背景及概述[1][2]
磷是人體必需的元素之一。磷酸鹽作為重要的食品配料和功能性添加劑已經(jīng)廣泛地應用于加工禽肉制品、水果制品、蔬菜制品、乳制品、豆制品、焙烤食品、海產(chǎn)品和方便食品。目前，食品級以上磷酸鹽的制造通常是以熱法磷酸為原料進行生產(chǎn)的，其中，熱法磷酸對原料(礦石)品位的要求較高，并且其制備過程能耗高、污染大，工藝的成本居高不下；而濕法磷酸因含有較多的雜質(zhì)，如硫酸鹽、有機化合物、砷、鉛和其他金屬離子等，必須有效去除或降低這些雜質(zhì)的含量才能進行應用。
磷酸氫二銨又稱二代磷酸銨。無色或白色單 斜晶系晶體或結(jié)晶性粉末。有氨氣味。有清涼咸味。相對分子質(zhì)量132.06。相對密度 1.619。熔點155℃(分解)。折射率1.53。不溶于乙醇、丙酮，溶于水：0℃時42.9、10℃時62.8、20℃ 時69.0、30℃時75.2、40℃時81.8、50℃時 89.2、70℃時106.0。5%的水溶液pH=7.8～8.3。在空氣中逐漸失去氨變成磷酸二氫銨。高于熔點(216℃)時分解，失去水和氨，轉(zhuǎn)變?yōu)槠姿徜@(NH4PO3)和磷酸的混合物。
磷酸氫二銨是一種很受歡迎的氮、磷復合肥料，有效成分濃度高，不易吸濕結(jié)塊，幾乎適用于所有土壤和作物。美國磷肥工業(yè)部門已大量生產(chǎn)。美國西部地區(qū)焦化廠用純度高的電爐法磷酸吸收焦爐煤氣中氨制造的磷酸氫二銨復合肥料，其含氮為21%，含五氧化二磷為53%。磷酸氫二銨在美國為焦爐煤氣凈化產(chǎn)品之一。中國焦化廠尚無此產(chǎn)品。磷酸氫二銨在工業(yè)上可用作織物和纖維的阻燃劑、發(fā)酵工業(yè)的培養(yǎng)液、食品添加劑和飼料添加劑、印染業(yè)的酸化劑和消防用的干粉滅火劑配料等。
質(zhì)量標準
用途[3]
1. 用作反芻動物的飼料添加劑。
2. 食品工業(yè)中用作食品膨松劑、面團調(diào)節(jié)劑、酵母食料及釀造用發(fā)酵助劑，可用作緩沖劑。
3. 用作分析試劑，如pH緩沖劑，鎂、鋅、鎳等沉淀劑，電化學分析中的支持電解質(zhì)，還用作浸種劑，腐蝕抑制劑，配制培養(yǎng)基試劑。
4. 用于織物、紙張、木材和植物纖維的阻燃處理；燈芯的浸漬處理，以增加其耐用性；火柴點燃后的自熄火處理?？捎米鞲煞蹨缁饎┖蜔晒鉄糁械牧姿?，錫、銅、青銅和鋅的焊接熔料，酵母的培養(yǎng)養(yǎng)料。用于糖的精制(凈化)過程。在印染行業(yè)用于毛織物的鉻染。農(nóng)業(yè)上用作肥料。此外，還用于印刷制版業(yè)、制藥業(yè)、電子管制造業(yè)及陶瓷與搪瓷業(yè)等。
制備[3][4]
用熱法磷酸和液氨反應或萃取磷酸與液氨反應的中和法生產(chǎn)磷酸氫二銨是目前工業(yè)生產(chǎn)的主要方法，前者產(chǎn)品純度高、工藝過程較簡單；后者利用濕法萃取磷酸，成本低廉。
1. 熱法磷酸中和液氨法
將磷酸用水稀釋(水：磷酸=1.3：1)成稀磷酸，經(jīng)計量后加入帶有攪拌和夾套的搪瓷反應罐中，在攪拌下，由圓管氨氣分布器通入氨氣進行中和反應，待中和至反應液pH為8～9時趁熱過濾，然后送入冷卻結(jié)晶器，經(jīng)冷卻析出結(jié)晶，離心分離母液后經(jīng)干燥制得磷酸氫二銨成品。其反應方程式為：
離心分離的母液送入除鐵器中加硫化銨除鐵，過濾后，濾液經(jīng)濃縮，送至精調(diào)罐中，通入氨氣精調(diào)pH至8～9后返回冷卻結(jié)晶器。工藝流程如圖：
2. 萃取磷酸中和液氨法
萃取磷酸加入一定量的過氧化氫，使磷酸溶液中的二價鐵氧化，將磷酸送人管式混合反應器中與氨氣進行中和反應，經(jīng)二段反應使pH達8.0左右，經(jīng)板框壓濾機過濾后，濾液送人精調(diào)罐中調(diào)節(jié)pH至7.8—8，送入蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮至相對密度1.3，放入冷卻結(jié)晶器，冷卻后的結(jié)晶液經(jīng)離心分離、干燥，制得磷酸氫二銨成品。其反應方程式為：
經(jīng)板框壓濾機過濾后的殘渣用水洗滌，洗液和母液合并送入反應液貯罐中酸調(diào)，經(jīng)過濾除去雜質(zhì)再循環(huán)使用。水洗后的殘渣經(jīng)干燥后含五氧化二磷35％、氨5％ ，是一種肥效較高的復合肥料。
3. 以濕法磷酸為原料生產(chǎn)飼料用磷酸氫二銨
生產(chǎn)過程要經(jīng)兩步脫氟，三段氨化，和磷酸三銨熱解為飼料用磷酸氫二銨。其生產(chǎn)成本比以黃磷為原料的方法低。濕法磷酸法將含20％～30％P2O5，1.2％ -2％的萃取磷酸，經(jīng)氣體凈化系統(tǒng)送人反應裝置中，經(jīng)過三段氨化使雜質(zhì)形成易過濾的沉淀物，把沉淀物經(jīng)壓濾機分離，濾液為含P2O5<15％、SO42-為2.5％-3％和固體懸浮物約1％的磷酸二銨溶液。
為了進一步除去溶解的雜質(zhì)和部分固體懸浮物，將濾液送入另一個反應裝置中通氨飽和，再放人冷卻結(jié)晶器中冷卻結(jié)晶，生成磷酸三銨結(jié)晶。經(jīng)錐形沉降槽使結(jié)晶與母液分離，再經(jīng)離心脫水，把結(jié)晶放人沸騰爐熱解為磷酸氫二銨，經(jīng)干燥，制得飼料用磷酸氫二銨成品，其反應方程式為：
含有磷酸氫二銨粉塵和氨氣的混合氣體，經(jīng)旋風分離器除塵后，再在洗滌器內(nèi)用濕法磷酸噴淋吸收。工藝流程如下：
主要參考資料
[1] 實用精細化工辭典
[2] 中國冶金百科全書·煉焦化工
[3] 非蛋白氮類飼料添加劑一磷酸氫二銨
[4] 陳葵；朱家文；武斌；任洪瑞；盛勇；李兵.以工業(yè)級濕法磷酸制備食品級磷酸氫二銨的方法. CN201010278694.7，申請日20100910