高纯和食品级磷酸氢二钠的制备方法
发布日期:2021/11/4 15:54:28
背景及概述[1]
磷酸氢二钠，分子式为Na2HPO4，无色透明单斜系棱形晶体，一般以12个结晶水的形式存在，密度1.52g/cm3，熔点34.6℃，在空气中易风化，极易失去五分子结晶水而形成七水物(Na2HPO4·7H2O)。可溶于水、不溶于醇，水溶液呈微碱性反应(0.1-1N溶液的PH约为9.0)，在100℃失去结晶水而成无水物，250℃时分解成焦磷酸钠，高纯度的磷酸氢二钠产品在功能材料、生物科技、农业科技等方面的需求也越来越多，因此高纯度的磷酸氢二钠具有较好的经济效益和社会效益。
制备[1-3]
报道一、
一种高纯磷酸氢二钠制备方法，步骤如下：A、将纯度为99％的碳酸氢钠缓慢加入到工业级磷酸溶液中，重量份数比为1∶1.15，进行中和反应，反应温度控制在80～100℃，2h，pH值控制在8.7-9.2之间，然后自然降温，得到磷酸氢二钠溶液。
B、将所得磷酸氢二钠溶液进行离心脱水，蒸发浓缩，再用去离子水对产品快速淋洗一次，去掉沉淀表面的吸附杂质分子，再离心脱水，得磷酸氢二钠晶体。
C、将所得磷酸氢二钠晶体送入耙式干燥机进行干燥，干燥条件是进气温度120℃，流化气流速0.3m3/s，干燥时间15分钟，最后稳定工艺条件后得磷酸氢二钠纯度为99.6％，包装。
报道二、
一种利用工业湿法净化磷酸制造食品级磷酸氢二钠的方法，其步骤是：
⑴加水稀释取质量符合HG/T4069-2008《工业湿法净化磷酸》规定的合格品和质量百分浓度为85％的工业湿法净化磷酸于耐酸容器中，在搅拌的情况下，加入其质量倍数1.12倍的反渗透法纯水，继续搅拌0.5小时，得质量百分浓度为40％的工业湿法净化磷酸稀释液。控制本步骤整个过程中，搅拌速度为100rpm。
⑵中和反应与脱氟硫取步骤⑴所得质量百分浓度为40％的工业湿法净化磷酸稀释液1.85kg于耐酸容器中，在不断搅拌的情况下，加入其质量分数0.5％的碳酸钡作为脱氟硫剂，继续搅拌4.5小时，直到无气泡(二氧化碳)产生，使碳酸钡充分溶解和充分与磷酸稀释液中的氟离子及硫酸根反应，得反应混合物；维持搅拌，用质量百分浓度为45％的氢氧化钠溶液中和反应混合物至pH为4.2，继续搅拌7小时，得中和液；控制中和液的温度30℃，用膜材料为碳化硅、膜孔为0.04μm和膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜的微孔膜设备对其精密过滤，分离硫酸钡、氟硅酸钡和其他固体颗粒，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145rpm。
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45％的氢氧化钠溶液，将步骤⑵所得精密过滤的中和液的pH调节至7.5，加入中和液质量分数1％的漂白粉作为氧化剂，将混合物的温度加热到85℃并维持85℃，在搅拌的情况下回流保温氧化4.5小时之后，打开冷却水将混合物温度降低至40℃，继续搅拌5小时，用膜材料为碳化硅、膜孔为0.04μm和膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜的微孔膜设备对其精密过滤，分离砷酸钡、砷酸钠、氧化铅和氧化镉等不溶物，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115rpm。
⑷pH调节与浓缩在不断搅拌的条件下，用质量百分浓度为45％的氢氧化钠溶液将步骤⑶所得微碱性脱重金属和氧化脱砷液的pH调节至9.3，得磷酸氢二钠溶液；用旋转蒸发真空浓缩法在真空度为0.95MPa和温度为95℃的条件下，将磷酸氢二钠溶液浓缩至质量百分浓度为50.5％，得磷酸氢二钠浓缩液备用。控制本步骤的搅拌速度为145rpm。
⑸降温结晶将步骤⑷所得磷酸氢二钠浓缩液转入结晶设备内，降温至30℃结晶磷酸氢二钠10小时之后，以1.5℃/小时的降温速度，将其温度降低至5℃，继续结晶30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钠湿结晶和磷酸氢二钠的结晶母液(磷酸氢二钠的结晶母液经浓缩-结晶或者浓缩-喷雾干燥可得农用级的磷酸氢二钠，作农用钠磷肥使用)，取磷酸氢二钠湿结晶备用。
⑹结晶干燥将步骤⑸所得磷酸氢二钠湿结晶，用温度为105℃、速度为3.5m/s和相对湿度为70％的热风，干燥至水分的质量百分含量﹤2％，冷却即得食品级磷酸氢二钠产品0.97kg。
