[发明专利]从元素磷中萃取去除锑的方法

说明书

发明领域

本发明涉及从元素磷中去除重金属。更具体地说，本发明涉及生产锑含量很低的元素磷的方法。

发明背景

元素磷中常含有以ppm计的例如铁、砷、铬、锌和锑等金属。这些金属在磷中的含量取决于从中萃取磷的磷矿源，在一定程度上还取决于用于生产和精炼元素磷的总体工艺。从经济上讲，锑是这些金属中最难去除的。由于高锑含量使得磷无法用于食品和电子产品类用途，所以有必要开发一种更经济的去除锑的方法。

将元素磷转化成磷酸时，锑杂质这一问题始终存在，因为，磷中的锑会带入磷酸。所以，在高品质磷酸产品例如食用酸和半导体用酸中，锑是一个问题。

问题的复杂性在于元素磷很难处理。由于磷接触空气会自燃，通常水封保存以免接触空气。因为元素磷会在44℃凝固，所以通常在较高温度保存，保持其为液态以便加工、保存和运输。为了满足以上两项要求，元素磷通常保存在44℃的熔点以上以便操作，水的沸点以下以确保水封。所以，元素磷通常以两相系统形式接受处理，其中磷层被水层覆盖。

过氧化氢已被用于在含元素磷的三相系统中去除铁，所述的三相由水相、磷相和诸如四氯甲烷或三氯乙烯等有机卤化物溶剂构成的有机相组成。水、磷和有机溶剂混合成上述颇为复杂的三相系统，其中磷被分散在大量有机卤化物溶剂中以便过氧化氢与磷中铁的反应。但是，从未提到过将此工艺用于含锑系统或用于简单的磷水系统。

发明概述

出人意料的是，我们发现，可以通过产生含元素磷的双液相系统来回收元素磷，所述系统仅由液态水和液态磷构成，它们以一个水相和一个含锑磷相的形式共存，在系统中加入有效量的过氧化剂(选自过氧化氢、过氧化二硫酸盐、过氧化一硫酸盐、卡罗酸或其盐、次氯酸钠、次氯酸钾、次氯酸钙)，用以降低磷相中的锑含量，然后搅拌所得的混合物使得锑与磷相分离。

另一方面，我们发现，如此纯化得到的元素磷中含锑量不超过200ppb。

发明详述

元素磷有许多同素异形体。本发明中的磷，通常称“元素磷”，其熔点约44.1℃，沸点约280.5℃。这样的磷在教科书中因纯化后元素的白颜色有时又称“白磷”。但是在工业上因其工业纯形式的黄颜色一般称黄磷。

元素磷会与空气自发反应。虽然可以通过将磷保存在真空或封闭在惰性气体中避免接触空气，但是通常用水封以免接触空气。因为水与磷不互溶，且密度低于磷，所以它在磷的上面形成一层静态的水性保护层，起着有效而经济地避免磷与空气接触的界面的作用。

锑与磷相中的元素磷密切结合。虽然不知道锑确切以何种方式与磷结合，但这种结合方式造成无法仅通过水萃取或过滤来分离锑和磷。

过氧化氢是一种水溶性化合物，市售时一般是5wt％或35wt％的水溶液。因其水溶性，加入系统的过氧化氢会溶于水相。结果，仅靠向水相种添加磷来发生反应的可能性将很小。元素磷中锑含量极低，以至于常用ppm来恒量和表示，这就更降低了上述反应可能性。仅仅上述原因就已使得过氧化氢与磷中锑之间有效接触的可能性极低。

已经确定，可以采取一些措施来提高有效接触的可能性。其中之一是尽可能强化磷系统的搅拌以改善锑与过氧化氢之间的接触，同时充分限制搅拌强度以避免磷与空气接触而反应。

一般说来，缓慢或弱搅拌将延迟锑的去除。根据安全工程操作确定的最佳混合条件可缩短方法有效进行所需的时间，而过于强烈的搅拌会造成乳化、沉淀和分离问题。最佳搅拌优化了磷相与水相的界面接触，有利于纯化过程。能够充分拌和水相和磷相的各种设备均可使用：搅拌器、混合器、挡板与循环泵组合或其它不致造成磷接触空气危险性的搅拌设备。较好的是，通过适度的强烈搅拌，水相中的过氧化氢或其它氧化剂与含锑磷充分接触。“搅拌”表示上述要求下的相间互混。

诸如过氧化二硫酸盐、过氧化一硫酸盐、次氯酸或次氯酸钠等其它氧化剂在本发明方法中的效果也很好，它们可以取代过氧化氢用于本发明方法。过氧化二硫酸盐，S₂O₈，可以得到的一般是其碱金属盐、碱土金属盐和铵盐，过氧化一硫酸盐，S₂O₅^-2，可以得到的一般是其酸形式，例如卡罗酸H₂S₂O₅，还有以DupontOxone为商标的盐2KHSO₅KHSO₄K₂SO₄。