一种利用湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钾的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钾的方法，步骤是：⑴膜过滤：取湿法稀磷酸于耐酸容器中，用膜过滤设备对其精密过滤，得净化的湿法稀磷酸；⑵中和反应与同时脱氟脱硫：加入脱氟脱硫剂和氢氧化钾溶液，搅拌，得过滤的中和液；⑶氧化脱砷、微碱性脱重金属与膜过滤：将过滤的中和液，加入氧化剂，调节pH值至微碱性、加热、冷却、膜过滤；⑷pH调节与浓缩：将微碱性脱重金属和氧化脱砷液的pH调节并浓缩，得磷酸氢二钾浓缩液；⑸降温结晶：在磷酸氢二钾结晶介稳区的温度范围结晶磷酸氢二钾后，继续结晶，直到无结晶生成为止；⑹结晶干燥。成本低，纯度高，卫生安全性高，方法易行，操作简便，原料利用率高，溶解性能好，可机械化。

A method of producing food grade dipotassium hydrogen phosphate by wet dilute phosphoric acid

【技术实现步骤摘要】
一种利用湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钾的方法
本专利技术涉及食品添加剂加工
，更具体涉及一种湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钾的方法，适用于利用湿法稀磷酸和湿法磷酸制造食品级磷酸氢二钾、药用级磷酸氢二钾、饲料级磷酸氢二钾、工业级磷酸氢二钾和农用级磷酸氢二钾。
技术介绍
磷酸氢二钾是重要的化工原料，在生物发酵、食品、医药、饲料、化工和农业等工业部门中有广泛的应用。磷酸氢二钾的制造方法主要有中和法、萃取法、离子交换法、复分解法、直接法、结晶法和电解法等，其中主要的制造方法是中和法。按所用磷酸来源分，磷酸可以分为以磷矿石为原料通过酸化得到的湿法磷酸和以纯磷为原料通过燃烧得到的热湿法磷酸，因而，磷酸氢二钾可以分为热法磷酸氢二钾和湿法磷酸氢二钾，其中热法磷酸氢二钾纯度高但成本也高；按纯度分，磷酸氢二钾可以分为工业级、农用级和食品级，其中食品级磷酸氢二钾的质量标准最高。食品级磷酸氢二钾通常是由热法磷酸经中和法制造的。我国有十分丰富的磷矿石资源，利用磷矿石为原料制造工业级湿法磷酸及其以磷酸氢二钾为代表的磷酸盐，技术成熟，成本低，产品质量稳定，但杂质含量高，纯度低，不能达到食品级的要求。相对而言，利用磷为原料制造热法磷酸及其以磷酸氢二钾为代表的磷酸盐，虽然技术成熟，产品质量稳定，纯度高杂质含量少，能达到食品级的要求，但成本高。所以，如何利用我国丰富的磷矿石资源，通过湿法磷酸制造食品级磷酸和以磷酸氢二钾为代表的磷酸盐，就显得经济上重要和需求上紧迫。以湿法磷酸(包括质量百分浓度为20～50％的稀磷酸半成品和质量百分浓度为75％及85％的工业湿法净化磷酸)原料，制备食品级磷酸氢二钾需要解决的核心问题，包括：a.如何分离工业湿法磷酸中存在的少量有毒元素，如铅、镉、汞、砷，使产品食品添加剂必须的卫生安全要求？b.如何分离工业湿法磷酸中的氟、铁、钙等常规元素，使产品达到相应的质量限定指标？c.如何分离工业湿法磷酸中的固体微粒、色素颗粒等，使产品各指标达到相应的质量要求？国内外大量的研究者对湿法磷酸精制纯化制造食品级磷酸和以湿法磷酸为原料制造以磷酸氢二钾为代表的食品级磷酸盐的工艺技术进行了研究，涌现了一批新工艺、新技术和新成果。如，湖北三宁化工公司开发了以三聚氰胺萃取湿法磷酸、反萃取和氯化钾钾化得到食品级磷酸二氢钾为主要特征的新技术，并产业化。中国专利CN201510604846.0公开了一种湿法磷酸通过氨水中和脱杂质制备磷酸氢二钾方法；中国专利CN86101186.4公开了一种采用“缔合-置换”法制取磷酸二氢钾的方法；美国US7601319公开了一种磷酸二氢钾的生产工艺。如何高效和低成本地脱除湿法稀磷酸中的有毒有害的成分和提高磷酸氢二钾的纯度，使之达到食品添加剂的卫生安全要求，是湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钾的核心技术问题，也是湿法磷酸行业提高经济效益的根本发展方向。
技术实现思路
