способ получения монокалийфосфата

Формула изобретения

Способ получения монокалийфосфата, включающий нейтрализацию соединения калия фосфорной кислотой при повышенной температуре с последующей кристаллизацией продукта, отличающийся тем, что в качестве соединения калия берут карбонат калия, нейтрализуют его стехиометрической нормой экстракционной фосфорной кислоты до pH 3,5 - 4,5 при 80 - 89^oC, полученную смесь разделяют фильтрацией при 70 - 80^oC, выпавший осадок выводят из процесса, а из раствора кристаллизуют продукт при охлаждении его до 15 - 20^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения монокалийфосфата, используемого в качестве удобрений, пищевых добавок, а также в медицине и микробиологии.

При использовании монокалийфосфата в качестве удобрений такие примеси, как SO₄, Cl, Fe и другие, практически не регламентируются. При использовании его в качестве пищевых добавок, медицине и микробиологии сумма примесей не должна превышать сотых и тысячных процента.

Известен способ получения монокалийфосфата, включающий разложение калийной соли фосфорной кислотой при повышенной температуре с последующей кристаллизацией продукта из полученной смеси. По этому способу в качестве калийной соли берут хлористый калий. Выделяющийся хлористый водород улавливают в виде соляной кислоты. Для проведения процесса требуется добавление избытка фосфорной кислоты и нагревание массы до 250^oC. Для перевода полученного продукта в монокалийфосфат и нейтрализации свободной фосфорной кислоты необходимо добавлять углекислый калий или гидрат окиси калия. Эти соединения калия относительно дороги и применение их в производстве удобрений не оправдываются, а для получения пищевых добавок требуется применение термической фосфорной кислоты.

Недостатком способа является сложность технологического процесса (высокая температура, улавливание хлора, требующее специальной коррозионностойкой аппаратуры), а также применение дорогостоящих компонентов, а том числе - термической фосфорной кислоты. (В.Ваггман "Фосфорная кислота, фосфаты и фосфорные удобрения". /Под ред. А.И. Шерешевского.- М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1967, с. 392 -394).

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения однозамещенных фосфатов щелочных металлов или аммония (в нашем случае рассматривается монокалийфосфат), включающий обработку ортофосфорной кислоты соединением калия при повышенной температуре с последующей кристаллизацией продукта. По этому способу термическую фосфорную кислоту (судя по содержанию примесей, приведенных в описании) обрабатывают 45%-ным раствором гидроксида калия. Температура реакционной смеси 90-95^oC, pH смеси 5,85-6,0. Далее проводят кристаллизацию из насыщенного раствора при 80-85^oC при pH 5,8-6,0. Далее продукт сушат в течение 24 ч. Продукт получают в виде белых кристаллов (авт. св. СССР N 1782935, C 01 B 25/30, БИ N 47, 1992 г.).

Недостатками способа являются большие потери продукта из-за высокой температуры кристаллизации, так как при этой температуре фосфат калия обладает достаточно высокой растворимостью. Использование дорогих компонентов - термическая фосфорная кислота, гидроксид калия.

Нами поставлена задача по разработке практически безотходного производства монокалийфосфата при одновременном получении удобрения и чистых солей, которые могут быть использованы в качестве пищевых добавок, а также в медицине и микробиологии, при использовании дешевых компонентов.

Поставленная задача решена в способе получения монокалийфосфата, включающем нейтрализацию соединения калия фосфорной кислоты при повышенной температуре с последующей кристаллизацией продукта тем, что в качестве соединения калия берут карбонат калия, нейтрализуют его экстракционной фосфорной кислотой до pH 3,5-4,5 при 80-89^oC, полученную смесь разделяют фильтрацией при 70-80^oC, выпавший осадок выводят из процесса, а из раствора кристаллизуют продукт при охлаждении его до 15-20^oC.

Выпавший осадок содержит до 30^oC от общего количества фосфатов калия, а также фосфатные соли имеющихся примесей (Fe, Al₂O₃ и др.). Осадок может быть использован в качестве удобрения.

Отделенный раствор охлаждают до 15-20^oC. При этом происходит кристаллизация чистых фосфатов калия, которые используются в качестве пищевых добавок, в медицине и др.

