将磷矿石与磷酸反应以制备磷酸二氢钙。将该磷酸二氢钙与碳酸铵反应以制备磷酸铵。在将磷酸二氢钙与碳酸铵反应时，还以副产物制得磷酸氢钙。将该磷酸氢钙与硫酸反应以制备磷酸。使用该磷酸与磷矿石反应。可使用硫酸铵或氢氧化铵代替碳酸铵。如果将磷酸钙与ｘ－ｙ反应来制备ｘ的磷酸盐，则可制得不同于磷酸铵的磷酸盐，其中ｘ是锂、钠、铵或钾且ｙ是碳酸根、碳酸氢根、氢氧根或硫酸根。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
在目前，通过湿法来制备磷酸，在该方法中，使用硫酸如下面反应中所示来处理精磷矿石(phosphate rock):(1) Ca5F(P04)3+ 5H2S04+ H20 — 5CaS04 . 2H20! + 3H3P04 + HF在该方法中，二水硫酸钓(也称作石骨或磷石骨)被作为废物制得。由反应l可看出，每制备3摩尔磷酸需要5摩尔硫酸。疏酸与磷酸之比为5/3。所述磷矿石还包含若干杂质，例如Mg、 Al、 Si、 Fe、 Mg、 Zn、 Mn、 Cr、 Na、 K及其它金属。这些杂质消耗硫酸。由于考虑到被这些杂质 消耗的酸，硫酸与磷酸之比可为2或更高。反应1显示了磷矿石与硫酸之间的反应。然而，即使将磷矿石充 分研磨，也仅磷矿石的外表面与硫酸反应。这种"只是表面，，的反应或层。磷矿石颗粒的内部保持未反应，这导致石骨废物量的增加以及 导致回收的磷酸盐量的减少。为了解决该问题，将反应1分为两个独立的反应即如下所示的反 应la和lb来实施(la) 2Ca5F(P04)3+ 12H3P04 — 9Ca(H2P04)2+ CaF2 (lb) 9Ca(H2P04)2+ CaF2+ 10H2SO4 + 20H2O — 18H3P04 + 2HF + 10CaS04 2H20 i在反应la中，首先将磷矿石与磷酸反应来制备磷酸二氢钙( 一钙) 浆料。然后，在反应lb中将该磷酸二氢钙浆料与硫酸反应来制备磷酸 和二水硫酸钙(石骨)。用过滤来分离石骨。反应la中所需的磷酸从工厂中回收的磷酸获得。由反应la和lb 可看出的是，将制得的18摩尔磷酸中的12摩尔再循环，或者需要将制得的总磷酸的67%再循环。剩余的33%的磷酸可用来制备磷酸铵和其它磷酸盐产品。例如，通过将氨与磷酸依照反应Q进行反应可制得磷酸一铵(或MAP )。(Q)NH3 + H3P04 = > (NH4) H2P04由于加入了硫酸，反应1中的反应条件为强酸性，这致使磷矿石中的所有杂质被浸出到溶液中。因而溶液中的磷酸不纯且为棕褐色。 当前，通过将氨与这种不纯的磷酸反应(反应Q)使用这种不纯的磷酸来制备磷酸铵肥料。因此，得到的肥料级磷酸铵纯度低。然而，由于将得到的磷酸铵用作肥料，所以纯度不是较重要的。专利技术概述相应地， 一个可能的目的是提供一种由磷矿石制备工业级或技术级磷酸铵的经济的方法。另一可能的目的是提供一种在磷酸铵的制备中可同时除去磷矿石中的氟和其它杂质的方法。另外的潜在目的是提供一种使用低等级磷矿石来制备符合较高质量规格的磷酸铵和磷酸钩或其它磷酸盐的方法。由结合附图进行的以下描述，本专利技术的其它和/或不同的特征和优点将是明显的，其中相同的参考标记指整个图中相同或相似的部分。附图简要描述包含在说明书中并且构成了说明书的一部分的附图，说明了本专利技术的实施方案，并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。附图说明图1是显示将磷矿石与磷酸反应来制备高纯度磷酸铵的连续工艺的流程图。专利技术详述详细参考本专利技术的优选实施方案，在附图中说明了这些优选实施方案的实施例，其中在通篇中相同的参考数字指示相同的要素。参考反应l,磷矿石中的杂质例如包括Fe、 Mg、 Co、 Al、 Ca等的 重金属因在反应1中与硫酸反应变为可溶或不溶的盐。可溶盐例如硫 酸镁、硫酸铁和硫酸铝保留在溶液中，不溶盐(主要是二水硫酸钙(石 骨))沉淀下来。如果可由反应la中制得的磷酸二氢钙浆料直接制备磷酸铵或其 它磷酸盐，则不需要反应Q。因此，不需要反应lb来制备用于反应Q 的磷酸。然而，如果反应la中的磷酸来源由反应lb制得，则不能省 去反应lb。