專利名稱:一種生產(chǎn)氮磷復合肥的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種氮磷復合肥的生產(chǎn)方法,具體地說是涉及一種利用揮發(fā)性氨生產(chǎn)氮磷復合肥的方法。
目前生產(chǎn)氮磷復合肥多是采用磷銨法,即在磷礦粉中加入硫酸進行酸解,酸解產(chǎn)物有固、液兩部分,固體部分主要含CaSO4·2H2O和泥沙,液體部分主要是磷酸(H3PO4)。磷銨法僅利用液體部分的H3PO4在專用的氨化爐內(nèi)與揮發(fā)性的氣氨反應,生成磷銨,而固體部分則作為廢料外排。每生產(chǎn)1噸磷酸氫二銨(NH4)2HPO4,需消耗1.7噸左右硫酸,全部的硫酸都隨著反應生成的硫酸鈣沉淀物一起被當作廢料浪費了,而磷銨法所用到的氨化爐對于一些小企業(yè)也是一筆很大的投資。
作為氮肥使用較多的碳酸氫銨等揮發(fā)性氨,因其揮發(fā)性,大大降低了其氮肥利用率,也影響了其用來生產(chǎn)復合肥的固氮效果。
本發(fā)明的目的是提出一種充分利用磷礦粉酸解后的固體廢渣,用揮發(fā)性氨生產(chǎn)氮磷復合肥的工藝方法。
本發(fā)明的實現(xiàn)是用磷礦粉發(fā)生酸解反應后固液兩部分產(chǎn)物為原料與揮發(fā)性氨在含有碳酸根(CO32-)的水溶液中進行反應,反應產(chǎn)物即為所述的氮磷復合肥。
本發(fā)明的實現(xiàn)是利用了磷礦粉酸解產(chǎn)物中的固體部分即CaSO4·2H2O在水中微溶的特性,使其與水溶性的揮發(fā)氨如碳酸氫銨(NH4HCO3)生成難溶于水的碳酸鈣,同時得到所需的硫酸銨,實現(xiàn)揮發(fā)性氨向固定銨的轉(zhuǎn)化。上述過程的主要反應方程式為(1)(2)上述反應進行的機理是CaSO4·2H2O在水中微溶,溶度積是9×10-6,加入NH4HCO3立即生成難溶的CaCO3,CaCO3的溶度積是2.8×10-9,根據(jù)溶度積理論計算,只要保持CO32-的離子濃度不低于0.01mol/l,即使在飽和的(NH4)2SO4溶液中,也能使CaSO4·2H2O完全溶解,立即生成難溶的CaCO3。
由此看到,該反應在理論上是一個能進行得十分完全的不可逆反應,而應用在實際生產(chǎn)中其可行性還需要諸多因素的把握。經(jīng)大量實驗證明,物料的顆料度越細,越有利于分解反應的發(fā)生;該反應是吸熱反應,加熱有助于反應速度的加快,但當溫度高于40℃時,NH4HCO3會分解,所以反應溫度應不超過40℃,硫酸鈣在20-30℃時的溶解度最大,故取該溫度為優(yōu)選反應溫度,而隨時進行攪拌也有助于反應的進行。
本發(fā)明實現(xiàn)的關(guān)鍵條件之一是有水和CO32-存在,該CO32-優(yōu)選的來源是碳酸氫銨,也就是說含有CO32-的水溶液最好是用大量的碳酸氫銨固體與少量的水形成的溶液,使其在反應過程中能提供足夠的碳酸根離子。溶液中CO32-的多少決定了反應速度的快慢,所以生產(chǎn)中要求CO32-的濃度不低于0.01mol/l。
揮發(fā)性氨的使用以NH4HCO3或NH4HCO3與NH3·H2O的混合物為最佳。反應結(jié)束后可將多余的揮發(fā)性氨用H2SO4進行中和。
本發(fā)明所提到的固體部分可以是來自磷礦粉的酸解產(chǎn)物,也可以利用含有硫酸鈣、磷酸氫鈣、磷酸二氫鈣或其中之一的物料。
