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一种磷酸二氢钾的制备方法

阅读：382发布：2021-02-23

IPRDB可以提供一种磷酸二氢钾的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种磷酸二氢钾的制备方法。该制备方法包括：(1)将工业级碳酸钾采用二次重结晶提纯；(2)将纯化碳酸钾和磷酸溶解于去离子水中，并使之中和反应至反应终点，得到反应液；(3)从反应液分离出磷酸二氢钾晶体。本发明的制备方法以二次重结晶的无水碳酸钾和磷酸进行中和反应，制备得到磷酸二氢钾，相比于以氯化钾和磷酸反应得到磷酸二氢钾，该中和反应所生成二氧化碳气体要难溶于水，较易从反应溶液体系中逸出，从而更有利于反应沿正反应进行，保证产物磷酸二氢钾的转化率。以工业级碳酸钾采用二次重结晶提纯，保证了反应物的纯度；从而提高产品的纯度，保证了收率。，下面是一种磷酸二氢钾的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种磷酸二氢钾的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将工业级碳酸钾采用二次重结晶提纯，得到纯化碳酸钾；

(2)将所述纯化碳酸钾和磷酸溶解于去离子水中，并使之中和反应至反应终点，得到反应液；

(3)从所述反应液分离出磷酸二氢钾晶体。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述二次重结晶的过程包括以下步骤：(1a)将工业级碳酸钾溶解于去离子水中，形成碳酸钾溶液；

(1b)将所述碳酸钾溶液由先至后依次进行脱色、浓缩、冷却，直至晶体全部析出，再对所析出的晶体干燥，得到一次结晶晶体；

(1c)将所述一次结晶晶体由先至后依次重复步骤(1a)和(1b)。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1a)和(1c)中：所述去离子的用量为0.8～1.5，以待溶解的固体质量为1计；

优选地，所述溶解的温度为75～80℃。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1b)和(1c)中：所述脱色采用活性炭进行脱色10～30min；

优选地，所述活性炭的用量为待脱色溶液质量的0.8～1.2％；

优选地，所述浓缩于0.09Mpa以下的真空度、65～75℃温度下进行；

优选地，所述冷却析晶的温度为室温，冷却析晶的方式为冰浴；

优选地，所述对晶体的干燥由先至后依次包括离心干燥和烘干；

优选地，所述离心干燥的时间为不少于10min；

优选地，所述烘干的温度为65～75℃，烘干的时间为5～6h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：所述纯化碳酸钾和磷酸的摩尔比1：2～2.1；

优选地，所述溶解的温度为85～95℃；

优选地，所述去离子水的用量为1.25～2.5，以待溶解的固体总质量为1计；

优选地，所述反应终点时，反应液的pH值为4.2～4.5；

优选地，所述磷酸为电子级磷酸。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述分离的过程具体为，将所述反应液由先至后依次进行脱色、浓缩、冷却，直至晶体全部析出，再对所析出的晶体干燥。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)之后还包括对磷酸二氢钾晶体进行纯化，所述纯化具体包括以下步骤：(3a)以沸腾的水对磷酸二氢钾晶体进行重结晶，得到再结晶体；

(3b)对再结晶体采用进行水洗涤和/或乙醇洗涤；

(3c)采用水和溶于萃取剂的二苯基硫卡巴腙的混合液对经步骤(3b)的再结晶体洗涤。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3a)中所述重结晶的过程包括过滤；

优选地，步骤(3b)中水为冰水；

优选地，步骤(3b)中乙醇为50wt％的乙醇水溶液；

优选地，步骤(3c)所述萃取剂为四氯化碳；

优选地，步骤(3b)之后、步骤(3c)之前包括干燥；

优选地，步骤步骤(3c)之后包括干燥。

说明书全文

一种磷酸二氢钾的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及磷酸二氢钾的技术领域，尤其涉及一种磷酸二氢钾的制备方法。

背景技术

[0002] 磷酸二氢钾是一种用途广泛的无色或白色带光泽的斜方体无机盐，应用于农业，医药，食品等行业。在农业上，作为无氯型磷、钾二元高效复合肥使用，适用于各种土壤和作物，在抵御干热风和防止倒伏等方面有显著效果；在医药上用于化学试剂，化学原料药，营养剂等；食用级的磷酸二氢钾用于制造烘焙物，味精、发酵粉，此外磷酸二氢钾还可以作为合成清酒的调味剂等。

