吳邦文，蔣世國，田仁道，崔 艷

（甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 甕?；す荆F州 福泉 550501）

萃余酸是指濕法磷酸萃取凈化之后剩余的磷酸，主要用于生產(chǎn)磷酸一銨（MAP）、磷酸二銨（DAP）、工業(yè)級磷酸氫二鈉（DSHP）、重過磷酸鈣、磷酸氫鈣等［1-8］。然而，萃余酸因富集了較多的金屬雜質(zhì)（特別是Mg2+）［9-10］，嚴(yán)重影響了其后續(xù)綜合利用。為提高萃余酸的綜合利用價(jià)值，鎂離子的去除顯得尤為重要。

目前，甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（以下簡稱公司）100萬t/a濕法磷酸凈化（PPA）裝置，副產(chǎn)萃余酸P2O550萬t/a（根據(jù)公司戰(zhàn)略規(guī)劃，按50%凈化率計(jì)算）。結(jié)合化工園區(qū)原料及產(chǎn)品情況，認(rèn)為硫酸是一種較為經(jīng)濟(jì)的脫鎂劑。本研究采用濃硫酸脫除萃余酸中鎂，探討萃余酸脫鎂過程中物料比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對脫鎂效果的影響，旨在為萃余酸的回收利用提供有效的凈化工藝，為公司轉(zhuǎn)型發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及材料

儀器：恒溫水浴鍋，分析天平，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP），攪拌器，微孔過濾器，空壓機(jī)，蠕動泵。

實(shí)驗(yàn)材料及試劑：萃余酸（w（H3PO4）60%），來自公司凈化濕法磷酸生產(chǎn)裝置；濃硫酸（w（H2SO4）98%），來自公司硫酸生產(chǎn)裝置；鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液，購于廣州分析測試中心科力技術(shù)開發(fā)公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取一定量的萃余酸置于燒杯中，放置于恒溫水浴鍋中恒溫加熱，設(shè)置固定轉(zhuǎn)速（250 r/min）對萃余酸進(jìn)行攪拌；按比例稱取一定量的濃硫酸（w（H2SO4）98%），根據(jù)反應(yīng)時(shí)間，用蠕動泵連續(xù)均勻加入萃余酸中，待反應(yīng)完成后，對反應(yīng)液進(jìn)行過濾；濾渣及濾液送至公司質(zhì)量檢測中心采用ICP進(jìn)行鎂含量分析。脫鎂后萃余酸用來與磷礦反應(yīng)生產(chǎn)磷酸。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證濃硫酸脫除萃余酸中鎂離子的可行性，開展單因素實(shí)驗(yàn)研究。

基于工廠生產(chǎn)實(shí)際，為方便萃余酸與公司濕法磷酸產(chǎn)品進(jìn)行對比，并對萃余酸脫鎂后的應(yīng)用提供參考，以公司的濕法濃磷酸作為對照（濃磷酸w（P2O5）平均值為49.07%，w（Mg2+）平均值為0.8%）。萃余酸w（P2O5）為46%左右時(shí)，w（Mg2+）為2.9%。在反應(yīng)溫度為40℃、反應(yīng)時(shí)間為1 h條件下，考察不同物料加入比例條件下的脫鎂效果。所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均是將脫鎂磷酸w（P2O5）折算成49.07%后進(jìn)行鎂離子含量分析，結(jié)果見圖1。

圖1 不同物料加入比例條件下脫鎂磷酸中鎂離子含量變化趨勢

由圖1可知，隨著m（濃硫酸）/m（萃余酸）增大，脫鎂磷酸中w（Mg2+）降低，當(dāng)m（濃硫酸）/m（萃余酸）大于0.95時(shí)，折算后的脫鎂磷酸中鎂離子含量低于濃磷酸中鎂離子含量。

m（濃硫酸）/m（萃余酸）＞1.00以后，脫鎂磷酸中鎂離子含量逐漸趨于穩(wěn)定；m（濃硫酸）/m（萃余酸）大于1.8時(shí)，隨著濃硫酸加入比例的升高，脫鎂磷酸中鎂離子含量基本不變。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

根據(jù)萃余酸的脫鎂工藝，選擇反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間及濃硫酸與萃余酸質(zhì)量比3個(gè)因素，以L9（34）正交實(shí)驗(yàn)確定萃余酸脫鎂的最佳工藝條件。正交實(shí)驗(yàn)因素水平詳見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

1）極差分析

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析分別見表2、表3。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可以得出，極差RC＞RA＞RB，說明對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的顯著程度為：因素C（濃硫酸與萃余酸質(zhì)量比）＞因素A（反應(yīng)時(shí)間）＞因素B（反應(yīng)溫度）。

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析

對于因素A（反應(yīng)時(shí)間），均值A(chǔ)3＞A2＞A1，說明A3為因素A的優(yōu)水平，即2 h為反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)水平，隨著反應(yīng)時(shí)間繼續(xù)延長，萃余酸鎂脫除率逐漸升高，但升高較為緩慢。

對于因素B（反應(yīng)溫度），均值B3＜B1＜B2，說明在該組實(shí)驗(yàn)中，B2為因素B的優(yōu)水平，即反應(yīng)溫度為55℃，并且隨著反應(yīng)溫度的升高，萃余酸鎂脫除率呈先升高后下降的趨勢，但變化幅度較小。

對于因素C（濃硫酸與萃余酸質(zhì)量比），均值C1＜C2＜C3，說明C3為因素C的優(yōu)水平，隨著濃硫酸與萃余酸質(zhì)量比的增加，萃余酸鎂脫除率呈上升趨勢，當(dāng)濃硫酸與萃余酸質(zhì)量比為1.2時(shí)，萃余酸中的鎂脫除率最高。

綜合以上結(jié)論，該組實(shí)驗(yàn)優(yōu)化水平組合為A3B2C3，即反應(yīng)時(shí)間為2 h，反應(yīng)溫度為55℃，濃硫酸與萃余酸質(zhì)量比為1.2。

2）方差分析

對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表4。

表4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析

由表4可以看出，3個(gè)因素水平下對脫鎂效率影響均不顯著，不必進(jìn)行各因素水平間的多重比較，可從表3中選擇平均數(shù)大的A3、B2、C3組合成最優(yōu)水平。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

對最佳組合A3B2C3進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表5。從表5可以看出，在最佳工藝條件下對萃余酸進(jìn)行脫鎂，脫鎂率較高且脫鎂效果穩(wěn)定，表明本工藝可應(yīng)用在萃余酸回收利用過程中。

表5 優(yōu)選組合3次平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果 %

3 結(jié)語

濕法磷酸凈化副產(chǎn)物萃余酸脫鎂工藝的最佳工藝條件：m（濃硫酸）/m（萃余酸）為1.2，反應(yīng)溫度為55℃，反應(yīng)時(shí)間為2 h，其中關(guān)鍵因素為m（濃硫酸）/m（萃余酸）。最佳條件下萃余酸脫鎂效率可達(dá)到90%以上。本實(shí)驗(yàn)研究的萃余酸脫鎂工藝不但解決了萃余酸中鎂雜質(zhì)的高效脫除問題，而且大幅度降低了萃余酸脫鎂的成本，為萃余酸的循環(huán)利用提供了技術(shù)參考。