用磷铁制备氧化铁红联产磷酸三钠的方法技术

一种用磷铁制备氧化铁红联产磷酸三钠的方法，其特征在于工艺步骤如下：　（１）原料的配备与处理　以磷铁粉末和碳酸钠为原料，按照磷元素与钠元素的摩尔比为１∶３．００～３．１６配料，将它们混合均匀并烘干；　（２）低温焙烧　将 步骤（１）烘干处理后的磷铁和碳酸钠的混合粉料在４５０℃～６５０℃至少焙烧２小时，然后冷却至室温，用洗涤滤饼的洗水吸收焙烧中产生的Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］气体形成磷酸钠盐溶液；　（３）高温焙烧　将步骤（２）低温焙烧后冷却至室温的物料在 ７００℃～８５０℃焙烧１小时～４小时，然后冷却至室温，用洗涤滤饼的洗水吸收焙烧中产生的Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］气体形成磷酸钠盐溶液；　（４）浸取与过滤　用结晶磷酸三钠后的母液浸取步骤（３）高温焙烧后冷却至室温的物料，在常压、８０℃～ ９０℃至少浸取１小时，浸取结束后进行过滤，获得滤饼和滤液；　（５）滤饼的洗涤与烘干　将滤饼用水洗涤后烘干，得到氧化铁红成品，滤饼的洗水返回至步骤（２）和步骤（３）吸收低温焙烧和高温焙烧产生的Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］气体；　（６ ）滤液的处理　将步骤（２）和步骤（３）得到的磷酸钠盐溶液与步骤（４）得到的滤液混合得磷酸三钠溶液，然后经浓缩、结晶、干燥得到磷酸三钠成品，结晶过程中产生的母液返回至浸取步骤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氧化铁红的生产方法，特别涉及一种利用磷铁废渣制备干法氧化铁红联产磷酸三钠的方法。
技术介绍
氧化铁红由于其特有的耐腐蚀性，广泛应用于涂料、建筑、橡胶、塑料等工业的各个领域。工业上生产氧化铁红的工艺路线一般分为干法和湿法两种。湿法工艺即为酸溶氧化法，以废铁为原料，用盐酸、硫酸、硝酸酸化，加入晶种，二步氧化制得。该方法的产品性能较好，但是强酸腐蚀性很强、对设备要求很高，并且湿法工艺的关键是晶种的制备，工艺复杂，生产周期长，生产成本高。干法工艺大多是先制备硫酸亚铁晶体或者铁黄、铁黑，再高温煅烧制得，此方法存在原料成本高、废气污染大等缺点。磷酸三钠作为软水剂、除垢剂、清洗剂、乳化剂，在印染工业、涂料工业、橡胶工业以及软水工程中有广泛的应用，因此具有良好的市场前景。我国现行的生产方法是磷酸(萃取磷酸和热法磷酸)中和法，采用磷酸与纯碱中和、分离滤渣，在滤液中再加入烧碱中和，结晶脱水制得十二水磷酸三钠。此种方法要求磷矿石品位高、纯度高，生产成本高，影响经济效益。磷铁是电炉法黄磷生产中的一种副产物，是FeP与Fe2P的混合物，其中含磷元素20～30％、铁元素70～80％。在化学工业上，国内外对于磷铁的利用仅仅局限于对磷元素的利用，例如加拿大专利技术专利CA344461公开了一种“磷铁的转化”，该专利技术专利提出了磷铁与碳酸钠混合后经1000～1100℃高温焙烧，然后浸取、过滤分离、浓缩结晶，制得磷酸三钠产品。该专利技术专利虽然用磷铁得到了磷酸三钠产品，但工艺流程是先用10％～15％的1～5°Be′磷酸钠盐溶液湿润磷铁与碳酸钠的混合物后再在1000～1100℃进行高温焙烧，因而会由于大量水分蒸发而导致能耗增大。在湿润的情况下高温焙烧反应混合物会得到粒径很小的磷酸铁副产物，在未反应完全的磷铁表面形成一层致密的包裹物，致使反应不完全，降低磷铁的利用率。在湿润的情况下直接采用高温焙烧会造成焙烧物料的烧结，不能形成均匀的粉末，若将此种方法得到的滤饼用于制备氧化铁红，则无法达到国家标准对于氧化铁红的吸油量和相对着色力要求。再则，采用此种方法得-->到的滤饼氧化铁呈黑色，无法达到国家标准对于氧化铁红颜色的要求——红棕色。因此，此种方法得到的滤饼只能作为废渣丢弃，该专利仅仅利用了磷铁中的磷元素，而未利用附加值更高的铁元素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用磷铁制备氧化铁红联产磷酸三钠的方法，此种方法不仅能充分利用磷铁中的铁元素和磷元素，使磷铁这种废渣成为生产氧化铁红和磷酸三钠的原料，而且工艺流程简单易控，对环境无污染，成本低廉。