[0003] 磷酸二氢钾的方法主要有中和法和复分解法，其中中和法工艺简单，但由于原料氢氧化钾或碳酸钾成本高，无法在农用肥料和工业用磷酸二氢钾的生产中推广。复分解法主要利用氯化钾与工业磷酸(热法磷酸)在加热条件下进行复分解反应，通过移出反应产生的氯化氢气体使得反应正向进行，但因存在工业磷酸价格高、能耗高及产品中氯离子含量超标等问题，未能得到大规模推广。中国专利CN101343052A公开了一种磷酸二氢钾的制备方法，该方法采用工业磷酸与氯化钾在高温200～300℃下反应，反应时间2～3h，先得到焦磷酸钾，再进行水解得到磷酸二氢钾。因高温下反应，不仅需消耗大量能量，对设备腐蚀严重，而且反应中得到的产品成份多，有焦磷酸钾、聚磷酸钾和偏磷酸钾，导致该方法产品纯度不高，收率较低。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明提供一种磷酸二氢钾的制备方法，经该制备方法得到的提纯产品的纯度较高和收率。

[0005] 一种磷酸二氢钾的制备方法，包括以下步骤：

[0006] (1)将工业级碳酸钾采用二次重结晶提纯，得到纯化碳酸钾；

[0007] (2)将所述纯化碳酸钾和磷酸溶解于去离子水中，并使之中和反应至反应终点，得到反应液；

[0008] (3)从所述反应液分离出磷酸二氢钾晶体。

[0009] 本制备方法中，二次重结晶即二次再结晶，通俗理解为重结晶后的再次重结晶。相比于一次重结晶而言，二次重结晶能较大提高提纯产品的纯度。二次重结晶的溶剂可以为水，当然也可以为乙醇(乙醇的浓度为90％左右)。二次重结晶的溶剂可以只采用相同的溶剂。本发明优选为采用水作为溶剂，主要考虑结晶的效果。以水为溶剂为例，二次重结晶的过程具体可为：(1a)将工业级碳酸钾溶解于去离子水中，形成碳酸钾溶液；(1b)将所述碳酸钾溶液由先至后依次进行脱色、浓缩、冷却，直至晶体全部析出，再对所析出的晶体干燥，得到一次结晶晶体；(1c)将所述一次结晶晶体由先至后依次重复步骤(1a)和(1b)。

[0010] 二次重结晶中溶解对对去离子的用量无特殊要求，例如，以待溶解的固体质量为1计，去离子的用量以0.8～1.5为宜。溶解于加热条件下，例如蒸汽加热。溶解的温度优选为75～80℃。

[0011] 脱色采用活性炭进行脱色，活性炭可以直接加入到待脱色的溶液中进行搅拌，脱色的时间为10～30min。活性炭的用量一般为待脱色溶液质量的0.8～1.2％。脱色后较容易地将活性炭从溶液中过滤以去除。

[0012] 浓缩可采用减压浓缩。减压浓缩真空度最好0.09Mpa以下的真空度，温度在65～75℃的范围内。浓缩以溶液体系中有析出晶体的现象为宜。

[0013] 冷却析晶的温度优选为室温。可以理解的是，这里“室温”指25℃，当然室温左右也可实施本发明，例如20～30℃。将浓缩液降温至室温的方式优选为冰浴。

[0014] 对晶体的干燥可以采用本领域常用的干燥方式，例如可采用离心干燥和烘干相结合。离心干燥的时间为不少于10min。烘干的温度为65～75℃，烘干的时间为5～6h。为提高烘干的效果，可于烘干的过程中可每个1h间隔翻料一次。

[0015] 中和反应的原理为本领域公知的复分解反应，即K2CO3+2H3PO4＝＝2KH2PO4+H2O+CO2。相比于以氯化钾和磷酸反应得到磷酸二氢钾，本反应中生成二氧化碳气体，其较前者反应中所生成的氯化氢气体要难溶于水，较容易从反应溶液体系中排出，从而更有利于反应沿正反应进行，保证产物的转化率。于中和反应中，纯化碳酸钾和磷酸的摩尔比可以采用化学计量比鉴于实际物料有所损耗，化碳酸钾和磷酸的摩尔比只要满足1：2～
2.1，均可达到优选的效果。

