雜質(zhì)對(duì)磷酸萃取過程的影響

高磊

摘 要：研究分析雜質(zhì)分離系數(shù)、磷酸萃取率以及萃取相比之間的關(guān)系，探索鐵以及硫酸不同雜質(zhì)影響硫酸萃取率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著相比的降低，磷酸萃取率會(huì)減少，而且各個(gè)雜質(zhì)分離系數(shù)也會(huì)減少；硫酸的出現(xiàn)，容易萃取磷酸，而且有合理的含量，讓磷酸鈉能夠顯著分離硫酸；而出現(xiàn)鐵離子，難以萃取磷酸。

關(guān)鍵詞：雜質(zhì)；磷酸萃??；過程；影響

磷酸的生產(chǎn)方式主要有濕法以及熱法。熱法磷酸純度相對(duì)較高，主要適用于制備不同類型的精細(xì)磷酸鹽，但是熱法磷酸生產(chǎn)成本相對(duì)較高，能源損耗不低。濕法磷酸能源損耗較小。因?yàn)闈穹姿崾峭ㄟ^無機(jī)酸分解磷礦得到的，所以其雜質(zhì)含量相當(dāng)高，導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受到制約，通常適用于生產(chǎn)各種肥料。在濕法磷酸中常見的雜質(zhì)包括陽離子與陰離子，而陽離子包括鈣以及鐵等等，陰離子包括硫酸根以及氟等等。當(dāng)前，我國工業(yè)級(jí)磷酸對(duì)有些雜質(zhì)的要求是不同的?；诖耍緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容是研究鐵、氟以及硫酸根三種雜質(zhì)影響磷酸萃取過程，希望可以為有需要的人提供參考意見。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

第一，磷酸w（P2O5）50%，分析純。第二，萃取劑，分析純；第三，磷酸高鐵，分析純；第四，硫酸，分析純；第五，氟硅酸，分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方式

根據(jù)比例將在500毫升的燒杯中同時(shí)放進(jìn)磷酸以及萃取劑，再將燒杯放進(jìn)超級(jí)恒溫水浴鍋中，萃取溫度是39.5-40.5攝氏度之間，攪拌時(shí)間是10秒鐘，攪拌速度是每秒300r。待其靜置分層后將其移到分液漏斗中進(jìn)行分離，只有使用和磷酸體積一樣的蒸餾水分，經(jīng)過三次反萃，保證有機(jī)相反萃毫無雜質(zhì)后，對(duì)水相中Fe3+以及SO42-含量進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 分析方式

就P2O5來講，可以采用磷鉬酸喹啉重量法；就鐵來講，可以采用鄰菲口羅啉比色法；就硫酸根來講，可以采用分光光度濁度法；就氟用離子來講，可以采用電極法。

2 結(jié)果探討

2.1 與磷酸萃取率比較

所謂的萃取率，主要是指在萃取中被萃取組成從原始溶劑相向萃取劑相轉(zhuǎn)入的數(shù)目，一般其用d來表示，而且其分率形式是有機(jī)相提取的被萃取組分量除以原始水相中被萃取組分的量，再將其乘以100%。而萃取相比是萃取中有機(jī)萃取劑和水相體積的比例，一般使用n來表示。如果水相料液是用L表示，有機(jī)相是用V表示，那么n=V/L，次實(shí)驗(yàn)中的相比可以用質(zhì)量比來表示。此實(shí)驗(yàn)通過分析化學(xué)試劑以及純磷酸，對(duì)所需要的磷酸進(jìn)行合理的配置。相對(duì)于已經(jīng)改變的萃取，對(duì)磷酸萃取率的實(shí)際情況進(jìn)行仔細(xì)分析，而隨著相比不斷增加P2O5也會(huì)越來越高。在單級(jí)萃取中萃取率是用d進(jìn)行表示的，取決于相比以及分配系數(shù)。其中，萃取組分自身的化學(xué)性質(zhì)以及不同因素直接影響分配系數(shù)的高低。P2O5分配系數(shù)是指P2O5在萃余相中以及有機(jī)相中的濃度比例。因此，在其他每種因素一樣的情況下，將相比提升，就能夠提升萃取率。盡管P2O5萃取受到相比的影響，相比增加，其萃取率自然就會(huì)上升，但是有機(jī)相中的P2O5含量卻呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。相比偏高，容易造成萃取劑有效利用率較低，處理能力降低。并且相比超出規(guī)定的范圍后，萃取率提升速度是十分緩慢的，所以最佳的相比是3。

2.2 各種萃取相比下的雜質(zhì)分離系數(shù)

