焦磷酸钾的理化性质及生产工艺

焦磷酸钾有多种形态，主要分为有K4P2O7(无水物、三水物和3.5水物)、K3HP2O7（无水物、半水物）、K2H2P2O7（无水物、半水物)、KH3P2O7等，在工业上广泛应用的焦磷酸钾是K4P2O7。亚磷酸钾和焦磷酸钾都可以作为肥料使用，二者可以混配。焦磷酸钾盐与焦磷酸钠盐有许多相似之处，因而在工业应用上能互相替代，但也有微小的区别，焦磷酸钾盐在特定条件下占有一定市场，它是电镀行业和食品加工行业重要的精细化工原料。在洗涤剂行业，有两种特殊情况必须使用焦磷酸钾，一是控制泡沫的重垢型液体洗涤剂；另一是硬表面洗涤剂，主要用于机器、墙壁、门、玻璃、瓷砖、灶具等表面的清洗磷和钾都属生物元素，生命不可缺少。因此它是一种食品添加剂，还是植物生长的营养补充物质。

一，焦磷酸钾的理化性质

1，焦磷酸钾盐的物理性质焦磷酸钾又名一缩二磷酸钾，通常为无色块状（或粉末状）晶体，极易吸湿而潮解。易溶于水而不溶于乙醇，25℃时在100g水中的溶解度为187g。浓度为1%的水溶液pH为10.2。无水物熔点1109℃（其中I型为1090℃)，相对密度2.534。随着温度的升高，含水结晶物逐渐失水，而形成不同的变体。I型向I型的转变温度为278℃。

2，焦磷酸钾的化学性质焦磷酸钾具有钾离子和焦磷酸根的各种化学性质。与生产和应用有关的有以下几种。

①焦磷酸根的鉴别。焦磷酸钾溶液与硝酸银溶液混合时，将生成白色的焦磷酸银沉淀，反应如下：

K4P2O7+4AgNO3---Ag4P2O7+4KNO3

此沉淀溶解于稀氨水和稀硝酸中，而不溶于醋酸中。这是焦磷酸根离子的一个特性反应。而磷酸根与银离子则生成黄色的磷酸银（Ag3PO4）沉淀，这种沉淀溶于硝酸、氨水和醋酸中。

②与焦磷酸钠一样，能与水中的碱土金属离子发生螯合反应，对这些离子产生封闭作用。

③焦磷酸钾能与铁离子发生螯合作用，形成可溶性无色的配合离子，因而在食品加工业中应用。

④焦磷酸钾的水解。焦磷酸钾通常是稳定的，但在沸水中发生下列水解反应，降解为磷酸氢二钾。

K4P2O7+H2O---2K2HPO4，与焦磷酸钠相比，这一反应速率稍慢，如在纯水中，这一反应更慢，或几乎不降解。因此，在采用二者作为漂染助剂时是有区别的。

二，焦磷酸钾的生产工艺

焦磷酸钾盐一般是由酸式正磷酸钾盐加热脱水聚合而得。由于正磷酸钾盐都是水溶性的，精制比较容易，只要控制好原料的纯度和生产时的转化温度，就能得到理想的焦磷酸钾产品。

1，酸式焦磷酸钾的生产方法

工业上酸式焦磷酸钾的生产都是以磷酸二氢钾为原料，或是用碳酸钾或氢氧化钾和磷酸为原料。但工业磷酸二氢钾的纯度不够理想，常混进磷酸氢二钾，这将在聚合时产生焦磷酸钾或磷酸钾，从而影响产品纯度。因此常以碳酸钾（或氢氧化钾）和磷酸为原料，首先制得理想的磷酸二氢钾，然后干燥、聚合得产品焦磷酸二钾。其化学反应如下：

K2CO3+2H3PO4---2KH2PO4+H20+CO2或KOH+H3PO4---KHPO4+H2O

2KH2PO4--K2H2P2O7+H2O

将工业KCO3（或KOH)溶解（必要时加炭脱色)、过滤，然后与经过滤的工业磷酸反应，严格控制终点pH在4.4~4.7（*控制在4.6)，将生成物再过滤（必要时应除铁、硅、砷等杂质），浓缩结晶待用。制得的磷酸二氢钾在70~80℃下干燥，然后转移到箱式转化炉中，慢慢升温聚合。聚合时要严格控制聚合温度不得超过230℃，因为在240℃以上将产生多分子聚合物(KPO3)n

2，焦磷酸钾盐的生产方法

焦磷酸钾是由磷酸氢二钾在350~400℃C时脱水聚合而得，反应如下：

2KHPO4(加热350~400℃)---K4P2O7+H2O

将无水焦磷酸钾溶于水可以制取焦磷酸钾的有水结晶盐，反应如下：

K4P2O7+3.5H2O—K4P2O7.3.5H2O

从79℃开始将K4P2O7.3.5H2O加热，到155℃以上，则经过三水合物、一水合物变成无水物，反应如下：K4P2O7.3.5H2O---K4P2O7.3H2O+0.5H2O;K4P2O7.3H2O---K4P2O7.H2O+2H2O;K4P2O7.H2O---K4P2O7+H2O

工业生产现多以氢氧化钾和磷酸反应生产工艺为主。现以中和煅烧两步法为例。将氢氧化钾（碳酸钾）投入中和槽中，加水溶解，在搅拌下加磷酸中和。若以碳酸钾为原料，可将其直接投人中和槽，用量为生成磷酸氢二钾的理论用量，然后加磷酸，控制pH为8.8左右，将反应后的溶液加热，并加人活性炭脱色，经过滤器和浓缩结晶器，然后经离心机脱水，干燥后得磷酸氢二钾晶体，再通过转化炉煅烧聚合得焦磷酸钾成品。焦磷酸产品主要用于电镀，而电镀中对一些杂质离子的要求是很严格的，不合格的电镀液将直接影响电镀效果。因此严格控制工艺条件成为保证焦磷酸钾质量的首要任务。重要的工艺条件有pH的控制、聚合转化温度、煅烧后成品质量控制。

①pH的控制。生产时，如果中和液pH偏低，生成的磷酸氢二钾中将混有磷酸二氢钾，在聚合时将有一部分（KPO3)n生成；而如果中和液pH偏高，将有磷酸钾混入磷酸氢二钾中，聚合时磷酸钾即使在高温下也不可能聚合。K3PO4或（KPO3)n的存在将影响焦磷酸钾用于电镀液的电化学性质。因此，反应中和度的控制以反应终点时pH=8.4为宜。

②聚合转化温度。聚合温度在理论上为350~400℃，实际上转化炉与物料有一定温差，在测温时应予以校正。实际炉温高达500℃，但不能超过600℃，因为温度太高，生成的产品虽然色泽洁白，但水不溶物增加，且无法处理，生产上称为“烧死”，同样造成产品质量不合格。如果有K3PO4存在，煅烧时产物会变黑。

③煅烧后成品质量控制。煅烧后的产品要求不黑也不洁白，产品的检验以溶液滴加硝酸银溶液不生成黄色沉淀为合格。