[0016] 反应的温度优选为85～95℃。去离子水的用量以能较好的溶解反应物为宜，例如，以待溶解的固体总质量为1计，水的用量为1.25～2.5。反应终点的具体判断依据为，反应液的pH值为4.2～4.5且无CO2气体逸出。

[0017] 反应对反应物磷酸无特别的要求。为保证产物之纯度，磷酸可为电子级磷酸。

[0018] 对反应液中产物磷酸二氢钾的分离可以采用依次脱色、浓缩、冷却，直至晶体全部析出，再对所析出的晶体干燥。鉴于这里的“脱色、浓缩、冷却、干燥”的操作工艺参数与前述二次重结晶中的相同，在此不再赘述。

[0019] 从反应液中产物所分离的磷酸二氢钾晶体，为了进一步提高其纯度，可以采用纯化。纯化具体为：(3a)以沸腾的水对磷酸二氢钾晶体进行重结晶，得到再结晶体；(3b)采用水和/或乙醇对再结晶体进行洗涤；(3c)采用水和溶于萃取剂的二苯基硫卡巴腙的混合液对经步骤(3b)的再结晶体洗涤。

[0020] 于上述纯化的步骤(3b)中，水可以为冰水，当然于冰水温度相当的水也是可实施本方案的。乙醇为50wt％的乙醇水溶液。该步骤中，“对再结晶体采用进行水洗涤和/或乙醇洗涤”涵盖先采用水洗涤若干次、后采用乙醇洗涤若干次，也涵盖只采用水洗涤若干次，也涵盖只采用乙醇洗涤若干次。步骤(3c)中，萃取剂可为四氯化碳，同性质的氯仿可以。于洗涤后均可包括干燥，干燥的温度可采用常用的105℃。

[0021] 本发明的制备方法以二次重结晶的无水碳酸钾和磷酸进行中和反应，制备得到磷酸二氢钾，相比于以氯化钾和磷酸反应得到磷酸二氢钾，该中和反应所生成二氧化碳气体要难溶于水，较易从反应溶液体系中逸出，从而更有利于反应沿正反应进行，保证产物磷酸二氢钾的转化率。以工业级碳酸钾采用二次重结晶提纯，保证了反应物的纯度；从而提高产品的纯度，保证了收率。

具体实施方式

[0022] 下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案。

[0023] 实施例1

[0024] 将质量比为1：0.8的工业级无水碳酸钾和蒸馏水和加入至开口式反应釜中，开启排风，蒸汽加热至75℃，搅拌下使无水碳酸钾全部溶解。加入占待脱色溶液中质量0.8％的分析纯活性炭粉，搅拌脱色30min。关闭蒸汽阀，用压滤泵过滤溶液至洁净的减压浓缩装置中，在低于0.09MPa的真空度，加热至65℃浓缩，至有明显料析出。放料至洁净的不锈钢反应釜中，水浴搅拌冷却至室温。移去溶液继续浓缩，浓缩料离心甩干15分钟即得一次结晶晶体。将上述一次结晶晶体重复一次上述重结晶，得到纯化无水碳酸钾。

[0025] 按照以下配比如下原料：纯化碳酸钾：电子级磷酸摩尔比为1：2、蒸馏水质量：(纯化碳酸钾+电子级磷酸总质量)为1.25：1。将配比的纯化碳酸钾置于开口式反应釜中，加入蒸馏水使其全部溶解后，缓慢加入电子级磷酸，搅拌使之中和反应，并调节反应体系的温度为85℃。检测反应液的pH值为4.2且至无明显CO2气泡冒出，说明中和反应达到终点。对反应液依次脱色、浓缩、冷却，直至晶体全部析出，再对所析出的晶体离心干燥和烘干(这些操作工艺条件同重结晶碳酸钾)，分离出磷酸二氢钾晶体。将磷酸二氢钾晶体溶于沸腾的蒸馏水(2mg/L)中，在水浴锅上放置几小时，用纸铂过滤以去除杂物，在恒定甲板下快速冷却，将再结晶体滤到樱花的滤纸张上，抽空。用冰冷水洗涤2次、再用50wt％乙醇洗涤一次，在105℃干燥。用溶在四氯化碳的二苯基硫卡巴腙和水混合液洗涤以去除铜。然后，用四氯化碳萃取去除痕量的二苯基硫卡巴腙，最终得到磷酸二氢钾产品。经计算，本例产品磷酸二氢钾的收率为95.4％，纯度为99.10％。