本专利技术中，用磷铁制备氧化铁红联产磷酸三钠是采用分段氧化焙烧的工艺，其主要反应如下：本专利技术所述用磷铁制备氧化铁红联产磷酸三钠的方法，工艺步骤如下：(1)原料的配备与处理以磷铁粉末和碳酸钠为原料，按照磷元素与钠元素的摩尔比为1∶3.00～3.16配料，将它们混合均匀并烘干；(2)低温焙烧将步骤(1)烘干处理后的磷铁和碳酸钠的混合粉料在450℃～650℃至少焙烧2小时，然后冷却至室温，用洗涤滤饼的洗水吸收焙烧中产生的P2O5气体形成磷酸钠盐溶液；(3)高温焙烧将步骤(2)低温焙烧后冷却至室温的物料在700℃～850℃焙烧1小时～4小时，然后冷却至室温，用洗涤滤饼的洗水吸收焙烧中产生的P2O5气体形成磷酸钠盐溶液；(4)浸取与过滤用结晶磷酸三钠后的母液去浸取步骤(3)高温焙烧后冷却至室温的物料，在常压、80℃～90℃至少浸取1小时，浸取结束后进行过滤，获得滤饼和滤液；(5)滤饼的洗涤与烘干-->将滤饼用水洗涤后烘干，得到氧化铁红成品，滤饼的洗水返回至步骤(2)和步骤(3)吸收低温焙烧和高温焙烧产生的P2O5气体；(6)滤液的处理将步骤(2)和步骤(3)得到的磷酸钠盐溶液与步骤(4)得到的滤液混合得磷酸三钠溶液，然后经浓缩、结晶、干燥得到磷酸三钠成品。浓缩采用蒸发浓缩，将磷酸三钠溶液浓缩至30°Be′～35°Be′；结晶采用冷却结晶方式，结晶过程中产生的母液返回至浸取步骤；干燥采取真空干燥，烘干至恒重即可。由于氧化铁红产品的国家标准中要求其粒度≤63μm，但粒度过细，又会造成烧结，因此，磷铁粉末的粒径优选38μm～62μm。将磷铁和碳酸钠混合粉料烘干是为了除去其水分和油分，以避免物料在高温被烧结。实验表明，磷铁和碳酸钠混合粉料所含水分的质量百分数≤0.1％最为适宜。烘干步骤的工艺参数：烘干温度为100℃～200℃，烘干时间以磷铁和碳酸钠混合粉料所含水分的质量百分数≤0.1％为限。对烘干的混合粉料采取低温和高温分段焙烧，是为了保证反应产物氧化铁红的颜色、粒径、吸油量和相对着色力等重要指标达到国家标准。为了节约水资源和降低能耗，滤饼的洗涤采用两次逆流洗涤，所述两次逆流洗涤是将二次洗涤的洗水用于一次洗涤，二次洗涤采用新鲜水，一次洗涤的洗水用于吸收低温焙烧和高温焙烧产生的P2O5气体。所述新鲜水为初次使用的水，又称清水，例如自来水，未污染的河流、湖泊中的水。根据国家标准GB1863-89对于氧化铁红中的挥发物含量的要求，本专利技术对于滤饼的烘干温度采用105℃，烘干时间以滤饼中挥发物的质量百分数≤1.0％为限。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术所述方法使磷铁这种废渣中的铁元素和磷元素得到充分利用，变废为宝，不仅可产生很好的经济效益，而且有利于环境保护和降低能耗。2、所制备的氧化铁红成品颜色、粒径、吸油量和相对着色力等重要指标均符合国家标准GB1863-89，三氧化二铁含量高达95％～97％。3、与工业上生产氧化铁红的常规方法相比，生产成本大幅度降低。4、将滤饼洗水吸收低温焙烧和高温焙烧产生的P2O5气体形成的磷酸钠盐溶液与滤液混合制备磷酸三钠，使得整个工艺流程的磷元素回收率(也称磷收率)最高达到96.8％，提供了一种生产成本低廉、无废气污染的磷酸三钠制备方法。-->5、生产工艺简单，各工艺步骤有机结合，无废液排放。附图说明图1是本专利技术所述用磷铁制备氧化铁红联产磷酸三钠的一种工艺流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术所述方法作进一步说明。