在实验室证明，可在室温下将反应la中制得的磷酸二氢钙(一钙) 与碳酸铵反应来制备磷酸一铵(MAP)(反应2)。碳酸铵是种氢氧化铵与C02的混合物，并且可以容易地通过将二 氧化碳气体鼓入到氢氧化铵溶液中来制得。在环境温度和压力下，氨 与水依照下面反应xl进行反应并且转变成氢氧化铵。(xl) NHs(气体)+ H20(液体)<＝> NH40H(水溶液)另外，如果在氨存在下既有水又有二氧化碳，则依照下面反应x2 或x3分别形成碳酸铵或碳酸氢铵。(x2)2NH3(气体)+ H20(液体)+ C02(气体)<=> (NH4)2C0(水溶液)(x3)NH3(气体)+ H20(液体)+ C02(气体)<=> (NH4)HCO3(水溶液)当将过量的二氧化碳鼓入氢氧化铵中时，则形成碳酸氢铵(反应 x3)。当将较少量二氧化碳鼓入氢氧化铵中时，则形成碳酸铵(反应 x2)。依照下面反应2制备磷酸一铵(MAP)。(2) Ca (H2P04) 2 + (NH4) 2C03 — 2NH4H2P04 + CaC03反应2的驱动力是碳酸钓(CaC03)的溶解度(约15ppm)比磷酸 二氢钙的溶解度(1. 8%)低。如果在反应2中使用水溶性较低的磷酸 氢钓(CaHP04)(约400ppm)代替磷酸二氢钙，则在50。C下经过4小 时反应时间后达到约33%的至磷酸铵的转化率。该转化率小于得自磷酸二氢钙的转化率。因为当磷酸二氢钙溶解在水中时，磷酸二氢钙具有形成磷酸氢钙和磷酸的趋势，所以存在磷酸氢钙。见下面反应Y:(Y)Ca (H2P04) 2 (水溶液)—CaHPO4+ H3P04磷酸氢钓的较小溶解度将该岐化反应(disproportionate reaction )推向右边。向反应Y溶液中加入磷酸可将反应Y推向左边。反应Y降低来自于磷酸二氢钙的磷酸铵的收率(反应2)。另夕卜， 磷酸二氢钾的酸性还可使碳酸铵分解成氨和C02(反应x2和x3的逆反 应)，其也降低碳酸钙和磷酸铵的形成并且促进了钙在反应Y中被消 耗。为了克服这些问题，可使用硫酸铵如反应4中所示来和磷酸二氢 钙(一钙)反应以形成磷酸铵。即，对于反应2来说，使用硫酸铵是 一种替代。如果在一些磷酸的存在下将磷酸二氢钙加入到石克酸铵溶液中，则 磷酸铵的收率应显著提高。磷酸的存在可防止或降低磷酸二氢钙岐化 反应成磷酸和磷酸氢钙。如反应5中所示，通过将硫酸钙与碳酸铵反 应可制得硫酸铵。反应4和5的总反应是反应2。(4) Ca(H2P04)2 + (NH4)2S04 — 2NH4H2P04 + CaS04 . 2H20 i(5) CaS04 2H20 + (NH4) 2C03 — (NH4) 2S04 + CaCO"反应2和4中使用的磷酸二氢钙由磷矿石与湿法磷酸制得(反应 la)并且包含了许多杂质。 一些杂质例如Fe、 Al、 Mg、 Ca、 Mn、 Zn 和Cr以磷酸盐存在。在反应2或4中，这些磷酸盐和一些来自磷酸二 氢钓岐化反应的磷酸氢钙与碳酸钙固体相一起保留，并且需要通过使 它们再循环来将其回收。图1是显示将磷矿石与磷酸反应来制备高纯度磷酸铵的连续工艺 的流程图。参考图l，将磷矿石石加入到H3P04酸侵蚀罐内(反应器la)， 在该罐内发生反应la。任何未反应的磷矿石石和磷酸与反应la的产 物即一钩和氟化4丐一并被统称为过磷酸钙(superphosphate)。该过 磷酸钾从H3P04酸侵蚀罐中排出并进入到冊41^04形成阶段(反应器2/4/6/7)，在该阶段中引入氨源。过磷酸钙中的一钙与氨源反本文档来自技高网...
【技术保护点】
制备高纯度磷酸铵的方法，其包括： 将磷矿石与磷酸反应以制备磷酸二氢钙；和 将磷酸二氢钙与碳酸铵反应以制备磷酸铵。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥胜，P楚巴纳基斯，LA皮科克，DR克拉克，CG韦罗克，
申请(专利权)人：卡吉尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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