CN103086338B - 浓酸矿粉法生产过磷酸钙及其复混肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浓酸矿粉法生产过磷酸钙及过磷酸钙系复混肥的方法，属农用化肥领域。该方法采用机械搅拌研磨力作用于浓酸硫酸与磷矿的混合过程，将过磷酸钙的制备、中和预处理和复混肥的制备有机结合，直接制备过磷酸钙系复混肥，避免了繁杂的工艺流程，提高生产效率，降低了生产成本。

Description

浓酸矿粉法生产过磷酸钙及其复混肥的方法

技术领域

本发明涉及一种浓酸矿粉法生产过磷酸钙及其复混肥的方法，属农用化肥领域。

背景技术

过磷酸钙主要成分为磷酸二氢钙Ca(H₂PO₄)₂和石膏CaSO₄·2H₂O，含有效 P₂O₅ 14 %～20 %，其中80%～95%溶于水，属水溶性速效磷肥，同时含有作物所需要的硫、钙、镁等中量元素，可直接作磷肥，也可用于制复合肥料。

目前过磷酸钙的生产主要采用稀酸矿粉法和浓酸矿浆法两种工艺。稀酸矿粉法是将预先烘干、粉碎的磷矿与一定浓度的稀硫酸在混合器内进行混合，然后再经化成、熟化、切割等工序制得过磷酸钙；浓酸矿浆法则是将原矿即未经干燥、粉碎处理的磷矿与水一起加入球磨机中球磨制备矿浆，然后与98%浓硫酸经计量器计量投入混合器进行混合、化成、熟化、切割等工序制得过磷酸钙。硫酸分解磷矿制造过磷酸钙的主要反应为：

2Ca₅F(PO₄)₃+7H₂SO₄+3H₂O                                                      3Ca(H₂PO₄)₂·H₂O+7CaSO₄+2HF 

实际反应分两阶段进行：第一阶段是硫酸与部分磷矿反应生成磷酸和硫酸钙，这一步反应很快，几分钟内即可完成；第二阶段是生成的磷酸与另一部分磷矿反应生成磷酸二氢钙，这一步反应受液相扩散控制，速度很慢，要持续几天或几周。稀酸矿粉法和浓酸矿浆法两种工艺都需要在反应系统中引入水分。当带进反应系统的水分较多时，则反应缓慢，生成液相过多，对第一阶段生成磷酸浓度起到了稀释作用，减缓了第二阶段的反应速度，不利于Ca(H₂PO₄)₂·H₂O的生成和结晶，延长了熟化时间。尤其是由于国内多数磷矿的矿浆临界流动水分（即磷矿湿法球磨时能使矿浆流动所需的最低的矿浆含水量) 高于质量分率28%，有的甚至高达质量分率40%，当采用浓酸矿浆法工艺迫使球磨时添加过多的水量，从而造成过磷酸钙产品水分过高超过标准（≤14%）；减少水分，则使硫酸浓度提高，反应过程作用激烈，反应体系放热，温度升高，水分蒸发较多，液相量较少，使得第二阶段的反应速度加快，因此降低了过磷酸钙的含水量，改善了产品的物理性质，提高了有效磷的含量。但浓度和温度太高，会使第一阶段反应的速度太快，生成的硫酸钙微小晶体沉积在磷矿粉的表面，形成一层致密的硫酸钙包裹膜，阻碍硫酸与磷酸向磷矿粉内部扩散，也使得第二阶段反应进行缓慢。

