專利名稱：磷鐵堿化工藝制備高純氧化鐵和磷酸三鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱法磷酸和磷肥生產(chǎn)的副產(chǎn)物磷鐵綜合利用領(lǐng)域，具體涉及一種磷鐵
堿化工藝制備高純氧化鐵和磷酸三鈉的方法。
背景技術(shù)：
高純氧化鐵(三氧化二鐵)是一種重要的化工產(chǎn)品，主要用作軟磁鐵氧體、硬磁鐵 氧體、拋光膏及其他工業(yè)的原料。目前三氧化二鐵的生產(chǎn)主要有干法和濕法兩種工藝。干 法工藝有綠礬煅燒法、鐵黃煅燒法、硫酸亞鐵_純堿煅燒法，其路線短，但能耗大，反應(yīng)條件 苛刻。濕法工藝包括硫酸鹽法、硝酸鹽法、混酸鹽法。該方法的主要工藝過程為將晶種投 入裝有Fe"溶液的反應(yīng)槽中，并在其中加入鐵屑，溫度保持在75t: _851:，通入氧氣(或空 氣)，將Fe2+氧化成Fe3+， Fe3+與水中的OH—結(jié)合并沉積在晶種表面，獲得氧化鐵晶體，再經(jīng) 高溫煅燒得到高純氧化鐵產(chǎn)品。濕法工藝對(duì)原料要求較高，路線復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。
磷酸三鈉作為軟水劑、鍋爐清洗和洗滌劑、非金屬防銹劑、織物絲光增強(qiáng)劑，廣泛 應(yīng)用于清洗、印染、涂料等工業(yè)領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)主要通過酸堿中和法生產(chǎn)磷酸三鈉，用磷酸 與純堿中和，形成磷酸氫二鈉，然后加入燒堿生成磷酸三鈉。由磷鐵制備磷酸三鈉是采用氧 化焙燒的一次性工藝，磷鐵經(jīng)破碎機(jī)初碎后，送細(xì)碎機(jī)進(jìn)行磨粉，過150目篩子，與一定比 例的碳酸鈉混合，然后進(jìn)行氧化焙燒。 磷鐵是熱法磷酸和磷肥生產(chǎn)過程中的一種副產(chǎn)物，鐵元素質(zhì)量百分含量 60% _70%，磷元素質(zhì)量百分含量20% -30%。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的磷鐵利用方法主要是將磷鐵經(jīng) 細(xì)料破碎機(jī)破碎至80目以下，作為特種鐵合金生產(chǎn)中的添加劑用于冶金工業(yè)。CN85104780 公開了一種磷鐵制飼料磷酸氫鈣的方法，是用礦物質(zhì)碳酸鈣和磷鐵混合，在高溫下焙燒氧 化，然后用無機(jī)酸浸取焙燒料，浸取液用石灰乳中和至pH6-7，或在加熱的情況下和礦物質(zhì) 碳酸鈣反應(yīng)，反應(yīng)生成的沉淀物經(jīng)過濾、干燥后，制成飼料磷酸氫鈣產(chǎn)品，該發(fā)明專利未涉 及對(duì)磷鐵中鐵元素的利用。 CN101417821A公開了 一種磷鐵制備氧化鐵紅聯(lián)產(chǎn)磷酸三鈉的方法，將 38 ii m-62 ii m的磷鐵粉末和碳酸鈉混合烘干后，在450°C -650 °C低溫焙燒，再在 700°C -85(rC高溫焙燒，焙燒物在80°C -g(Tc浸取，過濾所得濾餅水洗、烘干制得氧化鐵紅， 洗水吸收焙燒尾氣后與濾液混合，經(jīng)濃縮、結(jié)晶、干燥制得磷酸三鈉。該發(fā)明專利雖然提出 對(duì)磷鐵中的鐵元素和磷元素同時(shí)利用，但工藝流程采用二次焙燒，中低、高溫焙燒時(shí)間較 長(zhǎng)，能耗較大，產(chǎn)生的？205氣體較多，需用洗水吸收，產(chǎn)品氧化鐵紅顏料附加惶較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用黃磷廠和鈣鎂磷肥廠的副產(chǎn) 物磷鐵渣采用堿化工藝制備高純氧化鐵和磷酸三鈉，該工藝能充分利用磷鐵中的鐵元素和 磷元素，且工藝路線簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)品高純氧化鐵附加值較高。
本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為磷鐵堿化工藝制備高純氧化鐵和磷酸三鈉的方法，其特征在于它包括如下步驟
