磷酸鎂銨沉淀法去除鎂鹽結垢的研究

賈洪秀，郭宗端，王 州，裴海榮，袁鳳英，賈 亮（1.金正大生態(tài)工程集團股份有限公司，山東臨沭276700；2.國家緩控釋肥工程技術研究中心；3.農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與新型肥料創(chuàng)制重點實驗室）

磷酸鎂銨沉淀法去除鎂鹽結垢的研究

賈洪秀，郭宗端，王 州，裴海榮，袁鳳英，賈 亮
（1.金正大生態(tài)工程集團股份有限公司，山東臨沭276700；2.國家緩控釋肥工程技術研究中心；3.農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與新型肥料創(chuàng)制重點實驗室）

為了減輕硫酸鉀生產(chǎn)過程中輸送管道和結晶槽壁鎂鹽結垢的程度，提高生產(chǎn)效率，研究人員在實驗室篩選了一種脫鎂劑，對脫鎂過程中脫鎂劑添加量、脫鎂溫度和脫鎂時間做了細致的研究，并應用于實際生產(chǎn)，取得了較好的效果。脫鎂后過濾出來的磷酸鎂銨作為緩釋肥料使用，不但不會污染環(huán)境，還能為企業(yè)帶來利潤。

結垢；生產(chǎn)效率；脫鎂劑；磷酸鎂銨

硫酸鉀是一種優(yōu)質(zhì)的肥料，對農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的促進作用［1］。生產(chǎn)過程中因為原料氯化鉀中含有少量鎂離子，后面工序中以硫酸鎂鉀的形式慢慢析出，導致輸送管道和結晶器槽壁出現(xiàn)結垢現(xiàn)象，需要定期清理干凈，從而嚴重影響了硫酸鉀的生產(chǎn)效率。為了解決這一問題，研究人員篩選了多種脫鎂劑進行實驗研究，并指導生產(chǎn)人員加入分離硫酸鉀后的氯化銨溶液中，從而將原料氯化鉀帶來的鎂離子以沉淀的形式過濾除去，避免了后序循環(huán)過程鎂離子的累積，減輕了結垢的程度。脫鎂劑包括碳酸氫銨、磷酸一銨和磷酸二銨，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，無論是去除率還是可操作性難易程度，磷酸二銨均取得相對較好的效果。化學沉淀法去除鎂垢的主要原理是PO43-、Mg2+、NH4+在堿性水溶液中生成NH4MgPO4· 6H2O沉淀，脫鎂后過濾出來的磷酸鎂銨［3］作為緩釋肥料使用，不但不會污染環(huán)境，還為企業(yè)帶來了利潤。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：磷酸一銨、磷酸二銨、碳酸氫銨、濃氨水、EDTA標準溶液、三乙醇胺、CMP、KOH（150 g/L）。

儀器：HH-S型水浴鍋、JJ-1型精密增力電動攪拌器、500 mL燒杯、250 mL燒杯、玻璃棒、溫度計、布氏漏斗、PHS-3C型酸度計等。

1.2 實驗內(nèi)容

1.2.1 最佳脫除劑和最佳配比的選擇

從硫酸鉀車間取來的氯化銨溶液（60℃左右，pH為4～5）含MgO為0.40%～0.60%（質(zhì)量分數(shù)），取100 g氯化銨溶液，將Mg與P按物質(zhì)的量比0.5∶1、1∶1、2∶1和3∶1加入磷酸一銨、磷酸二銨，同時將Mg與碳酸鹽按物質(zhì)的量比0.5∶1、1∶1、2∶1和3∶1加入碳酸氫銨作對照。在60℃攪拌反應，靜置10 min后，抽濾，分析產(chǎn)品磷酸鎂銨成分并計算鎂離子的去除率。

1.2.2 最佳溫度與沉淀放置時間的選擇

分別設置溫度為25、40、60、80、100℃進行攪拌反應，其余步驟同1.2.1。

分別設置沉淀放置時間為0、10、20、30、60 min，其余步驟同1.2.1。

2 結果與討論

2.1 碳酸氫銨對鎂離子去除率的影響

選擇碳酸氫銨去除鎂離子，其原理為碳酸根與鎂離子結合成碳酸鎂沉淀析出。實驗結果顯示，添加碳酸銨后，溶液中并未出現(xiàn)沉淀，分析原因可能是鎂離子濃度比較低，碳酸鎂的溶度積常數(shù)為2.6× 10-5，而磷酸鎂銨之所以能析出，它的溶度積常數(shù)是2.51×10-13。所以碳酸銨不適宜作為脫鎂劑。

2.2 磷酸一銨對鎂離子去除率的影響

圖1為磷酸一銨與鎂離子物質(zhì)的量比對鎂離子去除率的影響。由圖1可見，磷酸一銨與鎂離子物質(zhì)的量比為1∶1時，鎂的去除率達到了93%；當物質(zhì)的量比為2∶1時，鎂的去除率達99%以上；再繼續(xù)增加磷酸一銨的投入量，鎂的去除率基本不變，且接近完全。考慮到工業(yè)生產(chǎn)，磷酸一銨與鎂離子物質(zhì)的量比為1∶1時已達到要求。但是，去除率之所以較高，是在調(diào)節(jié)pH的基礎上做到的，若不調(diào)節(jié)pH，則實驗結果如圖2。