磷礦粉酸解產(chǎn)物中的液體部分即H3PO4與揮發(fā)氨反應的可行性已在現(xiàn)有技術(shù)中證實,本發(fā)明的創(chuàng)造性之一就是使該步操作在氨化爐之外的水中完成,并且經(jīng)實驗證明是可行的。
本發(fā)明在實施過程中可以根據(jù)實際情況隨時補充反應物和取出反應產(chǎn)物,實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
由此得出本發(fā)明的意義及主要優(yōu)點是1、現(xiàn)行磷銨工藝所廢棄的固體廢渣主要是硫酸的鈣鹽,通過本發(fā)明的實施還可被重新利用,即與揮發(fā)性氨反應得到硫酸銨。從整體而言,硫酸的利用率提高了一倍,且揮發(fā)氨轉(zhuǎn)為固定氨,氮肥的利用率也大大提高。
2、氮磷復合肥在液體中生成,省去了氨化爐,整個過程在一般反應器甚至對小氮肥企業(yè)只需在反應池中即可完成,不僅節(jié)省了投資,簡化了操作工藝,有利于大規(guī)模進行生產(chǎn),而且由于固體部分的利用,磷肥中氮肥的比例大幅度提高,這是現(xiàn)行工藝辦不到的。
3、磷銨工藝中從氨化爐出來的產(chǎn)品是固體,即氨化爐具有氨化同時造粒的功能,本發(fā)明的粗加工產(chǎn)品是粘稠狀,作為農(nóng)用肥料可以直接使用,且直接干燥后可長期貯存,也可以根據(jù)需要在生產(chǎn)后期進行提純精制,得到結(jié)晶狀的產(chǎn)品或通過干燥造粒得到固體產(chǎn)品,但與氮化爐相比,設(shè)備難度大幅度降低,有助于擴大規(guī)模,提高產(chǎn)量。
4、磷礦粉酸解產(chǎn)物中還含有少量其它金屬鹽也能與揮發(fā)性氨進行反應,如固體部分中有Ca(H2PO4)2CaHPO4,液體部分中有ZnSO4`CaSO4`MnSO4`CaCl2`FeSO4`AlCl3`AgSO4等,其中Ca(H2PO4)2和CaHPO4(溶度積為1×10-7)與揮發(fā)性氨反應的機理與CaSO4的反應相同,而液體中的金屬鹽與揮發(fā)性氨反應后都能生成碳酸鹽的沉淀,同時都有固定銨的生成。所以本發(fā)明的另一突出特性就是使磷銨殘渣得以完全充分的利用,在生產(chǎn)氮磷復合肥的同時,使大量的重金屬離子被富集,為進一步的加工提純創(chuàng)造了條件。
5、本發(fā)明的方法還可應用于含重金鹽的工業(yè)廢水的治理,使其中能轉(zhuǎn)化成碳酸鹽沉淀的重金屬被富集,而處理后的水中因含有固定銨成份,可用于農(nóng)田的灌溉。
實驗1用磷銨工藝中外排的固體部分(磷銨廢渣)與碳酸氫銨反應,測定反應時間和硫酸銨的得率(該廢渣含CaSO4·2H2O約為50%其余為泥沙)。
取3.7Kg磷銨廢渣,加入1.65KgNH4HCO3,混合后放入反應器中,加水至剛浸沒物料,在不斷攪拌下反應8小時,而后抽濾殘渣,用1000克水分5次洗滌殘渣,將渣抽干棄去,濾液與洗滌液合并,加熱蒸干水份,得硫酸銨固體1.28Kg,含N量20%以上,硫酸銨得率95%左右。
實驗2用磷銨工藝的液體部分在氮化爐之外的水中與NH4HCO3作用,測含N量和P2O5含量;取100克含H3PO485%的液體,加水200g,NH4HCO3150克,反應結(jié)束后,將溶液蒸干得120克固體,測含N量為15%,P2O558%,證明這是一種磷酸一銨和磷酸二銨的混合物,在氮化爐之外能進行該反應。
以上二個實驗,各減一半碳酸氨銨,再加入等摩爾氨水試驗,結(jié)果與上述基本相同(按(2)式)。
以上實驗證明,無論是固體部分還是液體部分,都能在水中將揮發(fā)氨轉(zhuǎn)為固定銨。