1)焙燒 將磷鐵與純堿按質(zhì)量比為l : 1.0-1.2混合均勻，在通入空氣的狀態(tài)下，于 700°C -85(rC下焙燒1-3小時(shí)，得到焙燒產(chǎn)物；
2)水浸和過濾 將步驟1)所得焙燒產(chǎn)物在6(TC _751:下，按焙燒產(chǎn)物與水浸用水量質(zhì)量比為 1 : 6. 5-8至少水浸2小時(shí)，水浸結(jié)束后過濾，得到濾液和濾餅；
3)酸解 將步驟2)所得濾餅在攪拌下緩慢加入質(zhì)量濃度為60% -85%的硫酸，濾餅與硫酸 質(zhì)量比為1 : 1-1. 9，在140°C _220°〇下酸解至少1小時(shí)，同時(shí)加入水促進(jìn)水解，得到酸解溶 液； 4)還原 將步驟3)所得酸解溶液液冷卻至70°C _901:，加入鐵粉，其中鐵粉與磷鐵中鐵元 素的摩爾比為0. 3-0. 5 : 1，攪拌轉(zhuǎn)速400-800rpm下，反應(yīng)1-3小時(shí)，得到FeS04溶液；
5)除雜 將步驟4)所得FeS04溶液中加入堿性物質(zhì)，調(diào)整pH值，反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到濾 餅和濾液； 6)FeC03的合成和過濾 在碳酸氫銨溶液中緩慢加入步驟5)除雜后所得濾液，反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到濾餅 和濾液； 7)濾餅的烘干和煅燒 步驟6)所得濾餅依次用碳酸氫銨稀溶液和水洗滌后烘干，再于6oo°c -so(rc下，
煅燒1-4小時(shí)，得到高純氧化鐵產(chǎn)品；
8)磷酸三鈉的制備 將步驟2)所得濾液經(jīng)減壓濃縮、(TC下結(jié)晶、真空干燥，制得磷酸三鈉。 按上述方案，所述的堿性物質(zhì)為NaOH、 NaC03、 KOH和KC03中的任意一種或者多種
的混合。 按上述方案，步驟1)所述的磷鐵粒徑為75iim-150iim達(dá)98X以上。粒徑過 小，會(huì)造成燒結(jié)，會(huì)增加影響水浸和酸解所需時(shí)間，增大后續(xù)單元操作的能耗，降低收率； 磷鐵粉末粒徑過大，會(huì)增加焙燒過程中純堿的耗用量。因此，所述的磷鐵粉末粒徑優(yōu)選 75踐_150踐達(dá)98以上。 按上述方案，步驟5)所述的pH值調(diào)至5. 0-5. 4。 本發(fā)明采用一次焙燒工藝。將磷鐵與純堿按質(zhì)量比為l : 1.0-1.2混合均勻，在 通入空氣的狀態(tài)下，于700°C _8501:下焙燒1-3小時(shí)，焙燒過程中無^05氣體產(chǎn)生。
除雜前的FeS04溶液中的主要雜質(zhì)為Al3+。用NaOH等堿性物質(zhì)把濾液pH值調(diào)至 5. 0 5. 4，使Al3+以Al (OH) 3沉淀的形式析出，達(dá)到凈化FeS04溶液。 本發(fā)明所提供的工藝通過磷鐵堿化焙燒得到鐵的氧化物，鐵的氧化物通過酸解、 還原、除雜、Fe(A的合成、煅燒等單元操作制備高純氧化鐵，同時(shí)副產(chǎn)磷酸三鈉。
本發(fā)明具有如下有益效果
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1)本發(fā)明所提供工藝能同時(shí)充分利用磷鐵中的鐵元素和磷元素，在節(jié)能減排方面 具有一定價(jià)值； 2)磷鐵綜合利用率高，鐵元素的轉(zhuǎn)化率可達(dá)91. 3% -93. 2%，磷元素的轉(zhuǎn)化率可 達(dá)89. 8% -91. 1%。產(chǎn)品附加值高，所制備的高純氧化鐵符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2574-94，三氧 化二鐵含量可達(dá)98. 8% -99. 4%。 3)與現(xiàn)有工業(yè)高純氧化鐵的常用生產(chǎn)方法相比，生產(chǎn)成本大幅度降低。
4)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，條件不苛刻，易于實(shí)現(xiàn)。


