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磷肥的生产简述
来源:技术文章    发布时间:2015-12-07    浏览:2355次

磷肥全称磷素肥料。磷肥以磷为主要养分的肥料,磷肥肥效的大小(显著程度)和快慢决定于磷肥中有效的五氧化二磷的含量、土壤性质、放肥方法、作物种类等。

农业是一个国家发展的基础,粮食保障关乎国家的战略安全。而农业生产离不开磷肥,所以磷肥产业对一个国家来说同样重要。近年来世界磷肥工业逐渐复苏,生产能力增长较快,中国、美国及摩洛哥成为世界三大磷肥生产国。2007年全球磷肥产量比2006年增长了5%,达到2520万吨,接近历史zui高产量。

中国磷肥工业经过20多年来的阶段性扩张升级,已经实现了由磷肥进口大国向磷肥制造大国的变革。截止“十五”末期,中国磷肥产量和消费量已位居世界*,磷肥消费基本摆脱依赖进口的局面;产品结构有了较大改善,磷肥产业集中度不断提高;大中型磷肥装置的技术装备达到世界先进水平;行业经济效益好转。云、贵、川、鄂、豫、鲁等地磷肥产业发达,是中国磷肥的主要产区。磷肥产品的数量、品质、生产技术,以及磷肥行业的设备制造、企业管理、市场营销和盈利水平,都实现了由量变到质变的跨越;磷肥品种也从单一养分、低浓度,向高浓度、复合化、多品种发展。

 

  • 磷肥的原料

   磷肥生产的主要原料是磷矿和硫酸,随着中国磷肥工业的快速发展,磷肥生产原料的供应已经显现紧张局面,的磷矿资源已经成为中国重要的战略性资源之一。中国生产硫酸的硫资源主要来自硫铁矿、冶炼烟酸和进口硫磺,与国外硫酸生产原料主要为硫磺有较大不同。中国硫磺资源比较贫乏,硫酸生产对进口硫磺依存度较高。因此,为保证中国磷肥工业的可持续发展,我们需要对磷肥生产所需原料——磷矿资源和硫资源的储量、特点及保障能力有比较清楚的认识,具体分析如下: 磷矿资源 资源现状 ,中国磷矿资源比较丰富,已探明资源总量仅次于摩洛哥,位居世界第二位。据全国矿产储量通报报道,截止2004年底,全国共有矿产地440处,其中大型矿72处,中型矿137处,分布在全国27个省市自治区,查明资源储量163.40亿吨,其中基础储量38.94亿吨,资源量124.46亿吨,目前可采储量18.92亿吨。

  1. 我国磷肥的种类

     目前,我国的磷肥的品种主要有过磷酸钙、重过磷酸钙、磷酸一铵、磷酸二铵及复合肥。

①过磷酸钙:过磷酸钙为灰白色粉末或颗粒,含五氧化二磷14%20%,硫酸钙40%50%,此外,还有游离硫酸和磷酸等。

②重过磷酸钙:重过磷酸钙是用磷酸和磷灰石反应,所得产物中不含硫酸钙,而是磷酸二氢钙,这种产品被称为重过磷酸钙,为灰白色粉末,含有效五氧化二磷高达30%45%,为普通过磷酸钙的两倍以上。

③磷酸一铵:磷酸一铵又称磷酸铵,目前我国应用普遍,是一种以含磷为主的高浓度速效氮磷复合肥。含有效五氧化二磷60%左右,含氮量12%左右。外观为灰白色或淡黄颗粒。不易吸湿,不易结块,适用于各种作物和各类土壤,特别是在碱性土壤和缺磷较严重的地方,增产效果十分明显。

④磷酸二铵:磷酸二铵又称磷酸氢二铵,是含氮磷两种营养成分的复合肥,含五氧化二磷53.75%,含氮21.71%,是目前应用zui广泛的磷肥产品。磷酸二铵呈灰白色或深灰色颗粒,易溶于水,不溶于乙醇。

