湿法磷酸精制技术的现状及工业化进展

湿法磷酸精制技术的现状及工业化进展

摘要：磷酸生产有热法磷酸与湿法磷酸两种方法，根据磷酸的商业用途归类，磷酸可用于农业及工业生产。面对当前磷酸由农业型逐步向材料型转化的发展趋势，磷酸精制需求进一步提升。因而开发适用于规模化工业生产的湿法磷酸精制

技术成为了磷化工企业创新发展的关键所在。为此，文章介绍了几种湿法磷酸精

制技术，并在此基础上阐述了我国湿法磷酸精制技术的工业化进展，而后结合技

术现状及工业化应用情况，进一步提出了未来湿法磷酸精制技术的发展建议，旨

在为湿法磷酸精制技术研发创新指明方向，从而实现我国磷化工产业规模化工业

生产目标。

关键词：湿法磷酸；精制技术；工业化进展

热法磷酸是传统工业级与食品级磷酸的主要生产原料，生产时电能损耗高达1.5万kw•h/t，并且需要应用五氧化二磷含量高于30%的高品位磷矿。虽然我国

具备丰富的磷矿资源，但中低品位磷矿居多，高品位磷矿占比为8%左右。而利用

湿法磷酸精制技术可节约四分之一的生产成本，且能耗可降低70%左右，但因磷

矿品位较低，存在大量杂质，利用传统浸取法生产湿法磷酸时，会因杂质离子进

入而影响磷酸质量。为此，需要进一步分析湿法磷酸精制技术及其工业化进展，

进而提高湿法磷酸的制备质量。

1.湿法磷酸精制技术分析

1.1离子交换精制技术

此技术应用时，需要利用酸性较强的离子交换树脂作为材料进行湿法磷酸的

处理，进而将磷酸中含有的三价铁离子、三价铝离子、镁离子及钙离子等金属阳

离子杂质去除，但无法同步去除湿法磷酸中所含有的氟离子及硫酸根离子，为此，离子交换精制技术无法仅采用一种树脂完成湿法磷酸的精制。利用此种技术精制

湿法磷酸时，处理周期长、需要应用大量树脂，并且需费用较高的处理成本，且

所处理的磷酸量并不多，并且离子交换处理后磷酸还需要进行蒸发浓缩，否则其

质量无法满足工业级或食品级磷酸应用要求。

1.2电渗析精制技术

电渗析精制技术应用时，在电场作用原理基础上结合应用了离子交换膜选择

原理，通过外加电场使溶液中的离子分别向各自极性相反的一端移动。离子交换

膜有两种，一是阴离子交换膜，二是阳离子交换膜，属性相同的离子方可从膜中

通过。如果磷酸根比普通杂质阴离子通过强碱性阴膜的能力更高，可实现磷酸中

阴离子杂质的有效去除。而普通阳离子不如氢离子通过阳膜能力强时，则可筛除

其他阳离子杂质。此种方法主要在稀度较大的湿法磷酸净化中较为常用，但仍需

要通过蒸发浓缩方可得到品质高于85%的工业线或食品级磷酸，并且蒸气损耗量

较大，因而未实现广泛的工业化应用。

1.3结晶精制技术

结晶精制磷酸共有三种方法，一是蒸发浓缩湿法磷酸后做降温处理，通过加

入晶种进行冷却，将磷酸质量分数介于85%至92%之间的磷酸温度降至8℃至12℃，再加入磷酸量50%的水分，析出湿法磷酸结晶后，杂质会继续留存于母液

之中，再经过多次结晶、过滤及洗涤处理后，便可完成磷酸精制。二是在50至70℃温度条件下使尿素与磷酸发生反应，之后通过静置冷却，达到20℃后获得尿

素磷酸盐复盐晶体，过滤分离杂质后通过水解得出精制磷酸。三是利用石灰乳、

氨水等与湿法磷酸反应从而得到磷酸钙、磷酸铵晶体，通过过滤、洗涤后，通过

酸与磷酸盐反应得到精制磷酸。

1.4膜分离精制技术

膜分离技术是指利用半透膜对粒径分子存在差异的混合物进行筛选，进而完

成磷酸与杂质的分离。膜材料的应用，可将湿法磷酸中的杂质离子去除，也可筛

除一些固体颗粒，进而完成磷酸的精制处理。膜分离技术有多种不同方法，除微滤、纳滤分离方法外，还有反渗透以及超滤等其他方法。此种湿法磷酸精制技术

的抗腐蚀性不高、膜具有污染隐患、膜清洗再生难度高，并且热稳定性相对较差。现阶段，国际上还研发出了利用膜分离技术提取高纯度电子级磷酸的先进方法。

1.5化学沉淀精制技术

此种精制方法是指在湿法磷酸中加入化学药剂，沉淀处理杂质离子，再通过

过滤获得精制磷酸。湿法磷酸中氟可利用纯碱或氢氧化钠去除。若正三价铁离子

或正三价铝离子含量过高，还需添加适量二氧化硅，生成氟硅络合物以完全去除

氟离子。去除硫酸根离子时，需要结合应用两种脱硫剂，通常磷矿粉、钙盐可作

为初脱硫的药剂，而精脱硫时则需应用钡盐。去除三价铁离子、三价铝离子、钙

离子及镁离子时，需要添加氨气及其他碱性化合物，通过化学中和反应产生沉淀

达到离子去除目的。此外，还可利用硫化钠及五硫化二磷将湿法磷酸中的三价砷

离子与二价铅离子去除。化学沉淀方法因有新杂质离子加入，因而精制深度不高，且工艺流程过长，但此方法具有经济性强、投入低且占用空间小等优势。

1.6溶剂沉淀精制技术

此方法是指在湿法磷酸中过量添加可与水互溶的甲醇、丙酮等有机溶剂，并

添加少许铵盐及氨，进而将金属离子转化成不具可溶解特性的金属磷酸铵络合物、氟盐，再通过沉淀法将之去除。例如，镁离子可以不溶性磷酸铵镁络合物的形式

沉淀，过滤后形成的滤饼可作为磷肥制作材料，通过蒸馏回收滤液中的有机溶剂，余下的便是精制磷酸。此种精制技术应用时需要通过蒸馏法分离磷酸及有机溶液，能耗较高，并且会导致部分有机溶剂损耗，无法获得较高的磷酸收率。同时，杂

质离子脱除率相对较低，会对精制磷酸的质量产生影响，因而此种技术也无法在

工业化生产中大规模推广应用。

1.7溶剂萃取与化学沉淀组合精制技术

湿法磷酸可利用有机溶剂、经过萃取分层、洗涤及反萃取过程完成精制。溶

剂萃取法可高效萃取磷酸，且可节约萃取剂用量，降低萃取成本。常用有机萃取

溶剂有正丁醇、异丙醚、磷酸三丁酯等。虽此方法可连续性、自动化、高产能生产，但因对原料湿法磷酸有较高要求，因而需要浓缩湿法磷酸且需利用化学沉淀

法实现杂质去除。为此，湿法磷酸可采用溶剂萃取与化学沉淀组合精制技术。即

将湿法磷酸的质量分数浓缩至46%，而后再将脱氟、脱硫或脱色剂加入其中，经

压滤预处理，使磷酸及有机萃取溶液逆流接触，进而完成有机相萃取，并将杂质