實施例取磷銨工藝所用的磷礦粉五份,每份2Kg,(P2O528 32%),放入五個反應器中,各加75%H2SO42.5Kg,間歇攪拌讓其充分反應4-6小時,反應終結(jié)后,向1#、2#中各加NH4HCO33.2Kg,向3#、4#中各加25%的銨水1.25Kg,再各加1.6KgNH4HCO3,在間歇攪拌下,讓其反應6-12小時,將1#、3#物料倒入蒸發(fā)器各加入不多于0.2Kg75%H2SO4中和未反應的揮發(fā)銨,加熱蒸干,稱重1#為5.5Kg,3#為5.4Kg,取樣化驗。將2#、4#中物料分別抽濾,濾渣用1000g水分5次洗滌,洗液和濾液合并,各加入不多于0.2Kg75%H2SO4中和未反應的揮發(fā)銨,加熱蒸干水份得固體結(jié)晶2#3.5Kg,4#3.3Kg,取樣化驗。
5#反應器中的固液混合物抽濾,將濾渣用1000g水分五次洗滌,濾渣棄去,濾液和洗液合并,向濾液中加NH4HCO3,3.2Kg,反應6-12小時,同樣加入不多于0.2Kg75%H2SO4中和,蒸干水份得固體1Kg,(蒸發(fā)時大量NH4HCO3分解揮發(fā))。
取樣化驗實施例中五個平行實驗的結(jié)果列表如下
以上實施例中5#樣品作為對照,棄去了酸解反應后的固體部分,最終產(chǎn)品沒有更多的固氮作用,而其余4個樣品的最終產(chǎn)品均有很高的固氮作用,其中1#、3#是粗品,2#、4#是純品,5#與2#、4#產(chǎn)品相比較,因未和酸解后的固體部分反應,失去了2.3-2.5kg硫酸銨。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)氮磷復合肥的方法,其特征在于以磷礦粉酸解反應后的固、液兩部分產(chǎn)物為原料,與揮發(fā)氨在含有碳酸根(CO32-)的水溶液中進行反應,反應溫度在40℃以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或所述的方法,其特征在于所說的含有碳酸根(CO32-)的水溶液是指大量的碳酸氫銨固體與少量的水形成的溶液,溶液中碳酸根離子CO32-的濃度不低于0.01mol/l。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所用的揮發(fā)性氨是碳酸氫銨或碳酸氫銨與氨水的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法,其特征在于反應過程中進行攪拌,反應溫度是20-30℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法,其特征在于反應用到的固體部分是指含有硫酸鈣,磷酸氫鈣、磷酸二氫鈣或其中之一的物料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生產(chǎn)氮磷復合肥的新方法。以磷礦粉酸解后的固液兩部分產(chǎn)物為原料與揮發(fā)氨進行反應。本發(fā)明使磷銨工藝所棄固體廢渣得以充分利用,并將揮發(fā)氨轉(zhuǎn)化成固定銨,同時省去了磷銨工藝中的氨化爐。該方法簡單易行,生產(chǎn)成本低,生產(chǎn)規(guī)模大,為小氮肥改造提供了新的途徑。
文檔編號C05B11/04GK1184094SQ9712028
公開日1998年6月10日 申請日期1997年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月12日
發(fā)明者武善東, 武征 申請人:武善東, 武征