳离子交换膜及正负电极按一定的顺序组装， 并用特制的隔板将其隔开，组成除盐(淡化)和浓缩两个系统，在直流电场中，存在电位差 及浓度差的共同作用力，并且利用离子交换膜的选择透过性，将磷酸与杂质分离开来，从而 实现磷酸溶液的精制和提纯。电渗析的特点是：能耗低，生产条件温和，工艺简单，净化效 率相对较高，原料利用率高及得到产品质量好。各国学者对电渗析净化做过一些研究，如沈 阳化工学院的刘德辉对电渗析提纯磷酸进行了探索性研究；阿尔及利亚D.TOUAIBIA的两室 ED研究；突尼斯EDI探索研究；日本专利JP51106696和JP53096994的三室电渗析工艺，相 对来说日本专利所述的三室电渗析工艺的有其优越之处：

日本专利JP51106696(1976年)中，如图1所示，提纯磷酸所使用的电渗析装置1a由 阴极室8a、中间室6a、以及阳极室7a组成。其阴极室被阴离子交换膜5a隔离且内部安装有 阴极3a，中间室6a被阴离子交换膜5a和阳离子交换膜4a隔离，阳极室7a被阳离子交换膜 4a隔离且内部安装阳极2a。工艺过程中，向电槽的中间室中加入比绿酸(待纯化磷酸)纯度 高的纯稀磷酸，在阴极室里加入绿酸，在阳极室里加入酸溶液进行电解透析。图1是该日本 专利所使用的一电槽(单位槽)的纵向剖面图，图2是用于日本专利的方法中多个单位槽连 接而成的电槽的纵向剖面图。

通常，原料绿酸浓度比纯稀磷酸浓度高，供至阴极室的绿酸，以P₂O₅为基准，通常使用 浓度为10～55％(P₂O₅质量分数)的原料。加至中间室的稀磷酸浓度最好在1～40％(P₂O₅质 量分数)内。加至阳极室的酸溶液指的是纯稀硫酸溶液，浓度一股为50～500g/L，最好为 160～180g/L。经过几个小时的电渗析处理，可获得纯度较高的磷酸。电渗析温度控制在20～ 60℃的温度范围，膜的电流密度控制在1～30A/dm³的范围内。

此电渗析工艺的原理是：在浓度梯度及电场力的同向作用下，阴极室的8a中的磷酸根等 阴离子选择性的通过阴膜5a进入到中间室6a，同时阳极室7a的氢离子等阳离子选择性的通 过阳膜4a进入到中间室6a，从而在中间室得到较纯的磷酸。

此工艺的缺点也是明显的，按本工艺原理分析可以知道，工艺中要求使用膜对离子的选 择性要非常高，即理想中的阳膜只允许氢离子通过，阴膜只允许磷酸根通过，这与膜技术的 现实不符合。实际情况是杂质同样会在浓度差及电场力的推动下较多量的进入到中间室，特 别是阴离子的去除率不高，使得产品酸的质量不高。