CN101269823B - 一种以磷石膏为原料生产硫酸铵的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以磷石膏为原料生产硫酸铵的方法，包括如下步骤：取含游离水20％的粗磷石膏1750份，加入其量2-5％的活化剂，熟化2-8天；然后加入反应槽与碳酸铵溶液进行转化反应，反应过程中碳酸铵溶液的浓度为40-42％，碳化度CO2/2NH3＝1.34-1.37，质量为1840-2000g，控制反应温度为55-70℃，搅拌速度为200-240转/分，反应时间为1.5-2.5小时；过滤后，得到硫酸铵溶液，用硫酸中和到pH＝6.9-7.02，然后经过多效蒸发结晶、干燥后得到硫酸铵优等级产品。本发明能解决制约磷化工发展的磷石膏废渣堆存和污染问题，实现磷石膏资源化利用，生产成本低且能工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体来说涉及一种硫酸铵的生产方法。
背景技术
硫酸铵被广泛用于农业、冶金、医药、皮革、木材防腐、纺织、电镀等行业，还可在生物制药上作发酵培养基。在农业作为酸性肥料使用，用于一般农作物，可用作追肥、基肥、种肥。硫酸铵虽然含氮量较低(含氮21％)，但由于其氮利用率高，并含有作物生长所需的中量营养元素硫，在农业上使用有很大的优点，目前，从世界范围来看，植物生长出了必须的氮、磷、钾外，硫也是十分重要的，我国土壤中，硫的缺乏已造成许多作物的营养退化，很多土壤需要追加硫肥。此外，利用硫酸铵作为原料可以生产国外市场大量需求的硫磷铵，还可生产一系列的N-P2O5-K2O复合肥料，在复合肥料的生产中，添加少量的硫酸铵，可改变物料的成粒性能，便于操作和生产。
长期以来，我国基本上采用氨与硫酸(包括冶炼烟气回收的硫酸)反应生产硫酸铵。由于我国硫资源的稀缺，硫磺进口价格的大幅上涨导致硫酸生产成本的急剧上升，这种状况在一定时期内依然难以改观。用硫酸来生产硫酸铵，成本居高不下，对现有生产企业会产生比较大的冲击。
磷石膏是湿法磷酸生产时排出的固体废弃物，每生产1吨磷酸约需消耗2吨硫酸，同时产生4-5吨磷石膏，从此角度来看，湿法磷酸的生产实际上是一个以硫资源置换出磷资源的过程。随着我国高浓度磷复肥、复合肥料的迅速发展，湿法磷酸的生产必然带来硫酸需求量增加和磷石膏废渣的处理两大问题。我国磷化工行业每年排放磷石膏，约为5000万吨，并且正以每年15％的速率增长，目前总的利用率只有10％左右，我国磷石膏累积堆放量已达1亿吨左右。如何将磷石膏资源化利用，以实现变废为宝、保护环境是一个期待解决的问题。
碳酸铵溶液是由合成氨厂变换系统的CO2与氨气和水在一定的条件下进行碳化反应而制得，碳化反应时氨气稍微过量。
从理论上来说，磷石膏与碳酸铵发生复分解反应可生成硫酸铵和碳酸钙，化学反应式为：
CaSO4.H2O+(NH4)2CO3＝(NH4)2SO4+CaCO3↓+H2O
但由于磷石膏含有大量的杂质，磷石膏的转化率较低，氮的损失较大。为了提高转化率，减少氮的损失，磷石膏需要净化，工艺复杂，生产成本较高，制约了磷石膏的转化制硫酸铵的工业化应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种能解决制约磷化工发展的磷石膏废渣堆存和污染问题，实现磷石膏资源化利用，生产成本低且能工业化生产的以磷石膏为原料生产硫酸铵的方法。
本发明以磷石膏为原料生产硫酸铵的方法，包括如下步骤：
(1)取含游离水20％的粗磷石膏1750份，加入其量2-5％的活化剂，熟化2-8天；
(2)然后加入反应槽与碳酸铵溶液进行转化反应，反应过程中碳酸铵溶液的浓度为40-42％，碳化度CO2/2NH3＝1.34-1.37，质量为1840-2000g，控制反应温度为55-70℃，搅拌速度为200-240转/分，反应时间为1.5-2.5小时；
(3)过滤后，得到硫酸铵溶液(碳酸钙用于生产轻质碳酸钙)，硫酸铵溶液用硫酸中和到pH＝6.9-7.02，然后经过多效蒸发结晶、干燥后得到硫酸铵优等级产品。
上述的以磷石膏为原料生产硫酸铵的方法，其中：反应过程由四个反应槽组成，磷石膏由前三个槽加入，第四个为缓冲槽；反应前三个槽中的NH3含量控制为10-25g NH3/L，第四个反应槽中的NH3含量控制为3-10gNH3/L。
上述的以磷石膏为原料生产硫酸铵的方法，其中：活化剂为生石灰或消石灰。
上述的以磷石膏为原料生产硫酸铵的方法，其中：过滤后，得到的碳酸钙用于生产轻质碳酸钙。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和效果。由以上技术方案可知，反应过程由四个反应槽组成，磷石膏由前三个槽加入，第四个为缓冲槽，磷石膏在转化反应中不需要净化，只需加入活化剂进行熟化，磷石膏转化率可以达到98％以上。在反应中加入活化剂，过滤得到的硫酸铵溶液浓度为37％-41％，加硫酸中和后硫酸铵溶液浓度为42％-44％，可以大大减少硫酸铵结晶过程的能量消耗，生产的硫酸铵产品可以到达国家优等品。既减少了磷石膏净化的复杂过程，又使磷石膏的转化率高，氮损失少，能量消耗低。分离的碳酸钙经过表面改性后，可以达到轻质碳酸钙的标准，直接作为产品销售，整个工艺过程基本上没有废渣排放。由于利用的是制约磷化工企业发展的磷石膏废渣，节约了硫资源，减少了环境的污染，实现资源的循环利用，变废为宝，因而原料成本低。
