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磷酸二氢钾生产现状与市场分析

来源:中国论文联盟  作者:张家铭 [字体: ]
摘要:磷酸二氢钾在化工、农业、医药、食品、饲料、石油、造纸,日化等行业均有广泛的应用。在农业上,磷酸二氢钾是一种高浓度的高效磷钾复合肥,无氯钾肥及无毒、无害、无残留的绿色肥料,肥效优异,投入产出比非常理想,尤其可以弥补我国钾肥资源的匮乏,具有较好的低碳经济概念,有利于节能减排和保护环境,且符合国家产业政策。文章介绍了磷酸二氢钾的物化性能、生产方法、国内现状、应用领域,并进行了磷酸二氢钾市场分析,对国内今后磷酸二氢钾产业的发展提出了一些建议。
  关键词:磷酸 二氢钾 生产方法 现状 应用市场
  
  磷酸二氢钾化学工业上用作细菌培养剂,酿造酵母培养剂,调味剂。医药上作营养剂用于使尿酸化。饲料工业中用作营养补充剂等。在食品工业中是食品磷酸盐重要品种之一,用作品质改良剂,发酵促进剂、营养强化剂、调味剂、螯合剂、缓;中剂以及与磷酸氢二钾并用作膨松剂。作为农用肥料,磷酸二氢钾是一种高浓度的高效磷钾复合肥,优质无氯钾肥,既提供磷也提供钾,养分H2+PO4-和K+可全部被农作物吸收,不含杂质和残渣,营养成分高(P、K有效成分>90%),化学性质稳定、无嗅、无味、无毒、易溶于水、不结块,因而适用于各种土壤和作物,是农业部指定推广发展的优良化肥品种之一。
  
  1 物化性能
  
  磷酸二氢钾,又名磷酸一钾,英文名PotassIumdihydrogen
  phosphate,简称MKP,结构或分子式KH2PO4,相对分子量或原子量136.09,相对密度2.338,熔点252.6℃。其外观是一种无色四方晶体或白色结晶性粉末,农业用磷酸二氢钾允许带微色,能溶于水,水溶液呈酸性反应,微溶于醇,有吸湿潮解性,加热到400℃时熔化成透明的液体,冷却后固化为不透明的玻璃状物质偏磷酸钾{KPO3)。磷酸二氢钾行业标准HG2321—1992规定工业、农业用磷酸二氢钾的技术指标见表1。
  
  2 生产方法
  
  磷酸二氢钾的生产方法有中和法、萃取法,离子交换法,复分解法、直接法、结晶法和电解法等。以色列Rotem公司采用改进的直接法生产工艺,1987年在美国申请了该工艺的专利,1988年进行中试,1990年建设了一座工业规模装置,并于1993年8月投产,其低成本产品具有很强的国际市场竞争力。在我国,生产工艺多采用中和法,其次还有有机萃取法、复分解法,离子交换法,直接法尚未实现工业化。
  2.1 中和法
  中和法的生产原料是氢氧化钾或碳酸钾,配成30%的溶液后送至中和器搅拌,与50%的磷酸溶液中和,控制温度在80~100℃,pH值为4~5。中和产物经过滤、浓缩、冷却、结晶、离心分离、干燥后即得成品,结晶母液返回到浓缩工段循环使用。
  
  
  该法的特点是工艺流程短、技术成熟、设备投资省、产品质量稳定、能耗低,投资少,但生产原料成本较高,价格高难以作为农业肥料应用,主要用于生产食品,医药和工业级的磷酸二氢钾,目前国内采用中和法生产磷酸二氢钾约占总生产能力的90%左右。
  2.2 复分解法
  复分解法主要反应为氯化钾中的钾离子与正磷酸的钠或铵盐中磷酸二氢根通过复分解反应生成磷酸二氢钾的生产工艺。反应后的料液可以根据NH4CI-KH2PO4-H2O或NaCl-KH2PO4-H2O系统相图分离出磷酸二氢钾。复分解法由于反应需要在高温下才能达到较高的转化率和反应速度。反应产物HCI具有严重的腐蚀性且副产大量低浓度盐酸,根据采用的原料不同分为下面两种工艺。
  2.2.1 磷酸二氢钠复分解法
  采用磷酸与碳酸钠反应制备磷酸二氢钠,再在溶解的氯化钾中按比例加入碳酸钠和磷酸,充分搅拌,调pH值至4~5,加热浓缩至110℃后,反应生成磷酸二氢钾,经冷却结晶,离心分离、干燥后即得产品。
  该法的特点是生产设备简单、反应条件温和、操作方便、无污染、产品质量可靠,生产成本较中和法每吨可下降1000元以上。但产品质量不如中和法,会含有少量氯化钠。若要从分离磷酸二氢钾结晶后的母液中回收氯化钠能耗高,经济价值低。
  2.2.2 磷酸二氢铵复分解法
  将水、氯化钾、碳酸氢铵按比例投料,然后加入规定量的磷酸,磷酸与碳酸氢铵反应制备磷酸二氢铵,充分搅拌后,调DH值,加热浓缩至110℃后,经冷却结晶、离心分离、干燥后即得产品。离心分离所得母液浓缩即为含氮,磷、钾等多元素复合肥。
  该法生产过程没有三废排放,吨产品生产成本较中和法可低1600元,较结晶法、萃取法、离子交换法可低1000元。但产品质量不高,只可用作农业肥料,其使用价值大大低于其他方法生产的磷酸二氢钾。
  2.3 萃取法
  萃取法分有机萃取法和无机萃取法,有机萃取法是目前工业化常用的方法。该法是根据有机溶剂对不同化合物具有不同溶解度的特性,选择性地使用有机溶剂进行萃取分离来制取磷酸二氢钾的方法。在合适的有机溶剂存在下,通过氯化钾和磷酸反应,生成的盐酸几乎被萃取到有机溶剂中,待分相、分离后,磷酸二氢钾从水相中结晶出来,洗涤干燥即得产品磷酸二氢钾,分离后母液及盐酸由反萃剂从有机相中反萃出来的萃取剂在工艺过程中循环使用。
  萃取法生产磷酸二氢钾是在磷酸与氯化钾的反应中,借助有助剂与反应生成物之一生成络合盐,进入有机相,从而促进其反应转化。此法可以避免直接反应所需要的高温及其产生的氯化氢带来的腐蚀问题,但使用的有机萃取剂较多。近年来,用有机溶剂萃取湿法磷酸的工业过程进展很快,并实现了工业化,成为精制磷酸最有效的方法之一,也为用湿法磷酸制取磷酸二氢钾提供了方便。采用有机溶剂萃取法,可选择性地对盐酸或磷酸进行萃取,排除粗磷酸中的离子型杂质,制取的产品质量高,该法产品质量高,产品中磷酸二氢钾质量分数>99%,与中和法相比,生产成本可下降25%左右,能耗低。但缺点是磷酸回收率低,有机溶剂价格昂贵,对环境有污染。
  2.4 离子交换法
  利用氯化钾溶液通过苯乙烯系阳离子交换树脂,从溶液中吸附钾离子,然后将磷酸二氢铵溶液通过树脂进行置换,制得磷酸二氢钾溶液,料液经浓缩、冷却结晶、离心分离、干燥后得到成品磷酸二氢钾,结晶母液返回到浓缩工段循环使用。
  该法可用氨中和湿法磷酸除去大部分杂质,得到较纯磷酸二氢铵溶液作为离子交换的原料,同时用较廉价的氯化氢代替中和法所用的氢氧化钾,与中和法相比生产成本有较大下降。但该法的蒸发量太大,能
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