圖1為磷鐵堿化工藝制備高純氧化鐵和磷酸三鈉工藝流程簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的
內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施。
實(shí)施例1 本實(shí)施例中，磷鐵中鐵元素質(zhì)量百分含量為62. 6%，磷元素含量質(zhì)量百分含量為 23. 8% :按圖1磷鐵堿化工藝制備高純氧化鐵和磷酸三鈉工藝流程
1)焙燒 磷鐵經(jīng)粉碎、過100目篩，粒徑150 ii m占98%以上，與純堿按質(zhì)量比為1 : 1. 1混 合均勻，在70(TC下有氧焙燒3小時(shí)，冷至室溫；
2)水浸和過濾 將步驟1)所得焙燒產(chǎn)物冷至室溫后，按焙燒產(chǎn)物與水浸用水量質(zhì)量比為1 : 6. 5 加入6(TC熱水水浸，水浸4小時(shí)后，過濾，得到濾液和濾餅；
3)酸解 將步驟2)所得濾餅在攪拌下，緩慢加入與濾餅等質(zhì)量的質(zhì)量濃度為60%的硫酸， 14(TC下酸解4小時(shí)，同時(shí)加入少量蒸餾水，得到酸解溶液；
4)還原 將酸解溶液液冷至8(TC，按鐵粉與磷鐵中鐵元素的摩爾比為0.4 : l加入鐵粉，攪 拌轉(zhuǎn)速400rpm下，保持溫度為80°C ，持續(xù)反應(yīng)3小時(shí)，得到淺綠色FeS04溶液；
5)除雜 在步驟4)所得FeS04溶液中加入NaOH，將pH值調(diào)至5.0，有白色絮狀沉淀析出。
沉淀完全后過濾，得到濾餅和濾液；
6)FeC03的合成和過濾 在碳酸氫銨溶液中緩慢加入步驟5)除雜后所得FeS04溶液，有FeC03晶體析出，此 時(shí)快速加入FeS04溶液，晶體迅速長(zhǎng)大。反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到濾餅和濾液；
7)濾餅的烘干和煅燒 將步驟6)所得濾餅依次用碳酸氫銨稀溶液和少量水洗滌后烘干，再于60(TC煅燒 4小時(shí)，得到高純氧化鐵產(chǎn)品，三氧化二鐵含量為98. 8%，顏色為褐紅色；
8)磷酸三鈉的制備
將步驟2)所得濾液在真空度為O. 08MPa下，溫度為6(TC，減壓濃縮，所得磷酸三鈉 過飽和溶液冷至Ot:結(jié)晶；所得晶體在真空度為0. 08MPa，溫度為6(TC下真空干燥至恒重， 制得磷酸三鈉。
實(shí)施例2 本實(shí)施例中，磷鐵中鐵元素質(zhì)量百分含量為62. 6%，磷元素含量質(zhì)量百分含量為 23. 8% : 1)焙燒 磷鐵經(jīng)粉碎、過120目篩，粒徑125iim達(dá)98X以上，按與純堿按質(zhì)量比為1 : 1.2 混合均勻，在75(TC下有氧焙燒3小時(shí)，冷至室溫；
2)水浸和過濾 將步驟l)所得焙燒產(chǎn)物冷至室溫后，按焙燒產(chǎn)物與水浸用水量質(zhì)量比為l : 7加 入7(TC熱水水浸，水浸4小時(shí)后，過濾，得到濾液和濾餅；
3)酸解 將步驟2)所得濾餅在攪拌下，按濾餅與硫酸質(zhì)量比為1:1.3緩慢加入質(zhì)量濃度 為70%的硫酸，18(TC下酸解4小時(shí)，同時(shí)加入少量蒸餾水，得到酸解溶液；
4)還原 將酸解溶液液冷至70°C ，按鐵粉與磷鐵中鐵元素的摩爾比為0. 3 : 1加入鐵粉，攪 拌轉(zhuǎn)速600rpm下，保持溫度為70°C ，持續(xù)反應(yīng)2小時(shí)，得到淺綠色FeS04溶液；
5)除雜 在步驟4)所得FeS04溶液中加入化0)3，將pH值調(diào)至5. 2，有白色絮狀沉淀析出。
沉淀完全后過濾，得到濾餅和濾液；
6)FeC03的合成和過濾 在碳酸氫銨溶液中緩慢加入步驟5)除雜后所得FeS04溶液，有FeC03晶體析出，此 時(shí)快速加入FeS04溶液，晶體迅速長(zhǎng)大。反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到濾餅和濾液；
7)濾餅的烘干和煅燒 將步驟6)所得濾餅依次用碳酸氫銨稀溶液和少量水洗滌后烘干，再于70(TC煅燒 3小時(shí)，得到高純氧化鐵產(chǎn)品，三氧化二鐵含量為98. 8%，顏色為褐紅色；
