三水磷酸氫鎂合成小試研究

呂福喜，劉素芹，楊玉霄，王 丹

(天津中鹽海晶投資咨詢有限公司，天津 300450)

磷酸氫鎂主要有無水、三水和七水三種水合物,其中三水磷酸氫鎂為無色或白色斜方晶體或粉末，微溶于水,易溶于稀酸,不溶于乙醇,相對密度2.013，加熱至205 ℃時(shí),脫去1分子結(jié)晶水。加熱至550 ℃～650 ℃時(shí)分解成焦磷酸鹽。

在醫(yī)藥上用作變質(zhì)劑和制造治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的藥物。食品行業(yè)用于營養(yǎng)增補(bǔ)劑、pH值調(diào)節(jié)劑、抗結(jié)劑、穩(wěn)定劑。用于包裝材料增塑劑。化肥碳酸氫銨的穩(wěn)定劑。牙膏添加劑,也用作飼料添加劑和肥料[1]。

在城市及工業(yè)污水水處理中被用作化學(xué)沉淀劑，用來去除濃度較高的水體富營養(yǎng)化污染源——氨氮[2]。

在實(shí)驗(yàn)中，采用天津長蘆海晶集團(tuán)第三分公司的濃厚鹵進(jìn)行凈化處理得到的晶體氯化鎂為原料，最后得到三水磷酸氫鎂產(chǎn)品，摸索出較佳的工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)全過程均無有毒有害物質(zhì)，屬于綠色環(huán)保的生產(chǎn)工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與流程

實(shí)驗(yàn)使用的原料為天津長蘆海晶集團(tuán)有限公司的濃厚鹵處理后得到的晶體氯化鎂，用其與磷酸氫二鈉的水溶液進(jìn)行反應(yīng)，主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備見表1。

表1 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備Tab.1 Main experimental equipment

實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of experimental device

具體步驟為利用晶體氯化鎂為原料，將六水合氯化鎂溶液與十二水合磷酸氫二鈉溶液混合后，在67 ℃的水浴上加熱熟化2 d，即可制得三水合磷酸氫鎂。將產(chǎn)品進(jìn)行灼燒后，對含量、灼燒失重進(jìn)行檢測分析。

1.1.1 反應(yīng)溫度的規(guī)律研究

根據(jù)文獻(xiàn)記載，磷酸氫二鈉與氯化鎂水溶液反應(yīng)溫度需要控制在65 ℃以上，才能結(jié)晶析出三水磷酸氫鎂，而控制溫度在65 ℃以下，結(jié)晶析出七水磷酸氫鎂。化學(xué)反應(yīng)方程式為：

綜合考慮實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)際情況，試驗(yàn)中配置的氯化鎂溶液濃度為1 mol/L,磷酸氫二鈉溶液濃度為0.4 mol/L。在小試過程中，課題組對反應(yīng)溫度進(jìn)行了考察，結(jié)果見表2。

表2 不同反應(yīng)溫度下的產(chǎn)品純度Tab.2 Purity of product of different reaction temperature

1.1.2 反應(yīng)原溶液pH值的規(guī)律研究

在實(shí)驗(yàn)中測得濃度為0.4 mol/L的磷酸氫二鈉溶液pH值約為8.7，濃度為1 mol/L的氯化鎂溶液pH值約為7。為了考查反應(yīng)原溶液的pH值對產(chǎn)品純度的影響，反應(yīng)原溶液在不同的pH值下進(jìn)行了對照實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 不同pH值下的產(chǎn)品純度Tab.3 Product purity at different pH value

1.1.3 反應(yīng)原料物料比的規(guī)律研究

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式可知，磷酸氫二鈉與氯化鎂物質(zhì)的量之比為1 ∶1，為了考查反應(yīng)原溶液的物料比對產(chǎn)品純度的影響，課題組在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行了對照實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 不同原料物料比下的產(chǎn)品純度Tab.4 Product purity under different raw material ratio

1.1.4 反應(yīng)時(shí)間的影響研究

根據(jù)文獻(xiàn)記載，磷酸氫二鈉與氯化鎂水溶液反應(yīng)時(shí)間需要48 h，為了考查反應(yīng)時(shí)間對產(chǎn)品純度的影響，課題組在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行了對照實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 不同反應(yīng)時(shí)間下的產(chǎn)品純度Tab.5 Purity of product under different reaction time

1.2 分析方法

(1)鑒別試驗(yàn)。取試樣100 mg，溶于0.5 mL稀醋酸試液和20 mL水中。加1 mL氯化鐵試液，靜置5 min后過濾。濾液進(jìn)行鎂鹽鑒別試驗(yàn)。取供試品溶液，加氨試液，即生成白色沉淀；滴加氯化銨試液，沉淀溶解；再加磷酸氫二鈉試液1滴，振搖，即生成白色沉淀。分離，沉淀在氨試液中不溶解。

(2)含量分析。精確稱取灼燒殘?jiān)s500 mg，加水50 mL和鹽酸2 mL加熱溶解。冷卻后用水稀釋至100.00 mL，混勻。取此溶液50 mL移入一400 mL燒杯，加水100 mL，加熱至55 ℃～60 ℃。經(jīng)滴定管加0.1 mol/L的EDTA二鈉15 mL，在磁力攪拌器下用氫氧化鈉試液調(diào)整pH值至10。加10 mL氨—氯化銨緩沖溶液和12滴羊毛鉻黑試液后，繼續(xù)用0.1 mol/L的EDTA二鈉滴定至由酒紅色變?yōu)榧兯{(lán)色，按下式計(jì)算殘?jiān)薪沽姿徭V(Mg2P2O7)含量。

Mg2P2O7含量(mg)=2×11.13×V

式中：V——滴定50.0 mL試樣液時(shí)，0.1 mol/L EDTA二鈉的耗用量，mL[1]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

通過實(shí)驗(yàn)考察了反應(yīng)溫度、溶液的pH值、物料比、反應(yīng)時(shí)間對產(chǎn)品純度的影響，并且得到了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)研究過程中的產(chǎn)物中不含有毒有害物質(zhì)，不會(huì)造成二次污染，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保意義明顯。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)以晶體氯化鎂為原料，將六水合氯化鎂溶液與十二水合磷酸氫二鈉溶液進(jìn)行反應(yīng)得到三水磷酸氫鎂，考察了實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)溫度、溶液的pH值、物料比、反應(yīng)時(shí)間，得出以下主要結(jié)論。

1)隨著溫度升高，產(chǎn)品純度并未隨之提高，綜合考慮實(shí)驗(yàn)儀器的實(shí)際溫度控制情況，較適宜的反應(yīng)溫度為67 ℃。

2)當(dāng)反應(yīng)原溶液的pH值控制在6.5和8.5之間，隨著pH值降低升高，產(chǎn)品純度也隨之提高。磷酸氫二鈉溶液的pH值大約為8.5，無需調(diào)低的情況下對主反應(yīng)較有利。

3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磷酸氫二鈉與氯化鎂物質(zhì)的量之比為1 ∶1的情況下對主反應(yīng)較有利。

4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到48 h，再延長反應(yīng)時(shí)間，產(chǎn)品純度并不會(huì)隨之增長，因此較適宜的反應(yīng)時(shí)間為48 h。