二元或三元过磷酸钙系复混肥生产技术广泛采用团粒法。即将粉状、一定细度的基础肥料进行混合，如以尿素作为氮源、过磷酸钙作为主要磷源、氯化钾或硫酸钾作为钾源，在粘结剂如水、酸的作用下，在圆盘或滚筒等种类的造粒设备内粒化后，经过干燥、筛分、冷却等工序制成的一大类产品。过磷酸钙系复混肥制备过程中，若过磷酸钙与尿素直接混合会发生一系列成盐反应，尿素与过磷酸钙中的主要成分Ca(H₂PO₄)₂·H₂O发生加合反应生成Ca(H₂PO₄)₂·4NH₂CONH₂，放出结晶水，使混料液相量增加，同时尿素与其中的游离磷酸发生反应生成NH₂CONH₂·H₃PO₄，二种盐都具有极大的溶解度，易吸收物料中或外部空气中的水分，导致物料性质严重恶化，混料粘度增大，呈现稀泥粘稠状，给造粒带来很大的困难。因此，过磷酸钙系复混肥制备过程中，常规办法是须对过磷酸钙进行中和处理，加入尿素前应预先加入一定量的碱性物料，如氧化镁、碳酸氢铵或钙镁磷肥作为中和剂对过磷酸钙进行适度中和，以尽量减少尿素加入后的液相增加量，避免上述反应发生，然后再去制备过磷酸钙系复混肥。过磷酸钙的中和过程是个复杂、缓慢的反应过程，轻度中和造成中和过程不彻底，或过度中和又导致过磷酸钙中水溶性磷变成难溶性磷，均对过磷酸钙质量产生不良影响。

CN1803727A公开了过磷酸钙生产工艺，该专利技术方案是以水、磷矿粉和硫酸为原料，在反应器中先加入水和部分磷矿粉，再加入过量硫酸（一般是90-95%工业硫酸），再加另一部分磷矿粉并搅拌，再加入剩余硫酸于反应器内充分反应30-60min，然后将混合物料进行固化，继续堆放半个月后再加入中和剂调整游离酸含量，使其≤5.5%。该专利涉及的技术方案虽可避免磷矿资源的浪费，降低磷肥生产成本，尤其适用于中小型企业的推广应用。但是该方案依然消耗大量水，且采用两次加料法，经济性差。CN101913571A公开了一种利用低品位磷矿石生产过磷酸钙的工艺方法，该方法包括下述步骤：将P₂O₅≤20%的原矿直接破碎后，在80-90℃隧道烘干机中烘干，除去水分，然后进行磨粉工序；磨粉后，放置13-15min，再加入70-75%浓度的稀硫酸，每3份重量矿粉加入1份重量硫酸，在110℃温度下搅拌混化；经过化成、散场、熟化、翻仓即得成品。磷矿有效磷转化率达88%，比现有方法有所提高，同时节约资源，改善生产环境，降低生产成本。该方法虽然对利用低品位磷矿、提高磷资源利用率有很大帮助，但是在磷矿磨粉后需放置一段时间，占用空间场地；此方法也是使用稀硫酸进行酸与矿的混化，和传统工艺相差不大。CN102241534A公开了一种复合肥及其制备方法，该方法是将原料经粉碎机粉碎至小于1mm的粒度，然后称量、混合后送入造粒机内，加入适量粘结剂进行造粒，造粒后的物料进行干燥、筛分，成品直接散装贮存或包装入库。制备的复合肥包括有尿素、过磷酸钙、钙镁磷肥、氯化钾、硫酸钾、硫酸铵。利用此方法制备的复合肥可以满足不同层次的需求，也可根据农作物生长需要，在其中加入杀虫剂、除草剂等。但是此方法还是依赖于传统复混肥的制备工序，即原料粉碎-混合-造粒-干燥-筛分-包装等工序，虽能制得多元素多功能复混肥，如果在能达到相同肥效的条件下，免除肥料粉碎、混合、造粒、筛分等环节，则是一种技术上的突破与创新，也必将为化肥行业带来更大的盈利空间。

