硫化鈉脫除磷酸中砷元素的研究*

胡兆平，劉 陽，李 玲，李興平

(金正大生態工程集團股份有限公司/國家緩控釋肥工程技術研究中心 山東臨沭 276700)

隨著國家對肥料中重金屬含量的管控越來越嚴，普通濕法磷酸制備的磷酸鹽產品[1]已經無法滿足生態級肥料生產的要求；國外用戶對肥料中重金屬含量的要求更高，肥料欲走出國門，脫除濕法磷酸中的重金屬已勢在必行。一般濕法磷酸中含砷質量分數在(15～30)×10-6，但是在制備磷酸鹽過程中砷元素會富集，所以須將磷酸中砷的質量分數降至1×10-6以下[2-4]。目前常用的脫砷劑主要有硫化鈉、硫化鈣及五硫化二磷，硫化鈣微溶于水，使用過程中只能以固體形式加入，利用率低；五硫化二磷有劇毒且在空氣中受摩擦會燃燒，使用不便。因此，對硫化鈉脫砷條件進行了試驗研究，確定了硫化鈉脫砷的工藝參數。

1 試驗原料及儀器

1.1 試驗原料

以貴州金正大諾泰爾化學有限公司生產的濕法磷酸為原料，質量分數10%的硫化鈉溶液為脫砷劑，磷酸產品中各成分分析結果如表1所示。

表1 磷酸產品中各成分分析結果

1.2 試驗儀器

HH-M4型恒溫水浴鍋，上海赫田科學儀器有限公司；S312-250型恒速攪拌器，上海申生科技有限公司；AL204型分析天平、PL3002型電子天平，梅特勒-托利多公司；RGF7800型原子熒光儀，北京博暉創新光電技術股份有限公司。

2 試驗原理

濕法磷酸中的砷主要以H3AsO3的形式存在，向磷酸中加入含有S2-的脫砷劑即可使得As3+以As2S3的形式沉淀(2H3AsO3+3H2S→As2S3+6H2O)，再經陳化過濾就可以實現磷酸與砷渣的分離。

3 試驗結果與討論

3.1 硫化鈉加入量對磷酸脫砷效果的影響

固定磷酸溶液質量300 g、反應溫度55 ℃、反應時間1 h、陳化時間2 h等參數不變，分別加入不同質量的硫化鈉溶液進行脫砷試驗。試驗結果(圖1)表明：隨著硫化鈉加入量的增加，磷酸中砷的質量分數逐漸降低；當硫化鈉的干基加入量超過0.40 g(占磷酸質量的0.13%)后，砷的質量分數變化不明顯。根據試驗結果，選擇脫砷劑硫化鈉的干基加入量為磷酸質量的0.13%。

3.2 反應時間對磷酸脫砷效果的影響

固定磷酸溶液質量300 g、反應溫度55 ℃、硫化鈉干基加入量為磷酸質量的0.13%、陳化時間2 h等參數不變，考察不同反應時間對磷酸脫砷效果的影響。試驗結果(圖2)表明：隨著反應時間的延長，砷的質量分數逐漸降低；反應時間超過45 min以后，砷的質量分數變化不大，脫砷磷酸中砷的質量分數穩定在0.6×10-6左右。根據試驗結果，選擇脫砷反應時間為45 min。

3.3 陳化時間對磷酸脫砷效果的影響

由于采用硫化鈉脫砷生成的硫化亞砷沉淀細小，分離過程容易穿濾，造成脫砷效果降低，故脫砷反應完成后需要一定的陳化時間使小顆粒聚集。固定磷酸溶液質量300 g、反應溫度55 ℃、硫化鈉干基加入量為磷酸質量的0.13%、反應時間45 min等參數不變，考察不同陳化時間對磷酸脫砷效果的影響。試驗結果(圖3)表明：陳化時間的延長有利于磷酸中砷的質量分數降低；陳化時間超過3 h后，砷的質量分數變化較小。根據試驗結果，選擇陳化時間為3 h。

3.4 反應溫度對磷酸脫砷效果的影響

固定磷酸溶液質量300 g、硫化鈉干基加入量為磷酸質量的0.13%、反應時間45 min、陳化時間3 h等參數不變，考察不同反應溫度對磷酸脫砷效果的影響。試驗結果(圖4)表明：反應溫度對脫砷效果的影響不明顯，實際脫砷反應溫度可根據所生產的濕法磷酸溫度確定，一般在50～60 ℃。

4 結語

通過試驗，采用硫化鈉脫砷的優選條件：硫化鈉的干基加入量為磷酸質量的0.13%，反應時間為45 min，陳化時間為3 h。在優選條件下，處理后的磷酸中含砷質量分數可降至1×10-6以下，可滿足后續磷酸鹽產品中砷含量不超標的要求。