具体实施方式
实施例1
取含游离水20％的粗磷石膏1750g，加入活化剂生石灰35g，熟化8天，然后加入反应槽与碳酸铵溶液进行转化反应。复分解反应过程中碳酸铵溶液的浓度为40％，碳化度CO2/2NH3＝1.34，质量为2000g。反应过程由四个反应槽组成，磷石膏由前三个槽加入，第四个为缓冲槽。反应前三个槽中的NH3含量控制为10g NH3/L，第四个反应槽中的NH3含量控制为3gNH3/L。控制反应温度为55℃，搅拌速度为240转/分，反应时间为1.5小时。过滤后，得到硫酸铵溶液(磷石膏的转化率为98％，得到的碳酸钙可用于生产轻质碳酸钙)，硫酸铵溶液用硫酸中和到pH＝6.9(经检测：此时硫酸铵溶液的浓度为41.4％)，然后经过多效蒸发结晶、干燥后得到硫酸铵优等级产品。
实施例2
取含游离水20％的粗磷石膏1750g，加入活化剂消石灰52.5g，熟化时间为4天。然后加入反应槽与碳酸铵溶液进行转化反应。复分解反应过程中碳酸铵溶液的浓度为41％，碳化度CO2/2NH3＝1.36，质量为1920g。反应过程由四个反应槽组成，磷石膏由前三个槽加入，第四个为缓冲槽。反应前三个槽中的NH3含量控制为15g NH3/L，第四个反应槽中的NH3含量控制为5g NH3/L。控制反应温度为65℃，搅拌速度为220转/分，反应时间为2.0小时。过滤后，得到硫酸铵溶液(磷石膏的转化率为99％，得到的碳酸钙可用于生产轻质碳酸钙)，硫酸铵溶液用硫酸中和到pH＝7.0(经检测：此时硫酸铵溶液的浓度为42.3％)，然后经过多效蒸发结晶、干燥后得到硫酸铵优等级产品。
实施例3
取含游离水20％的粗磷石膏1750g，加入活化剂生石灰70g，熟化时间为3天。然后加入反应槽与碳酸铵溶液进行转化反应。复分解反应过程中碳酸铵溶液的浓度为41.5％，碳化度CO2/2NH3＝1.37，质量为1880g。反应过程由四个反应槽组成，磷石膏由前三个槽加入，第四个为缓冲槽。反应前三个槽中的NH3含量控制为20g NH3/L，第四个反应槽中的NH3含量控制为7g NH3/L。控制反应温度为65℃，搅拌速度为230转/分，反应时间为2.0小时。过滤后，得到硫酸铵溶液(磷石膏的转化率为99.2％，得到的碳酸钙可用于生产轻质碳酸钙)，硫酸铵溶液用硫酸中和到pH＝7.01(经检测，此时硫酸铵溶液的浓度为42.6％)，然后经过多效蒸发结晶、干燥后得到硫酸铵优等级产品。
实施例4
取含游离水20％的粗磷石膏1750g，，加入活化剂消石灰87.5，熟化时间为2天。然后加入反应槽与碳酸铵溶液进行转化反应。复分解反应过 程中碳酸铵溶液的浓度为42％，碳化度CO2/2NH3＝1.37，质量为1840g。反应过程由四个反应槽组成，磷石膏由前三个槽加入，第四个为缓冲槽。反应前三个槽中的NH3含量控制为25g NH3/L，第四个反应槽中的NH3含量控制为10g NH3/L。控制反应温度为70℃，搅拌速度为200转/分，反应时间为2.5小时。过滤后，得到硫酸铵溶液(磷石膏的转化率为99.2％，得到的碳酸钙可用于生产轻质碳酸钙)，分离出的硫酸铵溶液用硫酸中和到pH＝7.02，(经检测：此时硫酸铵溶液的浓度为43.2％)，然后经过多效蒸发结晶、干燥后得到硫酸铵优等级产品。
Claims (3)
1.以磷石膏为原料生产硫酸铵的方法，包括如下步骤：
(1)取含游离水20％的粗磷石膏1750份，加入其量2-5％的活化剂，熟化2-8天；
(2)然后加入反应槽与碳酸铵溶液进行转化反应，反应过程中碳酸铵溶液的浓度为40-42％，碳化度CO2/2NH3＝1.34-1.37，质量为1840-2000g，控制反应温度为55-70℃，搅拌速度为200-240转/分，反应时间为1.5-2.5小时；
(3)过滤后，得到硫酸铵溶液，硫酸铵溶液用硫酸中和到pH＝6.9-7.02，然后经过多效蒸发结晶、干燥后得到硫酸铵优等级产品；
其中：反应过程由四个反应槽组成，磷石膏由前三个槽加入，第四个为缓冲槽；反应前三个槽中的NH3含量控制为10-25g NH3/L，第四个反应槽中的NH3含量控制为3-10g NH3/L。
2.如权利要求1所述的以磷石膏为原料生产硫酸铵的方法，其中：活化剂为生石灰或消石灰。
3.如权利要求1或2所述的以磷石膏为原料生产硫酸铵的方法，其中：过滤后，得到的碳酸钙用于生产轻质碳酸钙。
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