发明内容

针对现有技术状况，本发明目的在于提供一种浓酸矿粉直接反应制备过磷酸钙肥料， 以及“一步法”生产过磷酸钙系复混肥的方法，简化制备工艺，提高生产效率。

为实现本发明目的，本发明浓酸矿粉法生产过磷酸钙及其复混肥的方法，通过如下步骤实现：

1、浓酸矿粉法制备过磷酸钙：首先对所用磷矿进行干燥、破碎、球磨粉碎和筛分等处理，制得细度为0.074mm -0.147mm（100目-200目）的磷矿粉，在搅拌研磨反应器中计量加入磷矿与硫酸溶液，搅拌、研磨10-30min后，放置化成30-60min，送去熟化。硫酸质量用量为该磷矿理论硫酸质量用量的90%-110%，硫酸质量分率90% -98%。产品检验分析和控制标准按GB 20413-2006进行。搅拌、研磨过程中可以加入水调节粘度，也可在体系中直接加入表面活性剂，以加速反应进行，提高液固反应转化率，改善产品物性。

2、“一步法”制备过磷酸钙系复混肥：根据复混肥料养分和功能性需求，按照配料方案制备二元或三元复混肥，按照步骤1所述过程，在磷矿粉与浓硫酸搅拌研磨混合的基础上，一次或分批加入经计量的尿素为氮源、氯化钾（或硫酸钾）为钾源，也可加入磷铵、微量元素或腐植酸、畜禽粪便有机肥、植物生长调节剂、农药等原料，以氧化镁、氧化钙、碳酸氢铵或钙镁磷肥为过磷酸钙中和调理剂，继续搅拌、研磨至20-40min后，在圆盘或滚筒等种类的造粒设备内造粒后，经过干燥、冷却、筛分等工序制成复混肥料。以各单一养分含量和总养分含量为评价指标。

本发明通过采用机械搅拌和研磨力作用于浓硫酸与磷矿的混合过程，将过磷酸钙的制备、中和预处理和复混肥的制备有机结合，直接制备过磷酸钙或过磷酸钙系复混肥。该方法带来的有益效果：在达到相同产品标准的条件下，直接采用工业用93%-98%质量分率的商品浓硫酸制备过磷酸钙，取消了过磷酸钙制备过程中的硫酸稀释配酸或磷矿湿磨制磷矿浆操作，取消了过磷酸钙系复混肥料制备过程中粘结剂配制、原料粉碎、中和预处理等环节，简化了制备工艺；反应过程液固物料宏观大尺度搅拌和微观小尺度研磨，强化了硫酸与磷矿粉液固物料的总体和微观局部充分混合作用，同时通过机械研磨作用，减弱或消除硫酸钙包裹膜阻碍硫酸与磷酸向磷矿粉内部扩散等问题；减少或消除体系中水分的引入，减弱了原工艺中配酸后的稀硫酸对设备材质的腐蚀作用，降低了对设备材质的要求，硫酸和磷矿反应过程作用激烈，第二阶段的反应速度加快，降低了过磷酸钙产品含水量，改善了过磷酸钙及过磷酸钙系复混肥产品的物理性质，提高了有效磷的含量。总之，该发明简化生产流程，节省投入，降低成本，提高生产效率。对于新建过磷酸钙企业及原生产过磷酸钙的厂家改造而言，是一种积极的发展方向。

具体实施方式

为对本发明进行更好地说明，举实施例如下：

实施例1

浓酸矿粉法制备过磷酸钙：对磷矿进行干燥、粉碎、筛分等预处理，制得细度为0.09mm -0.147mm（100目-200目）磷矿粉，在搅拌研磨反应器中加入100份磷矿粉（P₂O₅ 23.86%），与理论用质量95%的硫酸（质量浓度98%）搅拌研磨混化30min，化成60min。取样测定其有效磷转化率、水分和游离酸含量：有效磷转化率77.4%质量分率，游离酸18.2%质量分率，水分4.2%质量分率。 