8)磷酸三鈉的制備 將步驟2)所得濾液在真空度為O. 08MPa下，溫度為6(TC，減壓濃縮，所得磷酸三鈉 過飽和溶液冷至Ot:結(jié)晶；所得晶體在真空度為0. 08MPa，溫度為6(TC下真空干燥至恒重，
制得磷酸三鈉。
實(shí)施例3 本實(shí)施例中，磷鐵中鐵元素質(zhì)量百分含量為62. 6%，磷元素含量質(zhì)量百分含量為 23. 8% : 1)焙燒 磷鐵經(jīng)粉碎、過200目篩，粒徑75iim達(dá)98X以上，按與純堿按質(zhì)量比為1 : 1.2 混合均勻，在80(TC下有氧焙燒2小時(shí)，冷至室溫；
2)水浸和過濾 將步驟1)所得焙燒產(chǎn)物冷至室溫后，按焙燒產(chǎn)物與水浸用水量質(zhì)量比為1 : 7. 5加入75t:熱水水浸，水浸2小時(shí)后，過濾，得到濾液和濾餅；
3)酸解 將步驟2)所得濾餅在攪拌下，按濾餅與硫酸質(zhì)量比為1:1.5緩慢加入質(zhì)量濃度 為85X的硫酸，20(TC下酸解3小時(shí)，同時(shí)加入少量蒸餾水，得到酸解溶液；
4)還原 將酸解溶液液冷至8(TC，按鐵粉與磷鐵中鐵元素的摩爾比為0.4 : l加入鐵粉，攪 拌轉(zhuǎn)速600rpm下，保持溫度為80°C ，持續(xù)反應(yīng)2小時(shí)，得到淺綠色FeS04溶液；
5)除雜 在步驟4)所得FeS04溶液中加入NaOH和NaC03，將pH值調(diào)至5. 4，有白色絮狀沉 淀析出。沉淀完全后過濾，得到濾餅和濾液；
6)FeC03的合成和過濾 在碳酸氫銨溶液中緩慢加入步驟5)除雜后所得FeS04溶液，有FeC03晶體析出，此 時(shí)快速加入FeS04溶液，晶體迅速長(zhǎng)大。反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到濾餅和濾液；
7)濾餅的烘干和煅燒 將步驟6)所得濾餅依次用碳酸氫銨稀溶液和少量水洗滌后烘干，再于75(TC煅燒 2小時(shí)，得到高純氧化鐵產(chǎn)品，三氧化二鐵含量為99. 1%，顏色為棕紅色；
8)磷酸三鈉的制備 將步驟2)所得濾液在真空度為O. 08MPa下，溫度為6(TC，減壓濃縮，所得磷酸三鈉 過飽和溶液冷至Ot:結(jié)晶；所得晶體在真空度為0. 08MPa，溫度為6(TC下真空干燥至恒重， 制得磷酸三鈉。
實(shí)施例4 本實(shí)施例中，磷鐵中鐵元素質(zhì)量百分含量為62. 6%，磷元素含量質(zhì)量百分含量為 23. 8% : 1)焙燒 磷鐵經(jīng)粉碎、過150目篩，粒徑90iim達(dá)98X以上，按與純堿按質(zhì)量比為1 : 1.2 混合均勻，在85(TC下有氧焙燒3小時(shí)，冷至室溫；
2)水浸和過濾 將步驟l)所得焙燒產(chǎn)物冷至室溫后，按焙燒產(chǎn)物與水浸用水量質(zhì)量比為l : 8加 入75t:熱水水浸，水浸3小時(shí)后，過濾，得到濾液和濾餅；
3)酸解 將步驟2)所得濾餅在攪拌下，按濾餅與硫酸質(zhì)量比為1:1.9緩慢加入質(zhì)量濃度 為80X的硫酸，22(TC下酸解2小時(shí)，同時(shí)加入少量蒸餾水，得到酸解溶液；
4)還原 將酸解溶液液冷至9(TC，按鐵粉與磷鐵中鐵元素的摩爾比為0.5 : l加入鐵粉，攪 拌轉(zhuǎn)速800rpm下，保持溫度為90°C ，持續(xù)反應(yīng)2小時(shí)，得到淺綠色FeS04溶液；
5)除雜 在步驟4)所得FeS04溶液中加入K0H，將pH值調(diào)至5.4，有白色絮狀沉淀析出。沉
淀完全后過濾，得到濾餅和濾液
6)FeC03的合成和過濾
在碳酸氫銨溶液中緩慢加入步驟5)除雜后所得FeS04溶液，有FeC03晶體析出，此 時(shí)快速加入FeS04溶液，晶體迅速長(zhǎng)大。反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到濾餅和濾液；
7)濾餅的烘干和煅燒 將步驟6)所得濾餅依次用碳酸氫銨稀溶液和少量水洗滌后烘干，再于80(TC煅燒 1小時(shí)，得到高純氧化鐵產(chǎn)品，三氧化二鐵含量為99. 4%，顏色為棕紅色；