⑤磷酸二氢钾:磷酸二氢钾是由适当比例的磷酸一铵和碳酸钾发生中和反应生成的产品。含有磷和钾两种元素,用来供植物生长发育的需要,主要用作农作物中后期叶面喷肥。

⑥氮磷钾复混肥:氮磷钾复混肥是采用物理方法,将各种单质肥料混合搅拌而成,其营养成分包含氮肥、磷肥和钾肥,在包装袋上有明确的养分含量标识,使用比较方便。

⑦氮磷钾复合肥:氮磷钾复合肥是让氮磷钾等原料进行化学反应,然后再喷浆造粒生产而成的产品,相对于复混肥来说,其养分含量均匀,颗粒大小一致。

 

  • 磷肥的生产
  1. 酸法磷肥生产过程的组织

    用无机酸(硫酸、盐酸、磷酸等)分解磷矿制造出的磷肥统称为酸法磷肥(或称湿法磷肥),酸法磷肥包括普通过磷酸钙、重过磷酸钙、富过磷酸钙和磷酸氢钙以及氨化过磷酸钙等多种,它们的比较如前述表1所示。任务一主要介绍普通过磷酸钙、重过磷酸钙的生产过程的组织。

①磷矿的富集

磷矿的富集常用浮选法。浮选是根据磷矿中有用矿物磷灰石与脉石(如石英)对水润湿性的不同而将它们分离的。磷灰石常以0.2㎜左右的颗粒以星状分散于矿石中。选矿时,将矿石粉碎并加水磨成矿浆,添加浮选剂以提高磷灰石的憎水性或脉石的亲水性,向矿浆中鼓入空气,磷灰石附在气泡上浮在矿浆表面,形成稳定的泡沫层,分出并脱水而得磷精矿,脉石则成尾矿。

②普通过磷酸钙生产

制造普通过磷酸钙是用硫酸分解磷矿粉,经过混合、化成、熟化工序完成的。其主要化学反应为:

2Ca5(PO4)3F+7H2SO4+3H2O 3Ca(H2PO4)2·H2O+7CaSO4 +2HF

    上述反应是分两个阶段进行的。*阶段是硫酸分解磷矿生成磷酸和半水硫酸钙,该反应在化成室中完成的:

             Ca5(PO4)3F+5H2SO4+2.5H2O 3H3PO4 +5CaSO4·0.5H2O +HF

这是一个快速的放热反应,一般在半个小时或更短时间即可完成,反应物料温度迅速升高到100℃以上,随着反应的进行,磷矿不断被分解,硫酸逐渐减少,CO2SiF4和水蒸气等气体不断逸出,固体硫酸钙结晶大量生成,使反应料浆在几分钟内就可以变稠,离开混合器进入化成室后,便很快固化。

第二阶段是当硫酸完全消耗以后,生成的磷酸继续分解磷矿而形成磷酸一钙:

     Ca5(PO4)3F+ 7H3PO4+5H2O 5CaH2PO42·H2O +HF

在化成室的后期随着分解反应的进行,从溶液中不断析出CaH2PO42·H2O结晶。接着还要在仓库堆放7~15天(称为“熟化”),达到规定标准后才能作为产品出厂。

③重过磷酸钙的生产

重过磷酸钙是由磷酸分解磷矿中的氟磷灰石而得到的产物,其化学反应式为:

    Ca5(PO4)3F+ 7H3PO4+5H2O 5Ca(H2PO4)2·H2O +HF

反应时也同时发生副反应,如生成少量的磷酸氢钙:

    Ca5(PO4)3F+ 2H3PO4+10H2O 5CaHPO4·2H2O +HF

铁、铝氧化物分解,生产难溶性磷酸盐:

        (FeAl)2O3+ 2H3PO4+ H2O (FeAl)PO4·2H2O

另外,还有碳酸盐的分解:

        (CaMg)CO3+2H3PO4 (CaMg)(H2PO4)2·H2O +CO2

磷矿中的酸溶性硅酸盐分解成硅酸,硅酸又与氟化氢作用生成四氟化硅和氟硅酸,而氟硅酸又转化为氟硅酸盐,四氟化硅呈气态逸出。磷酸分解磷矿主要受扩散控制,影响分解反应的因素有:磷酸浓度、反应温度、混合强度和磷矿粉颗粒度等。

  1. 热法磷肥生产过程的组织

热法磷肥是指在高温(高于1000℃)下加入(或不加入)某些配料分解磷矿制得的磷肥。此类肥料均为非水溶性的缓效肥料,但肥效持续时间长,不易被土壤固定或流失,故肥料的总效果及利用率比较高,所以在一些硫资源缺乏、能源充足的地方,发展不需要硫酸的热法磷肥是非常合适的。热法磷肥的生产方法有熔融法和烧结法两种,主要品种有:钙镁磷肥、脱氟磷肥、烧结钙钠磷肥、偏磷酸钙及钢渣磷肥等。本任务主要介绍钙镁磷肥和脱氟磷肥的生产工艺过程。

①钙镁磷肥生产

钙镁磷肥生产按所用能源不同分为:高炉法(以焦炭或无烟煤为燃料)、电炉法(以电力为能源)、平炉法(以燃油为能源)。我国主要是以高炉法生产钙镁磷肥。

钙镁磷肥生产的zui主要的问题是确定合适的配料比。配料的原则是:生产有效P2O5含量高的产品;有较低炉料熔融温度及良好的流动性。配料时关键是要控制好氧化物的摩尔比,如镁硅比MgO / SiO2、镁磷比MgO / P2O5、余钙碱度(CaO+ MgO-3 P2O5/ SiO2等。

②脱氟磷肥生产

依据氟磷灰石中氟离子F-可被离子半径相近的OH-同晶取代生成羟基磷灰石的原理,在天然磷矿中添加适量的硅砂、无水芒硝等添加剂,在水蒸气存在下,于1350℃以上的高温,使氟磷灰石转变为可被植物吸收的α-磷酸三钙或硅磷酸钙可变组成体。因生产方法不同,脱氟磷肥的生产方法有烧结法和熔融法两种。生产烧结脱氟磷肥生产过程中因配料不同,其发生的化学反应和要求的操作条件(特别是温度)亦不相同。适宜的炉料烧结温度应略高于炉料开始软化的温度,但又不能过分接近炉料的熔融温度,避免产生炉料粘结或粘壁现象的发生,以保证过程的正常进行。在适宜的炉料烧结温度下,各种化学反应进行得,其转化率也达到zui高。熔融脱氟磷肥的生产方法和钙镁磷肥相似,包括炉料熔融和熔体水淬骤冷两个主要工序。熔融脱氟磷肥是选用熔点较低(≤1400℃)的磷矿,不添加熔剂,使磷矿在高温熔融条件下与水蒸气接触进行脱氟,发生的化学反应与低硅法烧结脱氟磷肥基本相同,熔体经水淬骤冷后形成含部分高温型磷酸三钙玻璃质肥料,因没加熔剂使产品含有效P2O5的含量较高。

  1. 磷肥生产工艺图

 ①湿法工艺

②热法工艺

综上所述:要合理利用磷肥就必须对磷肥的原料以及其来源都要有所了解,磷肥的种类很多,用途也差别较大,只有充分了解其产出工艺,才能生产出高质量的磷肥来为我国的农业生产服务。

 

PS:(1DAP:磷酸二铵

MAP:磷酸一铵

NPK:复合肥料:含N、P、K三种元素。

2富矿:P2O5含量在30%以;中品位矿(P2O5含量在26%-30%之间);

低品位矿(贫矿:P2O5含量低于26%)。

 

 

 

 

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