实施例1本实施例中，所用磷铁的磷含量为26.8％(质量百分数)，制备氧化铁红联产磷酸三钠的工艺步骤如下：(1)原料的配备与处理以磷铁粉末和碳酸钠为原料，磷铁粉末的粒径53μm～62μm占99％以上，按照磷铁和碳酸钠的质量比为1∶1.38(即磷元素与钠元素的摩尔比为1∶3.01)配料，将它们混合均匀，然后用烘箱在常压、100℃下烘干，烘干时间为40min，即可使磷铁和碳酸钠混合粉料所含水分的质量百分数≤0.1％；(2)低温焙烧将步骤(1)烘干处理后的磷铁和碳酸钠的混合粉料在450℃焙烧4小时，然后冷却至室温，在流程启动初期用自来水吸收焙烧中产生的P2O5气体，整个流程的循环稳定后用洗涤滤饼的一次洗水吸收焙烧中产生的P2O5气体形成磷酸钠盐溶液；(3)高温焙烧将步骤(2)低温焙烧后冷却至室温的物料在700℃焙烧4小时，然后冷却至室温，在流程启动初期用自来水吸收焙烧中产生的P2O5气体，整个流程的循环稳定后用洗涤滤饼的一次洗水吸收焙烧中产生的P2O5气体形成磷酸钠盐溶液；(4)浸取与过滤在流程启动初期用自来水浸取步骤(3)高温焙烧后冷却至室温的物料，在整个工艺流程循本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用磷铁制备氧化铁红联产磷酸三钠的方法，其特征在于工艺步骤如下：　（１）原料的配备与处理　以磷铁粉末和碳酸钠为原料，按照磷元素与钠元素的摩尔比为１∶３．００～３．１６配料，将它们混合均匀并烘干；　（２）低温焙烧　将步骤（１）烘干处理后的磷铁和碳酸钠的混合粉料在４５０℃～６５０℃至少焙烧２小时，然后冷却至室温，用洗涤滤饼的洗水吸收焙烧中产生的Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］气体形成磷酸钠盐溶液；　（３）高温焙烧　将步骤（２）低温焙烧后冷却至室温的物料在７００℃～８５０℃焙烧１小时～４小时，然后冷却至室温，用洗涤滤饼的洗水吸收焙烧中产生的Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］气体形成磷酸钠盐溶液；　（４）浸取与过滤　用结晶磷酸三钠后的母液浸取步骤（３）高温焙烧后冷却至室温的物料，在常压、８０℃～９０℃至少浸取１小时，浸取结束后进行过滤，获得滤饼和滤液；　（５）滤饼的洗涤与烘干　将滤饼用水洗涤后烘干，得到氧化铁红成品，滤饼的洗水返回至步骤（２）和步骤（３）吸收低温焙烧和高温焙烧产生的Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］气体；　（６）滤液的处理　将步骤（２）和步骤（３）得到的磷酸钠盐溶液与步骤（４）得到的滤液混合得磷酸三钠溶液，然后经浓缩、结晶、干燥得到磷酸三钠成品，结晶过程中产生的母液返回至浸取步骤。...

【技术特征摘要】
1、一种用磷铁制备氧化铁红联产磷酸三钠的方法，其特征在于工艺步骤如下：(1)原料的配备与处理以磷铁粉末和碳酸钠为原料，按照磷元素与钠元素的摩尔比为1∶3.00～3.16配料，将它们混合均匀并烘干；(2)低温焙烧将步骤(1)烘干处理后的磷铁和碳酸钠的混合粉料在450℃～650℃至少焙烧2小时，然后冷却至室温，用洗涤滤饼的洗水吸收焙烧中产生的P2O5气体形成磷酸钠盐溶液；(3)高温焙烧将步骤(2)低温焙烧后冷却至室温的物料在700℃～850℃焙烧1小时～4小时，然后冷却至室温，用洗涤滤饼的洗水吸收焙烧中产生的P2O5气体形成磷酸钠盐溶液；(4)浸取与过滤用结晶磷酸三钠后的母液浸取步骤(3)高温焙烧后冷却至室温的物料，在常压、80℃～90℃至少浸取1小时，浸取结束后进行过滤，获得滤饼和滤液；(5)滤饼的洗涤与烘干将滤饼用水洗涤后烘干，得到氧化铁红成品，滤饼的洗水返回至步骤(2)和步骤(3)吸收低温焙烧和高温焙烧产生的P2O5气体；(6)滤液的处理将步骤(2)和步骤(3)得到的磷酸钠盐溶液与步骤(4)得到的滤液混合得磷酸三钠溶液，然后经浓缩、结晶、干燥得到磷酸三钠成品，结晶过程中产生的母液返回至浸取步骤。2、根据权利要求1所述的用磷铁制备氧化铁红联产磷酸三钠的方法，其特征在于磷铁粉末的粒径38μm～62μm占99％以上。3、根据权利要求1或2所述的用磷铁制备氧化铁红联产磷酸三钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，张海燕，王邵东，金钢，陈锐，邓任军，任永胜，王涛，杨光明，
申请(专利权)人：四川大学，瓮福集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：90