实施例2 

浓酸矿粉法制备过磷酸钙：对磷矿进行干燥、粉碎、筛分等预处理，制得细度为0.10mm -0.147mm（100目-200目）磷矿粉，在搅拌研磨反应器中加入100份磷矿粉（P₂O₅ 23.86%），与理论用质量105%的硫酸（质量浓度93%）搅拌研磨混化30min，放置化成30min。然后取样测定其有效磷转化率、水分和游离酸含量：有效磷转化率73.7%质量分率，游离酸19.3%质量分率，水分6.0%质量分率。

实施例3

过磷酸钙系复混肥料：对磷矿进行干燥、粉碎、筛分等预处理，制得细度为0.09mm -0.147mm（100目-200目）磷矿粉，在搅拌研磨反应器中加入100份磷矿粉（P₂O₅ 23.86%），与理论用质量105%的硫酸（质量浓度98%）搅拌研磨混合至5min时，加入42份氯化钾，继续研磨至25min时，加入3.8份氧化镁进行体系中游离酸的中和处理，最后加入52份尿素研磨混合至30min，再化成30min。然后取样测定其有效磷转化率、水分、全氮、可溶性K₂O、游离酸和总养分含量：有效磷转化率74.3%质量分率，水分6.1%质量分率，游离酸9.1%质量分率。复混肥（干燥前湿物料）养分质量分率：N- P₂O₅ -K₂O  9.4-9.5- 9.3，总养分28.2%质量分率。

实施例4

过磷酸钙系复混肥料：对磷矿进行干燥、粉碎、筛分等预处理，制得细度为0.09mm -0.147mm（100目-200目）磷矿粉，在搅拌研磨反应器中加入100份磷矿粉（P₂O₅ 23.86%），与理论用质量105%的硫酸（质量浓度98%）搅拌研磨混化至5min时，加入42份氯化钾，继续研磨至25min时，加入3.8份氧化钙进行体系中游离酸的中和处理，最后加入104份尿素研磨混化至30min，化成30min。然后取样测定其有效磷转化率、水分、游离酸、全氮、可溶性K₂O和总养分含量：有效磷转化率74.1%质量分率，水分6.1%质量分率，游离酸8.9%质量分率。复混肥（干燥前湿物料）养分质量分率：N- P₂O₅ -K₂O 15.0-5.5-7.3%，总养分27.8%质量分率。

Claims (3)

1.一种浓酸矿粉法生产过磷酸钙方法，其特征在于，通过如下步骤实现：

首先对所用磷矿进行干燥、破碎、球磨粉碎和筛分处理，制得细度为0.074mm -0.147mm的磷矿粉，在搅拌研磨反应器中计量加入磷矿与硫酸溶液，进行搅拌和研磨，搅拌、研磨10-30min后，放置化成30-60min，送去熟化；硫酸质量用量为该磷矿理论硫酸质量用量的90%-110%，硫酸质量分率90%-98%。

2.一种浓酸矿粉法生产过磷酸钙系复混肥的方法，其特征在于，“一步法”制备过磷酸钙系复混肥：对所用磷矿进行干燥、破碎、球磨粉碎和筛分处理，制得细度为0.074mm -0.147mm的磷矿粉，在搅拌研磨反应器中计量加入磷矿与硫酸溶液，进行搅拌和研磨10-30min；一次或分批加入经计量的尿素、氯化钾或硫酸钾，加入氧化镁、氧化钙、碳酸氢铵或钙镁磷肥为过磷酸钙中和调理剂，继续搅拌、研磨20-40min后，在造粒设备内造粒后，经过干燥、冷却、筛分工序制成复混肥料；硫酸质量用量为该磷矿理论硫酸质量用量的90%-110%，硫酸质量分率90%-98%。

3.如权利要求2所述的浓酸矿粉法生产过磷酸钙系复混肥的方法，其特征在于，

在制备过磷酸钙过程中，根据需求选择加入磷铵、微量元素或腐植酸、畜禽粪便有机肥、植物生长调节剂、农药其中一种或多种，制成复混肥料。