CN100999423A

CN100999423A - 一种用钾长石制备氮磷钾复合肥的方法

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Publication number: CN100999423A
Application number: CNA2006101560311A
Authority: CN
Inventors: 韩效钊; 姚卫棠; 胡波; 阎勇; 陆亚玲; 刘荃
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2006-12-31
Filing date: 2006-12-31
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2026-12-31
Also published as: CN100457692C

Abstract

一种用钾长石制备氮磷钾复合肥的方法，将磷矿石粉和钾长石粉按0.5～1.2的质量比混合后用浓度为20～50％的无机酸于150～250℃条件下酸浸反应1～3小时，然后用氨或氨水或碳铵直接中和至pH6～7，或者酸浸反应产物经稀释、分离后再氨化中和至pH6～7，最后浓缩、造粒和干燥，得到总养分≥15％或者≥45％的氮磷钾复合肥。本制备方法将酸解和钙、钾离子交换同步完成，在相对温和的条件下用难溶性、低品位的钾长石制备钾肥，并首创用钾长石制备氮磷钾三元复合肥的新方法。本方法磷矿石中磷的利用率≥90％，钾长石中钾的利用率≥80％。

Description

一种用钾长石制备氮磷钾复合肥的方法

一、技术领域

本发明涉及一种化学肥料的制备方法，特别涉及多元复合肥的制备方法，确切地说，是一种用钾长石制备氮磷钾复合肥的方法。

二、背景技术

我国钾资源并不丰富，可溶性钾资源严重不足。青海钾盐贮量1.16亿吨(KCl计)，富钾卤水矿层KCl平均品位1.29％；新疆罗布泊钾盐储量2.5亿吨(KCl计)，卤水KCl平均品位1.40％。我国人均可溶性钾盐贮量仅为世界平均水平的1/14；而施钾肥是提高作物品质最重要因素，致使不得不大量进口钾肥，目前，我国钾肥对外依存度达到80％以上。

世界已探明的水溶性钾盐主要集中在加拿大、俄罗斯、白俄罗斯、德国、以色列、约旦等少数国家，虽然世界钾盐产量大于消费量，但钾盐资源具有垄断性，可形成垄断价格。因此，提高我国钾肥自给率有极重大意义。

我国难溶性低品位钾矿储量超过50亿 t K₂O(折80亿 t KCl)，且广泛分布于农业生产地区。其中，以钾长石为主，我国钾长石提钾制钾肥技术开发工作始于五十年代末，由于缺乏机理研究，技术开发工作进展缓慢。目前较典型的工艺路线有：(1)高温挥发法，是将钾长石、石灰石、白云石、萤石和焦碳等破碎后按比例配料入炉。炉膛温度高达1600℃，挥发出来的K₂O和炉内的CO₂作用，生成K₂CO₃。缺点是能耗过高，钾收率偏低，无经济效益。(2)高温烧结法，是将钾长石、添加剂混合磨细，在高温炉内熔融焙烧。温度在1000℃左右，经济效益仍难以过关，且存在严重的高温腐蚀和下层渣子难以处理等问题。(3)氟分解法，是用氟化物或含氟助剂在无机酸介质中，于200℃以下分解钾长石，由于副反应产物氟硅酸钾只溶于盐酸溶液，不溶于水，导致非盐酸体系中钾的提取率不会很高，最高只能在80％左右。同时，防氟腐蚀设备质量难以过关。(4)微生物分解法，是利用微生物细菌等辅料与钾长石发生生化反应。该法优点在于流程短，无三废排放。但菌种的繁殖能力和生命力较弱，难以在自然条件下存活，还需要采用基因工程进一步筛选和培养新的菌株。同时分解速度慢、时间长、转化率低，不能用于大规模工业化生产。

申请人对钾长石进行了基础研究，从而对钾长石的结构和性质有了深入的认识。钾长石中的铝和硅均与氧组成配位四面体，形成牢固的四面体网络结构，其化学性质极稳定，常温下除氢氟酸外不被任何酸碱所分解。但钾长石结构中明显地存在有较大的空隙(见图1)，在一定的条件下，Ca²⁺、Na⁺等可取代钾长石结构中的变网离子K⁺。从而提出了用离子交换法自钾长石中提钾的反应机理。

目前，氮磷钾三元复混肥主要由尿素、普钙或钙镁磷肥同氯化钾等配制加工而成的，是混合物。总养分(N+P₂O₅+K₂O)高浓度为40％，中浓度为30％，低浓度为25％(GB-15063-94)。一般在28％左右。