经测定，所得的食品级磷酸氢二钠，为白色晶状粉末或颗粒；磷酸氢二钠含量(Na2HPO4)(以干基计，质量百分含量,％)≧98.0，水不溶物≤0.2，砷(As，mg/kg)≤3，重金属(以Pb计，mg/kg)≤10，铅(Pb，mg/kg)≤4，氟化物(以F计，mg/kg)≤50，pH(10g/L)为8.8～9.2，干燥减重(质量百分含量,％)≤2.0。各项理化指标均达到或超过食品安全国家标准GB25568-2010《食品添加剂磷酸氢二钠》的要求。
报道三、
一种利用湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钠的方法，其步骤是：
⑴膜过滤：取主要成分为磷酸含量为40％(质量分数)、硫酸根含量1.5％(质量分数)和氟离子含量为0.5％(质量分数)的湿法稀磷酸(水溶液)1.85kg于耐酸容器中，用膜材料为碳化硅、膜孔为0.04μm和膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜的微孔膜设备对其精密过滤，分离色素颗粒、悬浮物和固体微粒等，得精密过滤的湿法稀磷酸备用。
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，在不断搅拌的情况下，加入其质量分数4.1％的碳酸钡作为脱氟脱硫剂，继续搅拌4.5小时，直到无气泡(二氧化碳)产生，使碳酸钡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；维持搅拌，用质量百分浓度为45％的氢氧化钠溶液中和反应混合物至pH为4.2，继续搅拌7小时，得中和液；控制中和液的温度30℃，用膜材料为碳化硅、膜孔为0.04μm和膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜的微孔膜设备对其精密过滤，分离硫酸钡、氟硅酸钡和其他固体颗粒，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145rpm。
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45％的氢氧化钠溶液，将步骤⑵所得精密过滤的中和液的pH调节至7.5，加入中和液质量分数4％的双氧水作为氧化剂，将混合物的温度加热到85℃并维持85℃，在搅拌的情况下回流保温氧化4.5小时之后，打开冷却水将氧化液温度降低至40℃，继续搅拌5小时，用膜材料为碳化硅、膜孔为0.04μm和膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜的微孔膜设备对其精密过滤，分离砷酸钡、砷酸钠、氧化铅和氧化镉等不溶物，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115rpm。
⑷pH调节与浓缩：在不断搅拌的条件下，用质量百分浓度为45％的氢氧化钠溶液，将步骤⑶所得微碱性脱重金属和氧化脱砷液的pH调节至9.3，得磷酸氢二钠溶液；用旋转蒸发真空浓缩法在真空度为0.95MPa和温度为95℃的条件下，将磷酸氢二钠溶液浓缩至磷酸氢二钠的质量百分浓度为50.5％，得磷酸氢二钠浓缩液备用。控制本步骤的搅拌速度为145rpm。
⑸降温结晶：将步骤⑷所得磷酸氢二钠浓缩液转入结晶设备内，降温至30℃结晶磷酸氢二钠10小时之后，以1.5℃/小时的降温速度，将其温度降低至5℃，继续结晶30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钠湿结晶和磷酸氢二钠的结晶母液(磷酸氢二钠的结晶母液经浓缩-结晶或者浓缩-喷雾干燥可得农用级的磷酸氢二钠，作农用钠磷肥使用)，取磷酸氢二钠湿结晶备用。
⑹结晶干燥：将步骤⑸所得磷酸二氢钠湿结晶，用温度为105℃、速度为3.5m/s和相对湿度为70％的热风，干燥至水分的质量百分含量﹤2％，冷却即得食品级磷酸氢二钠产品0.97kg。
经测定，所得的食品级磷酸氢二钠，为白色晶状粉末或颗粒；磷酸氢二钠含量(Na2HPO4)(以干基计，质量百分含量,％)≧98.0，水不溶物≤0.2，砷(As，mg/kg)≤3，重金属(以Pb计，mg/kg)≤10，铅(Pb，mg/kg)≤4，氟化物(以F计，mg/kg)≤50，pH(10g/L)为8.8～9.2，干燥减重(质量百分含量,％)≤2.0。各项理化指标均达到或超过食品安全国家标准GB25568-2010《食品添加剂磷酸氢二钠》的要求。
参考文献
[1][中国发明]CN201210526009.7一种高纯磷酸氢二钠制备方法
[2]CN201810906999.4一种利用工业湿法净化磷酸制造食品级磷酸氢二钠的方法
[3][中国发明]CN201810902758.2一种利用湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钠的方法
