絡合劑對磷酸二氫鉀結晶除雜凈化的作用

劉 佳，陸春宏，曾 波，張 恒

（1.云南省化工研究院，云南 昆明 650000；2.云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠 661600）

關鍵字：乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na）；磷酸三鈉；磷酸二氫鉀結晶；沉淀

磷酸二氫鉀是無色或白色，帶光澤的斜方晶體。磷酸二氫鉀應用十分廣泛，在工業、農業、醫藥、食品行業均有應用。近年來，以磷酸二氫鉀為基礎的高效無氯復合肥的市場需求越來越大。農業用磷酸二氫鉀是一種化學性質穩定、無味、無臭、易溶于水、不結塊、吸濕性小的高效、高濃度復合肥，廣泛用于各種使作物品質改良的追肥和液面噴施肥。

云南云天化紅磷化工有限公司建立了一套以濕法磷酸為原料的農業用磷酸二氫鉀生產裝置，這也是國內第一套萃取法連續性生產裝置，其中，磷酸二氫鉀結晶工序直接影響到產品的純度和品質，是整個生產過程中非常重要的一部分。本文研究指出，Fe3+、Al3+在磷酸二氫鉀結晶時會導致晶體變成棱柱狀，結晶介穩區變寬，結晶生長速度變慢；F－離子的存在會導致結晶介穩區變寬，單晶長徑比減小；SO2-、Ca2+、Mg2+離子的存在會導致介穩區變寬，出現聚晶現象[1]。

由于濕法磷酸原料中雜質含量較多，主要有Fe3+、Ca2+、Mg2+、Al3+、F－。磷酸二氫鉀晶體在體系內循環后，累積了大量的金屬陽離子，對后期磷酸二氫鉀結晶工序產生復雜的影響。為解決這一問題，本文結合體系中離子類別，選擇絡合劑乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na）和磷酸三鈉作為研究對象，研究了二者對磷酸二氫鉀結晶體系中的金屬陽離子的絡合作用，使結晶中的金屬陽離子以沉淀的形式從結晶中分離出來，從而達到凈化結晶、提升結晶品質的效果。

乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na），其分子中有兩個N 原子，四個羥基氫原子，均能提供孤對電子，可以進入中心原子的空軌道，從而形成配合物（絡合），是多齒配體。EDTA-2Na 能與堿金屬、大部分過渡金屬等絡合，形成穩定的五元環螯合物。主要用于化學鍍銅、鍍金、鍍鉛錫合金、鋼鐵件的電化學拋光和銅件鍍銀前的溶液中，也用于洗滌劑、液體肥皂、洗發劑、農業化學噴霧劑、彩色感光材料沖洗加工漂白定影液、凈水劑、pH 調節劑、阻凝劑等。

磷酸三鈉，Trisodium phosphate，主要用于清洗鍋爐的阻垢緩蝕劑。在鍋爐中加入磷酸三鈉，可以使鈣鎂離子形成疏松的沉淀，隨著定排及時除去。還可以用作品質改良劑，有提高食品的絡合金屬離子、pH 值，增加離子強度等作用。

1 實驗部分

1.1 單組份實驗

在裝置內取300g 磷酸二氫鉀結晶體，加熱到70℃，分別加入磷酸三鈉、EDTA-2Na。加入量參考二者常用領域經驗值，攪拌1min 后觀察實驗現象。實驗具體情況見表1。

表1 單組份實驗

由表1 得出，添加EDTA-2Na 試劑的那組試驗沉淀形態好，沉降速度快。

1.2 兩種試劑復配實驗

在70~75℃時，在裝置內取300g 磷酸二氫鉀結晶體，加入0.5%的磷酸三鈉（質量分數，下同），再加入0.03%的EDTA-2Na，觀察實驗現象。并通過抽濾，考察過濾時間和濾餅質量。實驗結果見表2。

澄清濾液，繼續升溫至沸騰狀態，整個過程中再無沉淀出現。說明在70~75℃時，沉淀可以全部析出。

表2 復配實驗結果

1.3 濾液濾餅組分分析

取磷酸二氫鉀結晶體1000g，加入磷酸三鈉0.5%、EDTA-2Na 0.03%，加熱到75℃，過濾，紀錄過濾時間，稱濾餅質量，并分析濾液和濾餅中各金屬離子的含量。相同實驗平行3 組。試驗結果見表3、表4。

表3 過濾時間和濾餅質量

表4 組分分析檢測結果

從表4 看出，結晶中的Fe2+基本去除，Mg2+、Ca2+、Al3+、F-的含量均有所下降。

由于過程中添加的絡合劑含有Na+，而Na+不能隨沉淀的析出而脫離體系，導致體系內Na+含量增加。若在正常開車過程中，采用這種方法除雜質的話，可能導致大量金屬Na+富集在結晶中無法除去，雖不影響結晶，但影響產品質量。

2 結論

磷酸三鈉和ENTA-2Na 組合的絡合劑，能幫助磷酸二氫鉀結晶中的金屬陽離子雜質形成沉淀。其中，絡合劑對Fe2+，Mg2+、Ca2+、Al3+、F-均有不同程度的絡合作用，起到了凈化結晶、提升結晶品質的作用，但絡合劑帶來的Na+卻不能隨沉淀脫離體系。后續可通過進一步實驗選擇絡合劑的最小投加量，以提高產品品質。