磷矿石主要成分是氟磷酸钙(Ca₅(PO₄)₃F)，是制备磷肥和磷酸的主要原料。

三、发明内容

本发明运用上述反应机理将钾长石中的钾转变为能被作物吸收的活性钾，其目的是开发利用低品位的钾长石，所要解决的技术问题是用钾长石直接制备氮、磷、钾三元复合肥。

本发明选择磷矿石同钾长石共酸浸工艺。在酸浸过程中，无机酸分解磷矿石，使其中的钙游离出来，进而置换出钾长石的钾(即离子交换)。这一过程由以下化学反应式表示：

Ca²⁺+2KAlSi₃O₈→CaAl₂Si₂O₈+2K⁺+4SiO₂↓

从上式中可以看出，在酸浸反应的产物中含有活性磷(H₂PO₄ ⁺)和活性钾(K⁺)，且溶液呈酸性，因此可用氨(气氨或液氨)、氨水或碳铵进行中和(亦称氨化)引入活性氮(即铵态氮NH₄ ⁺)，然后经浓缩、造粒、干燥便得到氮、磷、钾三元复合肥。

从上式中还可以看出，在酸浸反应产物中还有钙长石、二氧化硅等副产物，这些副产物是惰性的，留在复合肥中不会影响其稳定性，施到土壤中亦不会破坏土壤。

本制备方法以钾长石为原料，包括矿石的破碎、粉碎、混合、酸浸、浓缩、造粒和干燥，与现有技术的区别是，磷矿石粉和钾长石粉混合、酸浸后直接进行氨化或者经稀释、分离后进行氨化，所述的氨化就是用氨或氨水或碳铵中和至pH 6～7，氨化后浓缩、造粒和干燥。

所述的酸浸就是磷矿石粉和钾长石粉以0.5～1.2的质量比相互混合后使用浓度为20～50％(重量百分比浓度，下同)的无机酸进行酸浸反应，液固比为1～7mL/g矿粉，反应温度150～250℃，反应时间1～3小时。

优选磷矿石粉和钾长石粉以0.8～1.0的质量比相互混合，用25～45％的无机酸进行酸浸，液固比为2～5mL/g矿粉，反应温度165～230℃。

所述的无机酸选自磷酸、盐酸或硝酸。

酸浸反应结束后直接用氨或氨水或碳铵进行氨化至pH6～7，然后浓缩、造粒和干燥，只能得到总养分≥15％的低浓度三元复合肥，这缘自钙长石、二氧化硅的稀释作用。另一种是氨化前分离除去钙长石、二氧化硅等。具体方法是首先加水稀释、浸取，使水溶性的成分尽可能转移到溶液中，接着过滤分离，除去钙长石、二氧化硅等沉淀，然后氨化或者脱去部分水后再氨化至pH 6～7，最后浓缩、造粒和干燥，得到总养分≥45％的高浓度三元复合肥。

本制备方法，基于实验室基础研究的成果，设计出在相对温和的条件下用钾长石制备钾肥的工艺，而且在工艺中巧妙地将磷矿石的酸解和钙、钾离子的交换集成在同一体系中同步完成，既简化了流程，又首创了氮、磷、钾三元复合肥的新的制备方法。本制备方法，磷矿石中磷的利用率≥90％，钾长石中钾的利用率≥80％，所制备的高浓度复合肥，总养分≥45％，比GB-15063-94规定的总养分40％还要高。

四、附图说明

附图为钾长石四面体网络结构示意图。

A-理想化的钾长石架状结构，图面垂直于轴；

B-理想化的假四方环所构成的平行于轴的硅氧链。

五、具体实施方法

1、原料准备

取磷矿石、钾长石分别破碎后球磨，过80～200目筛备用。

取工业磷酸含量50～85％，工业氨水含量20～27％，备用。

2、酸浸反应

取磷矿石粉和钾长石粉按0.8～1.0的质量比混合均匀，加入工业磷酸，控制液固比为2～5mL/g矿粉，于150～250℃条件下酸浸反应1～3小时。

3、氨化

(1)酸浸反应结束后加工业氨水氨化至pH 6.5，然后蒸发、浓缩、造粒、最后干燥，得到总养分≥15％的三元复合肥。

(2)酸浸反应结束后加水稀释、浸取，然后过滤分离，回收滤液，脱去部分水后加工业氨水氨化至pH 6.5，蒸发、浓缩并造粒，最后干燥，得到总养分≥45％的三元复合肥。

Claims

1、一种用钾长石制备氮磷钾复合肥的方法，以钾长石为原料，包括破碎、粉碎、混合、酸浸、浓缩、造粒和干燥，其特征在于：磷矿石粉和钾长石粉混合、酸浸后直接进行氨化或者经稀释、分离后进行氨化，所述的氨化就是用氨或氨水或碳铵中和至pH6～7。

2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：磷矿石粉和钾长石粉混合、酸浸后经稀释、分离后用氨或氨水或碳铵中和至pH6～7。

3、根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：磷矿石粉和钾长石粉以0.5～1.2的质量比混合后用浓度为20～50％的无机酸进行酸浸反应，液固比为1～7mL/g矿粉，温度150～250℃，时间1～3小时，所述的无机酸选自磷酸或盐酸或硝酸。

4、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：磷矿石粉和钾长石粉的混合质量比为0.8～1.0。

5、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：无机酸的浓度为25～45％，所述的无机酸选自磷酸或盐酸或硝酸。

6、根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：酸浸反应的液固比为2～5mL/g矿粉。

7、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：酸浸反应的温度为165～230℃。