针对由湿法稀磷酸制造的磷酸氢二钾不能达到食品级要求和现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是在于提供了一种利用湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钾的方法，成本低，纯度高，砷和重金属离子脱除充分，卫生安全性高，方法易行，操作简便，原料利用率高，溶解性能好，可机械化制造食品级磷酸氢二钾。为了实现上述的目的，本专利技术采用了以下技术措施：本专利技术的技术构思如下：利用湿法稀磷酸中硫酸根离子和氟离子在弱酸条件下更易生成氟硅酸钡和硫酸钡沉淀及磷酸二氢钾的盐析效应同时脱氟脱硫、亚砷酸盐可以被氧化成不溶的砷酸盐、重金属离子在中性偏碱条件下生成不溶性沉淀物、磷酸被中和成溶解度较大的磷酸氢二钾和磷酸氢二钾的溶解度随温度变化显著的性质，湿法稀磷酸经加脱氟脱钡剂和中和后膜过滤同时脱氟脱硫的滤液，用氧化剂在弱碱性氧化脱砷和重金属离子所得的溶液，经pH调整、浓缩、结晶和干燥得食品级磷酸氢二钾。一种利用湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钾的方法，其步骤是：⑴膜过滤：取湿法稀磷酸于耐酸容器中，用膜过滤设备对其精密过滤，得精密过滤的湿法稀磷酸。所述的湿法稀磷酸为质量百分浓度为20～55％的和未经脱氟、脱硫以及萃取-反萃取净化处理的湿法磷酸；所述的膜过滤设备，其膜材料为碳化硅，膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜，膜孔大小为1、0.5、0.1和0.04μm。优选的，所述的湿法稀磷酸为质量百分浓度为35～47％的和未经脱氟、脱硫以及萃取-反萃取净化处理的湿法磷酸；所述的膜过滤设备，其膜材料为碳化硅，膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜，膜孔大小为0.1和0.04μm。⑵中和反应与同时脱氟脱硫：取步骤⑴所得精密过滤的湿法稀磷酸于耐酸容器中，在搅拌的情况下，加入其质量分数0.1～15％的脱氟脱硫剂，继续搅拌0.5～10小时，使脱氟脱硫剂充分溶解和充分与精密过滤的湿法稀磷酸中的氟离子及硫酸根反应，得反应混合物；在搅拌的情况下，用质量百分浓度为20～80％的氢氧化钾溶液中和反应混合物至pH为6.0～7.5，继续搅拌0.5～10小时，得中和液；控制中和液的温度30～90℃，用膜过滤设备对中和液精密过滤，得精密过滤的中和液备用。控制本步骤整个过程中，搅拌速度为10～250rpm。所述的脱氟脱硫剂为分析纯或者化学纯的碳酸钡和碳酸氢钡其中的任一种；所述的氢氧化钾为分析纯或者化学纯的固体氢氧化钾；所述的膜过滤设备，其膜材料为碳化硅，膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜，膜孔大小为1、0.5、0.1和0.04μm。优选的，所述的脱氟脱硫剂为分析纯的碳酸钡和碳酸氢钡其中的任一种；所述的氢氧化钾为分析纯的固体氢氧化钾；所述的膜过滤设备，其膜材料为碳化硅，膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜，膜孔大小为0.1和0.04μm。⑶氧化脱砷、微碱性脱重金属与膜过滤：在不断搅拌的情况下，用质量百分浓度为20～80％的氢氧化钾溶液，将步骤⑵所得精密过滤的中和液的pH调节至8.0～9.5，加入中和液质量分数0.1～8％的氧化剂，将混合物加热到适宜温度并维持适宜，在搅拌的情况下回流保温氧化0.5～8小时之后，打开冷却水将氧化液温度降低至10～90℃，继续搅拌0.5～10小时，用膜过滤设备对其精密过滤，得精密过滤的微碱性脱重金属和氧化脱砷液备用。控制本步骤整个过程中，搅拌速度为10～250rpm。所述的氢氧化钾为分析纯或者化学纯的固体氢氧化钾；所述的氧化剂为分析纯或者化学纯的过氧化氢(双氧水)和漂白粉；所述的亚砷氧化所需温度为50～100℃；所述的膜过滤设备，其膜材料为碳化硅，膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜，膜孔大小为1、0.5、0.1和0.04μm。优选的，所述的氢氧化钾为分析纯的固体氢氧化钾；所述的氧化剂为分析纯或者化学纯的过氧化氢(双氧水)；所述的适宜温度为70～95℃；所述的膜过滤设备，其膜材料为碳化硅，膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜，膜孔大小为0.1和0.04μm。