Для получения обоих продуктов (удобрения и пищевых добавок), удовлетворяющих требованиям ГОСТа, необходимо строго соблюдать условия технологического процесса, а именно pH и температуру разложения калийной соли, которые должны быть соответственно выдержаны: pH 3,5-4,5, температура - 80-89^oC.

Для pH < 3,5 не происходит образования фосфатных солей находящихся в смеси примесей, а при увеличении pH > 4,5 в осадок уходит достаточно большое количество фосфатов калия и соответственно снижается выход второго конечного продукта. В интервале pH 3,5-4,5 происходит наиболее полное удаление примесных солей и достаточное количество фосфатов калия для того, чтобы осадок мог быть использован в качестве удобрения.

При снижении температуры ниже 80^oC замедляется скорость реакции и не происходит полного выпадения в осадок фосфатных солей. Повышение температуры выше 89^oC нецелесообразно, так как фосфатные соли примесей выпали практически полностью. Указанный интервал создает оптимальные условия для выделения CO₂, то есть реакция разложения максимально ускоряется.

При разделении смеси фильтрацией необходимо подобрать такие температуры, чтобы скорость фильтрации была максимальной, что достигается проведением этого процесса при 70-80^oC. При температуре ниже 70^oC происходит сокристаллизация фосфатов калия с другими фосфатами (примесями), и следовательно, необоснованные потери фосфата калия. Повышение температуры экономически нецелесообразно. Температура охлаждения способствует наилучшим условиям кристаллизации практически чистого монокалийфосфата.

В результате получают второй продукт, содержащий P₂O₅ - 52%, K₂O - 34%. Содержание в нем примесей (тысячные доли процента) полностью удовлетворяет требованиям ГОСТа.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. В реактор вводят 1000 кг раствора экстракционной фосфорной кислоты с концентрацией 45% H₃PO₄. В этот реактор постепенно дозируется 507 кг карбоната калия. Реакцию нейтрализации фосфорной кислоты карбонатом калия ведут при перемешивании до pH 3,5 при 80^oC. Время реакции - 60 мин. В этих условиях в реакторе образуется монокалийфосфат, а в осадок выпадают нерастворимые в воде ортофосфаты железа, алюминия, фториды кальция, магния и другие соединения. Полученная смесь разделяется на фильтрах при ее температуре 70^oC. При этом получается 300 кг удобрительного фосфата калия состава 28% K₂O, 43% P₂O₅, нерастворенный в воде остаток (н.о.) - 11,2%. Отфильтрованный раствор фосфата калия охлаждается до 20^oC и выпавшие кристаллы отделяют и сушат. Получается 600 кг монокалийфосфата состава 51,6% P₂O₅, 33,8% H₂O, н.о. - 0,15%.

Пример 2. В реактор вводят 1675 кг раствора экстракционной фосфорной кислоты с концентрацией 43% H₃PO₄. В реактор при перемешивании постепенно вводят 527 кг карбоната калия, при этом pH раствора составит 4,0, а температура 85^oC. Время реакции - 50 мин. Полученная смесь разделяется на фильтре при 75^oC. Получается 320 кг удобрительного фосфата калия состава - 30% K₂O, 45% P₂O₅, нерастворимый остаток - 11,5%. Отфильтрованный раствор охлаждают, кристаллы отделяют и сушат. Получают 630 кг монокалийфосфата 51,8% P₂O₂, 33,8% K₂O, н.о. - 0,02%.

Пример 3. В реактор вводят 1675 кг раствора фосфорной кислоты с концентрацией 43-45% P₂O₅ и постепенно подают при перемешивании 540 кг карбоната калия. Реакцию ведут до pH 4,5 при 89^oC. Время реакции 40-45 мин. Полученную смесь разделяют на фильтре при 75-80^oC. Получают 350 кг удобрительного фосфата калия состава 30% ₂O, 45% P₂O₅, н.о. - 11%. Отфильтрованный раствор охлаждают, кристаллы отделяют и сушат. Получают 650 кг монокалийфосфата состава 52% P₂O₅, 34% K₂O, н.о. - 0,02%.

Использование предложенного способа позволит получить как удобрения, так и чистый монокалийфосфат. Производство достаточно технологично, так как не требует использования высоких температур и сложного оборудования. Позволяет использовать дешевое сырье - экстракционную фосфорную кислоту и калийную соль, при этом получая продукты, удовлетворяющие предъявляемым им требованиям.