8)磷酸三鈉的制備 將步驟2)所得濾液在真空度為O. 08MPa下，溫度為6(TC，減壓濃縮，所得磷酸三鈉 過飽和溶液冷至Ot:結(jié)晶；所得晶體在真空度為0. 08MPa，溫度為6(TC下真空干燥至恒重， 制得磷酸三鈉。
權(quán)利要求
磷鐵堿化工藝制備高純氧化鐵和磷酸三鈉的方法，其特征在于它包括如下步驟1)焙燒將磷鐵與純堿按質(zhì)量比為1∶1.0-1.2混合均勻，在通入空氣的狀態(tài)下，于700℃-850℃下焙燒1-3小時(shí)，得到焙燒產(chǎn)物；2)水浸和過濾將步驟1)所得焙燒產(chǎn)物在60℃-75℃下，按焙燒產(chǎn)物與水浸用水量質(zhì)量比為1∶6.5-8至少水浸2小時(shí)，水浸結(jié)束后過濾，得到濾液和濾餅；3)酸解將步驟2)所得濾餅在攪拌下緩慢加入質(zhì)量濃度為60％-85％的硫酸，濾餅與硫酸質(zhì)量比為1∶1-1.9，在140℃-220℃下酸解至少1小時(shí)，同時(shí)加入水促進(jìn)水解，得到酸解溶液；4)還原將步驟3)所得酸解溶液液冷卻至70℃-90℃，加入鐵粉，其中鐵粉與磷鐵中鐵元素的摩爾比為0.3-0.5∶1，攪拌轉(zhuǎn)速400-800rpm下，反應(yīng)1-3小時(shí)，得到FeSO4溶液；5)除雜將步驟4)所得FeSO4溶液中加入堿性物質(zhì)，調(diào)整pH值，反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到濾餅和濾液；6)FeCO3的合成和過濾在碳酸氫銨溶液中緩慢加入步驟5)除雜后所得濾液，反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到濾餅和濾液；7)濾餅的烘干和煅燒步驟6)所得濾餅依次用碳酸氫銨稀溶液和水洗滌后烘干，再于600℃-800℃下，煅燒1-4小時(shí)，得到高純氧化鐵產(chǎn)品；8)磷酸三鈉的制備將步驟2)所得濾液經(jīng)減壓濃縮、0℃下結(jié)晶、真空干燥，制得磷酸三鈉。
2. 按權(quán)利要求1所述的磷鐵堿化工藝制備高純氧化鐵和磷酸三鈉的方法，其特征在于 所述的堿性物質(zhì)為NaOH、 NaC03、 KOH和KC03中的任意一種或者多種的混合。
3. 按按權(quán)利要求1或2所述的磷鐵堿化工藝制備高純氧化鐵和磷酸三鈉的方法，其特 征在于步驟1)所述的磷鐵粒徑為75 ii m-150 ii m達(dá)98%以上。
4. 按權(quán)利要求1或2所述的磷鐵堿化工藝制備高純氧化鐵和磷酸三鈉的方法，其特征 在于步驟5)所述的pH值調(diào)至5. 0-5. 4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磷鐵堿化工藝制備高純氧化鐵和磷酸三鈉的方法，包括如下步驟磷鐵渣與純堿經(jīng)混合后焙燒，焙燒產(chǎn)物經(jīng)水浸所得濾渣用于高純氧化鐵的制備，焙燒產(chǎn)物經(jīng)水浸所得濾液用于磷酸三鈉的制備。本發(fā)明所提供工藝能同時(shí)充分利用磷鐵中的鐵元素和磷元素，在節(jié)能減排方面具有一定價(jià)值；磷鐵綜合利用率高，鐵元素的轉(zhuǎn)化率可達(dá)91.3％-93.2％，磷元素的轉(zhuǎn)化率可達(dá)89.8％-91.1％，產(chǎn)品附加值高，所制備的高純氧化鐵符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2574-94，三氧化二鐵含量可達(dá)98.8％-99.4％，與現(xiàn)有工業(yè)高純氧化鐵的常用生產(chǎn)方法相比，生產(chǎn)成本大幅度降低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，條件不苛刻，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)C01G49/06GK101774648SQ20101010692
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者丁一剛, 張莉, 戢峻, 楊昌炎, 陳虎 申請(qǐng)人:武漢工程大學(xué)