⑷pH调节与浓缩：在不断搅拌的条件下，用质量百分浓度为20～80％的氢氧化钾溶液，将步骤⑶所得微碱性脱重金属和氧化脱砷液的pH调节至8.9～9.6，得磷酸氢二钾溶液；用强制循环真空浓缩法在真空度为0.8～0.99MPa本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钾的方法，其步骤是：/n⑴膜过滤：取湿法稀磷酸于耐酸容器中，用膜过滤设备对其精密过滤，得精密过滤的湿法稀磷酸；/n⑵中和反应与同时脱氟脱硫：取步骤⑴所得精密过滤的湿法稀磷酸于耐酸容器中，在搅拌的情况下，加入其质量分数0.1～15％的脱氟脱硫剂，继续搅拌0.5～10小时，使脱氟脱硫剂溶解和与精密过滤的湿法稀磷酸中的氟离子及硫酸根反应，得反应混合物；在搅拌的情况下，用质量百分浓度为20～80％的氢氧化钾溶液中和反应混合物至pH为6.0～7.5，继续搅拌0.5～10小时，得中和液；控制中和液的温度30～90℃，用膜过滤设备对中和液精密过滤，得精密过滤的中和液备用；/n⑶氧化脱砷、微碱性脱重金属与膜过滤：在不断搅拌的情况下，用质量百分浓度为20～80％的氢氧化钾溶液，将步骤⑵所得精密过滤的中和液的pH调节至8.0～9.5，加入中和液质量分数0.1～8％的氧化剂，将混合物加热到亚砷氧化所需温度并维持该温度，在搅拌下回流保温氧化0.5～8小时后，打开冷却水将氧化液温度降低至10～90℃，继续搅拌0.5～10小时，用膜过滤设备对其精密过滤，得精密过滤的微碱性脱重金属和氧化脱砷液备用；/n⑷pH调节与浓缩：在不断搅拌的条件下，用质量百分浓度为20～80％的氢氧化钾溶液，将步骤⑶所得微碱性脱重金属和氧化脱砷液的pH调节至8.9～9.6，得磷酸氢二钾溶液；用循环真空浓缩法在真空度为0.8～0.99MPa和温度为70～110℃的条件下，将磷酸氢二钾溶液浓缩至磷酸氢二钾的质量百分浓度为50～65％，得磷酸氢二钾浓缩液备用；/n⑸降温结晶：将步骤⑷所得磷酸二氢钾浓缩液转入结晶设备内，在磷酸氢二钾结晶介稳区温度范围结晶磷酸氢二钾1～25小时后，以1～10℃/小时的降温速度，将温度降低至-5～20℃，继续结晶1～50小时，直到无结晶生成为止；结晶混合物经固液分离得磷酸氢二钾湿结晶和磷酸氢二钾的结晶母液，取磷酸氢二钾湿结晶备用；/n⑹结晶干燥：将步骤⑸所得磷酸氢二钾湿结晶经常压热风干燥至产品要求水分，冷却至0～40℃，包装得食品级磷酸氢二钾产品，控制本步骤整个过程中物料的温度≦110℃。/n...

【技术特征摘要】
1.一种利用湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钾的方法，其步骤是：
⑴膜过滤：取湿法稀磷酸于耐酸容器中，用膜过滤设备对其精密过滤，得精密过滤的湿法稀磷酸；
⑵中和反应与同时脱氟脱硫：取步骤⑴所得精密过滤的湿法稀磷酸于耐酸容器中，在搅拌的情况下，加入其质量分数0.1～15％的脱氟脱硫剂，继续搅拌0.5～10小时，使脱氟脱硫剂溶解和与精密过滤的湿法稀磷酸中的氟离子及硫酸根反应，得反应混合物；在搅拌的情况下，用质量百分浓度为20～80％的氢氧化钾溶液中和反应混合物至pH为6.0～7.5，继续搅拌0.5～10小时，得中和液；控制中和液的温度30～90℃，用膜过滤设备对中和液精密过滤，得精密过滤的中和液备用；
⑶氧化脱砷、微碱性脱重金属与膜过滤：在不断搅拌的情况下，用质量百分浓度为20～80％的氢氧化钾溶液，将步骤⑵所得精密过滤的中和液的pH调节至8.0～9.5，加入中和液质量分数0.1～8％的氧化剂，将混合物加热到亚砷氧化所需温度并维持该温度，在搅拌下回流保温氧化0.5～8小时后，打开冷却水将氧化液温度降低至10～90℃，继续搅拌0.5～10小时，用膜过滤设备对其精密过滤，得精密过滤的微碱性脱重金属和氧化脱砷液备用；
⑷pH调节与浓缩：在不断搅拌的条件下，用质量百分浓度为20～80％的氢氧化钾溶液，将步骤⑶所得微碱性脱重金属和氧化脱砷液的pH调节至8.9～9.6，得磷酸氢二钾溶液；用循环真空浓缩法在真空度为0.8～0.99MPa和温度为70～110℃的条件下，将磷酸氢二钾溶液浓缩至磷酸氢二钾的质量百分浓度为50～65％，得磷酸氢二钾浓缩液备用；
⑸降温结晶：将步骤⑷所得磷酸二氢钾浓缩液转入结晶设备内，在磷酸氢二钾结晶介稳区温度范围结晶磷酸氢二钾1～25小时后，以1～10℃/小时的降温速度，将温度降低至-5～20℃，继续结晶1～50小时，直...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正奇，李摇摇，姚其凤，许琦，徐歆，吴龙，李倩，陈小强，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42