[0026] 实施例2

[0027] 将质量比为1：1.5的工业级无水碳酸钾和蒸馏水和加入至开口式反应釜中，开启排风，蒸汽加热至80℃，搅拌下使无水碳酸钾全部溶解。加入占待脱色溶液中质量1.2％的分析纯活性炭粉，搅拌脱色10分钟。关闭蒸汽阀，用压滤泵过滤溶液至洁净的减压浓缩装置中，在低于0.09MPa的真空度，加热至75℃浓缩，至有明显料析出。放料至洁净的不锈钢反应釜中，水浴搅拌冷却至室温。移去溶液继续浓缩，浓缩料离心甩干10分钟即得一次结晶晶体。将上述一次结晶晶体重复一次上述重结晶，得到纯化无水碳酸钾。

[0028] 按照以下配比如下原料：纯化碳酸钾：电子级磷酸摩尔比为1：2.1、蒸馏水质量：(纯化碳酸钾+电子级磷酸总质量)为2.5：1。将配比的纯化碳酸钾置于开口式反应釜中，加入蒸馏水使其全部溶解后，缓慢加入电子级磷酸，搅拌使之中和反应，并调节反应体系的温度为95℃。检测反应液的pH值为4.5且至无明显CO2气泡冒出，说明中和反应达到终点。对反应液依次脱色、浓缩、冷却，直至晶体全部析出，再对所析出的晶体离心干燥和烘干(这些操作工艺条件同重结晶碳酸钾)，分离出磷酸二氢钾晶体。将磷酸二氢钾晶体溶于沸腾的蒸馏水(2mg/L)中，在水浴锅上放置几小时，用纸铂过滤以去除杂物，在恒定甲板下快速冷却，将再结晶体滤到樱花的滤纸张上，抽空。用冰冷水洗涤2次、再用50wt％乙醇洗涤一次，在105℃干燥。用溶在四氯化碳的二苯基硫卡巴腙和水混合液洗涤以去除铜。然后，用四氯化碳萃取去除痕量的二苯基硫卡巴腙，最终得到磷酸二氢钾产品。经计算，本例产品磷酸二氢钾的收率为95.6％，纯度为99.29％。

[0029] 实施例3

[0030] 将质量比为1：1.2的工业级无水碳酸钾和蒸馏水和加入至开口式反应釜中，开启排风，蒸汽加热至78℃，搅拌下使无水碳酸钾全部溶解。加入占待脱色溶液中质量1％的分析纯活性炭粉，搅拌脱色30分钟。关闭蒸汽阀，用压滤泵过滤溶液至洁净的减压浓缩装置中，在低于0.09MPa的真空度，加热至70℃浓缩，至有明显料析出。放料至洁净的不锈钢反应釜中，水浴搅拌冷却至室温。移去溶液继续浓缩，浓缩料离心甩干30分钟即得一次结晶晶体。将上述一次结晶晶体重复一次上述重结晶，得到纯化无水碳酸钾。