在不同組分體系中，從根本上實(shí)現(xiàn)各個(gè)組分的分離以及提取，其關(guān)鍵依據(jù)是各個(gè)組分在相同操作條件以及體系下具備各種萃取平衡分配關(guān)系。分配系數(shù)是多萃取平衡的基本參數(shù)進(jìn)行研究。萃取之后的雜質(zhì)與磷酸在有機(jī)相以及水分布情況是有規(guī)律的。雜質(zhì)分離系數(shù)和萃取相比存在密切的關(guān)系，萃取相比越高雜質(zhì)分離系數(shù)越大，相反，萃取相比越低雜質(zhì)分離系數(shù)越小。并且陰離子和陽離子鐵在分離系數(shù)上存在很大的差異，陰離子分離系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陽離子鐵的分離系數(shù)。

之所以出現(xiàn)以上這些情況，主要原因在于萃取劑崔武是一種中性絡(luò)合萃取，其利用金屬原子或者生成氫鍵。因此，水相以及萃取物的作用能直接影響其萃取效果，作用能越小，越有利于萃取。并且離子水化作用和離子所帶電荷數(shù)以及離子半徑存在緊密的聯(lián)系。因?yàn)镠3PO4自身不具備較強(qiáng)的分離能力，也就是水化作用較強(qiáng)，難以被萃取，但是水化作用很弱，就很有可能被萃取。在磷酸中氟是用H2SIF6表示的，與磷酸相比之下，其萃取形式是近似的，所以其分離系數(shù)不高。因?yàn)镾O42-系數(shù)電荷數(shù)Z是2，水化能力較大，也就是水相SO42-能力更加強(qiáng)，難以被萃取，所以和磷酸有顯著的分離效果。Fe3+的電荷數(shù)較高，但是半徑不大，很難被萃取，和萃取也有顯著的分離效果。此外，因?yàn)檩腿┠軌蛴行л腿×姿?，在提升相比過程中，相對(duì)于其他雜質(zhì)而言，磷酸萃取率上漲速度較快，所以磷酸中栽植分離系數(shù)也不斷升高，并且上漲速度最快的是鐵，硫酸根是第二。

2.3 硫酸濃度影響磷酸萃取

實(shí)驗(yàn)所使用的磷酸構(gòu)成和硫酸變化如表1所示，實(shí)驗(yàn)測(cè)定在各種硫酸含量下萃取劑對(duì)磷酸的萃取率。伴隨著硫酸含量的增加，磷酸萃取率也越來越大，硫酸自身的萃取率也會(huì)提升，分離系數(shù)是先上升后降低，得出最高值。這是因?yàn)檩腿┹腿×姿嶂心軌蜓杆俜蛛x陽離子。通過萃取，磷酸中包含的陽離子幾乎全部都在萃余相中保留。結(jié)合陰陽離子平衡的基本原則，萃余酸中包含的陽離子需要同樣含量的陰離子與其相互配合。因?yàn)橄鄬?duì)于硫酸而言，萃取劑能夠在短時(shí)間內(nèi)有效萃取磷酸鈉，所以提高磷酸根濃度，硫酸根就能夠?qū)⑤陀嘞嘁约傲姿彡庪x子中的濃度代替，進(jìn)而使磷酸的萃取率得到大幅度提升。并且因?yàn)榧哟罅蛩岣x子濃度，水相濃度也會(huì)上升。

降低磷酸離解，使萃取磷酸能力得到加強(qiáng)，而且因?yàn)樵谒辛蛩岣x子有良好的水合作用，可以大大的提升磷酸濃度。因此，硫酸的出現(xiàn)，在一定程度上有助于萃取磷酸。然而伴隨著磷酸濃度的提高，硫酸自身的萃取率也會(huì)增加。因此，在硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)是5%時(shí)，磷酸能夠顯著分離硫酸。

2.4 鐵離子濃度影響磷酸萃取

磷酸構(gòu)成和鐵離子變化范圍見表2所示，測(cè)定在各個(gè)鐵含量中磷酸的萃取。伴隨著磷酸中Fe3+濃度的上升，磷酸萃取率就會(huì)降低。這很有可能是因?yàn)樾纬呻y以萃取的鐵磷酸絡(luò)合物競爭萃取得到的結(jié)果。伴隨著磷酸中Fe3+的上升，F(xiàn)e絡(luò)合物增加，進(jìn)而使磷酸萃取率減少，所以出現(xiàn)鐵離子對(duì)萃取磷酸往往會(huì)造成不利影響。

3 結(jié)論

其一，磷酸萃取率、萃取相比以及有機(jī)相中P2O5濃度存在密切關(guān)系。隨著萃取相比下降，磷酸萃取率就會(huì)下降，但是有機(jī)相中P2O5濃度增加。其二，隨著相比的降低，磷酸對(duì)各種雜質(zhì)的分離系數(shù)下降，而且磷酸對(duì)分離陽離子鐵效果是顯著的。其三，磷酸中出現(xiàn)硫酸根有助于萃取磷酸，但是硫酸萃取率也會(huì)提高。如果硫酸質(zhì)量分率是5%，磷酸能夠顯著分離硫酸根。其四，磷酸中出現(xiàn)鐵離子，難以萃取磷酸。

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