湿法磷酸氨化料浆渣制备磷酸铁

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工业级磷酸一铵(MAP)因具有良好的热稳定性,常被用于生产阻燃剂和灭火剂。在农业生产上,工业级MAP是一种高纯度的氮磷复合肥料,同时也是制备高档水溶性肥料的主要原料。随着我国水溶性肥料的发展,工业级磷酸一铵的需求量也与日俱增。在现代化农业发展过程中,工业级磷酸一铵将处于举足轻重的地位。我国自主开发的“中和料浆浓缩磷铵工艺”不仅解决了我国大部分中低品位胶磷矿难以生产磷铵的难题,还降低了反应设备的材质要求,使得我国磷铵产业的发展得到飞速提升。但任何事物都有两面性,湿法磷酸中所含有的多种金属离子杂质在通氨中和过程中会产生大量水不溶性氨化料浆渣,在工业级磷酸一铵生产过程中大量的氨化料浆渣无法消化,导致工业级磷酸一铵装置常出现满槽停车的现象,从而制约了工业级磷酸一铵的连续生产。因此如何处理磷铵生产过程中所产生的氨化料浆渣成为各大磷化工企业所面临的难题。本文利用湿法磷酸“料浆法”磷铵工艺制备磷酸一铵过程中产生的湿法磷酸氨化料浆渣为原料制备具有较高价值的磷酸铁材料。主要研究内容包括三个部分:首先,以硫酸作为浸出剂,研究了在不同的酸用量,反应温度,反应时间等工艺条件下硫酸对料浆渣中磷的浸出效果,确定了最优浸出工艺条件。然后,通过采用降温结晶及化学沉淀法除去浸出液中含有的镁及氟杂质得到净化液,研究了不同温度对降温结晶过程中镁脱除率的影响,及不同脱氟剂的用量,反应温度和反应时间对浸出液中氟杂质脱除效果的影响,得出了最优的除杂工艺条件。最后以净化液作为磷源与七水合硫酸亚铁进行反应,研究了不同磷、铁摩尔投料比、反应pH、反应温度及表面活性剂的用量对合成磷酸铁中磷、铁含量及铁、磷摩尔比的影响。并且采用XRD、SEM、IR、TG-DTA、EDS和粒度分析等表征手段对合成磷酸铁样品的晶型、微观形貌、所含基团、结晶水含量、所含元素和中位粒径进行了表征分析。主要得到以下结论:(1)采用硫酸作为浸出剂,对湿法磷酸氨化料浆渣中的磷进行浸出实验,得到的最佳浸出工艺条件为:硫酸用量为0.9(硫酸与干基的质量比),反应温度为90℃,反应时间为60min。当硫酸的用量为0.9(硫酸与干基的质量比)时,湿法磷酸氨化料浆渣中含磷的非水溶性物质大部分溶解,消化量为89.04%。(2)采用降温结晶的方法对硫酸浸出液中的杂质镁进行脱除,得到的最佳降温结晶温度为8℃,在此条件下浸出液中镁杂质(以氧化镁的含量表示)的脱除率为61.83%。采用化学沉淀法,以硫酸钠作为沉淀剂,对降温结晶过滤后的硫酸浸出液中的氟杂质进行脱除,得到的最佳脱氟工艺为:硫酸钠的用量为理论值的1.2倍,反应时间为60min,反应温度为60℃。此条件下氟杂质的脱除率为59.07%。(3)利用净化液作为磷源,采用氧化液相沉淀法制备磷酸铁粉末的最佳工艺条件为:磷铁摩尔投料比为1:1,反应的pH为2,反应温度为80℃,表面活性剂PEG用量为铁盐质量的3%。此时合成的磷酸铁的铁、磷摩尔比最接近于1。(4)在最佳工艺条件下采用氧化液相沉淀法制备得到的磷酸铁粉末为无定型的二水磷酸铁,结晶水的含量为19.27%。在700℃高温下煅烧后的磷酸铁粉末发生相变由无定型转变为三方晶系。磷酸铁样品微粒呈薄片状,平均粒径(D50)为760nm,样品颗粒分布均匀,分散性较好,粒度区域窄。
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