[0031] 按照以下配比如下原料：纯化碳酸钾：电子级磷酸摩尔比为1：2.05、蒸馏水质量：(纯化碳酸钾+电子级磷酸总质量)为1.8：1。将配比的纯化碳酸钾置于开口式反应釜中，加入蒸馏水使其全部溶解后，缓慢加入电子级磷酸，搅拌使之中和反应，并调节反应体系的温度为90℃。检测反应液的pH值为4.3且至无明显CO2气泡冒出，说明中和反应达到终点。对反应液依次脱色、浓缩、冷却，直至晶体全部析出，再对所析出的晶体离心干燥和烘干(这些操作工艺条件同重结晶碳酸钾)，分离出磷酸二氢钾晶体。将磷酸二氢钾晶体溶于沸腾的蒸馏水(2mg/L)中，在水浴锅上放置几小时，用纸铂过滤以去除杂物，在恒定甲板下快速冷却，将再结晶体滤到樱花的滤纸张上，抽空。用冰冷水洗涤2次、再用50wt％乙醇洗涤一次，在105℃干燥。用溶在四氯化碳的二苯基硫卡巴腙和水混合液洗涤以去除铜。然后，用四氯化碳萃取去除痕量的二苯基硫卡巴腙，最终得到磷酸二氢钾产品。经计算，本例产品磷酸二氢钾的收率为95.8％，纯度为99.45％。

[0032] 实施例4

[0033] 将质量比为1：1的工业级无水碳酸钾和蒸馏水和加入至开口式反应釜中，开启排风，蒸汽加热至80℃，搅拌下使无水碳酸钾全部溶解。加入占待脱色溶液中质量0.8％的分析纯活性炭粉，搅拌脱色30分钟。关闭蒸汽阀，用压滤泵过滤溶液至洁净的减压浓缩装置中，在低于0.09MPa的真空度，加热至75℃浓缩，至有明显料析出。放料至洁净的不锈钢反应釜中，水浴搅拌冷却至室温。移去溶液继续浓缩，浓缩料离心甩干10分钟即得一次结晶晶体。将上述一次结晶晶体重复一次上述重结晶，得到纯化无水碳酸钾。

[0034] 按照以下配比如下原料：纯化碳酸钾：电子级磷酸摩尔比为1：2.05、蒸馏水质量：(纯化碳酸钾+电子级磷酸总质量)为2：1。将配比的纯化碳酸钾置于开口式反应釜中，加入蒸馏水使其全部溶解后，缓慢加入电子级磷酸，搅拌使之中和反应，并调节反应体系的温度为90℃。检测反应液的pH值为4.5且至无明显CO2气泡冒出，说明中和反应达到终点。对反应液依次脱色、浓缩、冷却，直至晶体全部析出，再对所析出的晶体离心干燥和烘干(这些操作工艺条件同重结晶碳酸钾)，分离出磷酸二氢钾晶体。将磷酸二氢钾晶体溶于沸腾的蒸馏水(2mg/L)中，在水浴锅上放置几小时，用纸铂过滤以去除杂物，在恒定甲板下快速冷却，将再结晶体滤到樱花的滤纸张上，抽空。用冰冷水洗涤2次、再用50wt％乙醇洗涤一次，在105℃干燥。用溶在四氯化碳的二苯基硫卡巴腙和水混合液洗涤以去除铜。然后，用四氯化碳萃取去除痕量的二苯基硫卡巴腙，最终得到磷酸二氢钾产品。经计算，本例产品磷酸二氢钾的收率为96.1％，纯度为99.67％。

[0035] 下表为实施例1至4所得产品磷酸二氢钾的分析结果：

[0036]检验项目 GR
含量，％ ≥99.5
pH(50g/L,25℃) 4.2～4.5
澄清度试验合格
水不溶物，％ ≤0.002
干燥失重，％ ≤0.2
氯化物(Cl)，％ ≤0.001
硫酸盐(SO4)，％ ≤0.003
总氮量(N)，％ ≤0.001
砷(As)，％ ≤0.000 5
铁(Fe)，％ ≤0.001
重金属(以Pb计)，％ ≤0.001
钠(Na)，％ ≤0.02
钙(Ca)，％ ≤0.000 5
镁(Mg)，％ ≤0.000 05
铜(Cu)，％ ≤0.000 5
锌(Zn)，％ ≤0.000 3
铝(Al)，％ ≤0.000 3
镉(Cd)，％ ≤0.000 3
镍(Ni)，％ ≤0.000 8
钴(Co)，％ ≤0.000 8
锰(Mn)，％ ≤0.000 1

[0037]铬(Cr)，％ ≤0.000 3

[0038] 产品质量符合符合Q/CYDZ-2221-2007。

[0039] 由于本发明中所涉及的各工艺参数的数值范围在上述实施例中不可能全部体现，

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