硫化钠脱除磷酸中砷元素的研究

Study of Removal of Arsenic from Phosphoric Acid by Sodium Sulfide

胡兆平 Zhaoping HU , 刘阳 Yang LIU , 李玲 Ling LI , 李兴平 Xingping LI

金正大生态工程集团股份有限公司/国家缓控释肥工程技术研究中心山东临沭 276700 Kingenta Ecdogical Engineering Group Co., Ltd./National Engineering & Technology Research Center for Slow and Controlled Release Fertilizers, Linshu, Shandong 276700, China

Author notes:

Correspondence to: 刘阳(1989－)，男，研发工程师，主要研究方向为磷钾资源高效利用；601754421@qq.com

摘要：

随着对肥料中重金属含量的管控越来越严，湿法磷酸工艺制备的磷酸已不能满足生态级肥料生产的要求，因此采用硫化钠为脱砷剂，对脱除湿法磷酸中砷的工艺条件进行了试验研究。试验结果表明，在硫化钠加入量为磷酸质量的0.13%、反应时间45 min、陈化时间3 h的条件下，磷酸中砷的脱除率可达95%以上。

关键词：

湿法磷酸; 脱砷; 硫化钠; 试验研究;

Abstract：

With the stricter regulation and control of heavy metal content in fertilizers, the phosphoric acid prepared by the wet-process phosphoric acid process can no longer meet the requirements of ecological-grade fertilizer production. Therefore, the experimental study is carried out of process conditions of removing arsenic from wet-process phosphoric acid by using sodium sulfide as an arsenic removal agent. The experimental results show that the removal rate of arsenic in phosphoric acid can reach over 95% under the condition that the amount of sodium sulfide added is 0.13% of the mass of phosphoric acid, the reaction time is 45 min, and the aging time is 3 h.

Keyword：

wet-process phosphoric acid; arsenic removal; sodium sulfide; experimental research;

随着国家对肥料中重金属含量的管控越来越严，普通湿法磷酸制备的磷酸盐产品^[1]已经无法满足生态级肥料生产的要求；国外用户对肥料中重金属含量的要求更高，肥料欲走出国门，脱除湿法磷酸中的重金属已势在必行。一般湿法磷酸中含砷质量分数在(15~30)×10^-6，但是在制备磷酸盐过程中砷元素会富集，所以须将磷酸中砷的质量分数降至1×10^-6以下^[2-4]。目前常用的脱砷剂主要有硫化钠、硫化钙及五硫化二磷，硫化钙微溶于水，使用过程中只能以固体形式加入，利用率低；五硫化二磷有剧毒且在空气中受摩擦会燃烧，使用不便。因此，对硫化钠脱砷条件进行了试验研究，确定了硫化钠脱砷的工艺参数。

1 试验原料及仪器

1.1 试验原料

以贵州金正大诺泰尔化学有限公司生产的湿法磷酸为原料，质量分数10%的硫化钠溶液为脱砷剂，磷酸产品中各成分分析结果如表 1所示。

表 1

磷酸产品中各成分分析结果

成分	测定值w/%
P₂O₅	22.14
Fe₂O₃	0.15
Al₂O₃	0.43
MgO	1.21
SiO₂	0.82
CaO	0.18
SO₄^2-	2.48
As	0.001 558

1.2 试验仪器

HH-M4型恒温水浴锅，上海赫田科学仪器有限公司；S312-250型恒速搅拌器，上海申生科技有限公司；AL204型分析天平、PL3002型电子天平，梅特勒-托利多公司；RGF7800型原子荧光仪，北京博晖创新光电技术股份有限公司。

2 试验原理

湿法磷酸中的砷主要以H₃AsO₃的形式存在，向磷酸中加入含有S^2-的脱砷剂即可使得As³⁺以As₂S₃的形式沉淀(2H₃AsO₃+3H₂S→As₂S₃+6H₂O)，再经陈化过滤就可以实现磷酸与砷渣的分离。

3 试验结果与讨论

3.1 硫化钠加入量对磷酸脱砷效果的影响

固定磷酸溶液质量300 g、反应温度55 ℃、反应时间1 h、陈化时间2 h等参数不变，分别加入不同质量的硫化钠溶液进行脱砷试验。试验结果(图 1)表明：随着硫化钠加入量的增加，磷酸中砷的质量分数逐渐降低；当硫化钠的干基加入量超过0.40 g(占磷酸质量的0.13%)后，砷的质量分数变化不明显。根据试验结果，选择脱砷剂硫化钠的干基加入量为磷酸质量的0.13%。

图 1

硫化钠加入量对磷酸脱砷效果的影响

3.2 反应时间对磷酸脱砷效果的影响

固定磷酸溶液质量300 g、反应温度55 ℃、硫化钠干基加入量为磷酸质量的0.13%、陈化时间2 h等参数不变，考察不同反应时间对磷酸脱砷效果的影响。试验结果(图 2)表明：随着反应时间的延长，砷的质量分数逐渐降低；反应时间超过45 min以后，砷的质量分数变化不大，脱砷磷酸中砷的质量分数稳定在0.6×10^-6左右。根据试验结果，选择脱砷反应时间为45 min。

图 2

反应时间对磷酸脱砷效果的影响

3.3 陈化时间对磷酸脱砷效果的影响

由于采用硫化钠脱砷生成的硫化亚砷沉淀细小，分离过程容易穿滤，造成脱砷效果降低，故脱砷反应完成后需要一定的陈化时间使小颗粒聚集。固定磷酸溶液质量300 g、反应温度55 ℃、硫化钠干基加入量为磷酸质量的0.13%、反应时间45 min等参数不变，考察不同陈化时间对磷酸脱砷效果的影响。试验结果(图 3)表明：陈化时间的延长有利于磷酸中砷的质量分数降低；陈化时间超过3 h后，砷的质量分数变化较小。根据试验结果，选择陈化时间为3 h。

图 3

陈化时间对磷酸脱砷效果的影响

3.4 反应温度对磷酸脱砷效果的影响

固定磷酸溶液质量300 g、硫化钠干基加入量为磷酸质量的0.13%、反应时间45 min、陈化时间3 h等参数不变，考察不同反应温度对磷酸脱砷效果的影响。试验结果(图 4)表明：反应温度对脱砷效果的影响不明显，实际脱砷反应温度可根据所生产的湿法磷酸温度确定，一般在50~60 ℃。

图 4

反应温度对磷酸脱砷效果的影响

4 结语

通过试验，采用硫化钠脱砷的优选条件：硫化钠的干基加入量为磷酸质量的0.13%，反应时间为45 min，陈化时间为3 h。在优选条件下，处理后的磷酸中含砷质量分数可降至1×10^-6以下，可满足后续磷酸盐产品中砷含量不超标的要求。

ckwx 参考文献

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