圖1 磷酸一銨對鎂離子去除率的影響

圖2 磷酸一銨對鎂離子去除率的影響（未調(diào)節(jié)pH）

由圖2可見，在不調(diào)節(jié)pH的情況下，即使磷酸一銨與鎂離子物質(zhì)的量比為3∶1，鎂的去除率也只有40%。由此可見，若選擇磷酸一銨作為脫鎂劑，必須調(diào)節(jié)體系的pH至6以上。而在工業(yè)生產(chǎn)過程中，基本無法改變體系的pH，一是對硫酸鉀生產(chǎn)整個體系有負面影響，二是可操作性不強，且步驟相對繁瑣，耗費人力物力。所以綜合來看，筆者不建議選擇磷酸一銨作為脫鎂劑。

2.3 磷酸二銨對鎂離子去除率的影響

為了簡化工藝程序，省去用氨水調(diào)節(jié)pH的步驟，現(xiàn)選擇磷酸二銨作為脫鎂劑。

圖3a為磷酸二銨與鎂離子物質(zhì)的量比對鎂離子去除率的影響。由圖3a可見，磷酸二銨與鎂離子物質(zhì)的量比為1∶1時，鎂的去除率達76%；當物質(zhì)的量比為2∶1時，鎂的去除率達到97%以上；再繼續(xù)增加磷酸二銨的投入量，鎂的去除率已基本不變，且接近完全。考慮到工業(yè)生產(chǎn)，實驗選擇磷酸二銨與鎂離子較佳的物質(zhì)的量比為2∶1。

圖3b為溫度對鎂離子去除率的影響。由圖3b可見，隨著溫度的升高，鎂的去除率呈增加的趨勢，在60℃時已基本滿足生產(chǎn)要求；超過60℃后，鎂的去除率沒有顯著變化，卻增加了不少能耗成本。綜合考慮，實驗選擇最佳溫度為60℃。

圖3c為放置時間對鎂離子去除率的影響。由圖3c可見，加入磷酸二銨后立即生成磷酸鎂銨，而且隨著放置時間的延長，磷酸鎂銨并未顯著增加，說明反應在瞬間基本完成，這恰好能滿足生產(chǎn)要求，即邊投料邊出料

圖3 磷酸二銨（a）、溫度（b）和放置時間（c）對鎂離子去除率的影響

2 結論

以磷酸二銨作為脫鎂劑，通過形成磷酸鎂銨沉淀分離出來，可以達到比較理想的效果。據(jù)統(tǒng)計，改進工藝后，操作人員只需要大約一個月清理一次設備，而之前則需要每星期清理一次，由此可見生產(chǎn)效率大大提高。而且脫鎂出來的磷酸鎂銨可以作為肥料使用，在有效減少污染的同時，使企業(yè)效益得到增長。

［1］ 華宗偉，鐘宏，王帥，等.硫酸鉀的生產(chǎn)工藝研究進展［J］.無機鹽工業(yè)，2015，47（4）：1-5.

［2］ 談霞，楊蓉飛.硫酸鎂亞型鹽湖鉀肥生產(chǎn)中尾礦回收鉀鎂肥的研究［J］.無機鹽工業(yè)，2014，46（10）：50-52.

［3］ 劉成倫.肖楚.廢水氮磷制備磷酸鎂銨的研究［J］.無機鹽工業(yè)，2007，39（1）：44-46.

聯(lián)系方式：jiahongxiu1985@163.com

Removing of magnesium salt scaling by magnesium ammonium phosphate precipitation method

Jia Hongxiu，Guo Zongduan，Wang Zhou，Pei Hairong，Yuan Fengying，Jia Liang
（1.Kingenta Ecological Engineering Group Co.，Ltd.，Linshu 276700，China；2.National Engineering Technology Research Center For SCRF；3.Key Laboratory of Plant Nutrition and New Fertilizer R&D，Ministry of Agriculture，P.R.China）

In order to reduce magnesium salt scaling on the pipelines and crystallizer tank walls in the process of potassium sulfate production，and to improve the production efficiency，a magnesium removing agent has been screened out in the laboratory by the researchers.The magnesium removing agent addition amount，temperature，and time were studied in detail，and it was also applied in practical production，and good results have been achieved.The filtered magnesium ammonium phosphate obtained in the Mg-removing process could be used as a slow-release fertilizer.It not only will not pollute the environment，but also will bring profits to the company.

scaling；production efficiency；magnesium removing agent；magnesium ammonium phosphate

TQ132.2

A

1006-4990（2016）11-0047-02

2016-05-10

賈洪秀（1985— ），女，研發(fā)工程師，主要從事肥料方面的研發(fā)工作。