CN1032530C - 利用火成岩磷矿石和斜方沸石制备磷肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用火成岩磷矿石和斜方沸石制备磷肥的方法，包括：先将火成岩磷矿石粉碎，经一回转炉的燃烧程序，再经过降温至300℃后，与粉碎后的斜方沸石混合，再经由静冷、细碎程序，使火成岩磷矿石成100目的粉末，然后再化验此时该粉末内的五氧化二磷含量，再与适量斜方沸石依一定比例相混合，使调配后的肥料的五氧化二磷含量为18%，从而提供一种含磷量均能控制在五氧化二磷含量为18%的磷肥。

Description

利用火成岩磷矿石和斜方沸石制备磷肥的方法

本发明涉及一种利用火成岩磷矿石和斜方沸石制备磷肥的方法。

目前全世界各地的栽植土壤均因长期耕作及肥料的滥施，而都已产生老化现象，其中严重者已达第三期土地严重酸化的程度，此种因为长期使用及化学肥料的滥用，而令土壤产生酸化、硬化、老化而引起土壤营养分流失，往往会导致旱灾、病害、果树枯萎等不良现象，而令生产力显着降低；此现象经由农业学家及各专家组团调查后得知，其主要原因是土壤中缺乏有机质及微量元素，为了解决此种土壤中有机质积聚值低于消失值，而令有机质失去平衡而缺乏的问题，惟有施用磷肥来进行补救，而令地力得以维护与还原。

在诸多专门研究报告中可以明确得知，藉助磷肥来挽救土壤的老化，采用的肥料中所含的五氧化二磷含量在18％时为最佳，亦即以含五氧化二磷量在18％的肥料，对改善土壤老化具有最卓越的成效。

但以目前全世界各种化学磷酸肥料的生产中，均是采用水成岩磷矿(Ca₃(PO)₄)为原料，此种水成岩磷矿石取出时是为石砂成型，硬度相当大，且其含氟量高达4～6％，在将其进行加工制造肥料时，是以硫酸及硝酸以1∶1.05的比例进行化学处理，因此会造成矿石中微量矿物质被破坏，而且降低其成品中五氧化二磷含量；其化学处理的化学反应式如下： 磷肥

采用现有的制造方法，利用水成岩磷矿石配合硫酸或硝酸所制成的磷肥，由于其是藉助于化学变化而形成CaHPO₄·2H₂O，故其形成的CaSO₄并不能分离，因此其中五氧化二磷的分子量百分比为： $\frac{(30.97*2+16*5)*100}{2*(40+1+30.97+16*4+2*(1*2+16)+40+32+16*4+2(1*2+16))}=$ $\frac{141.94*100\%}{515.94}=27.5\%$

Ca₃(PO₄)₂中五氧化二磷(P₂O₅)的分子量百分比为：

$\frac{(30.97*2+16*5)*100\%}{40*3+(30.97+16*4)*2}=$ $\frac{141.94*100\%}{309.94}=45.8\%$

以水成岩磷矿石中五氧化二磷的最低含量为30％计，可计算出以水成岩磷矿石所制出的成品中所合五氧化二磷的重量百分比为： $\frac{30*27.5\%}{45.8}=18.0131\%$

此含量几乎等于磷肥所需的标准值，但由于其化学处理过程中因反应的程度无法达到100％，故现有的制法中所采用的水成岩磷矿石本身的含磷量均在34％以上，方能够令其成品的五氧化二磷的百分含量维持于18％。

该方式虽可制造出磷肥(CaHPO₄·2H₂O)以助于植物生长，但其在上述化学处理过程中却有部份的Ca会形成(CaSO₄·2H₂O)，同时此种成份对植物而言是一种完全无用的物质，且其会令土壤产生硬化而对植物有害，在现有的制法中由于无法将其分离，故只能够忍受其存在；同时在其化学处理过程中，因为有部份Ca会被消耗，因而会令其成品中的五氧化二磷含量大幅度降低，因此采用目前的制法，水成岩磷矿石本身的含磷量必须在34％以上，才能使其与硫酸或硝酸混合处理后，其成品的五氧化二磷含量能达到18％，因此在化学处理前必须先进行检验，挑选合乎标准的水成岩磷矿石，才能进行处理，否则不仅无法充份利用资源，而且增加生产成本。

本发明的目的是为了克服现有技术的不足之处而提供一种制备磷肥的方法。

本发明是采用火成岩磷矿石(Guano phosphate)及斜方沸石(Chabazite)作为主要原料来制备磷肥：

一·火成岩磷矿石：为上古时代的鸟粪化石，经火山爆发埋入地层，再经长时间地热与地质作用，变化成火成岩磷矿石，俗称天然海鸟粪磷矿石，此种火成岩磷矿石在菲律宾与印尼的埋藏量极为丰富，且目前均末开发运用。

现有的磷肥是利用水成岩磷矿石与硫酸或硝酸制成，水成岩磷矿石与火成岩磷矿石的主要成份均为Ca₃(PO₄)₂，但水成岩磷矿石含五氧化二磷约在34％左右，而火成岩磷矿石所含五氧化二磷则约在27％左右，因此以往仅能利用水成岩磷矿石来制造磷肥，然而藉助本发明的制造方法便能利用火成岩磷矿石来进行制造，因此可使产量极多且价格较便宜的火成岩磷矿石发挥其效用，且因藉助本发明的制造方法制成的成品，无成份不足的困扰，故能使其过程的损失降至最低，而使制造成本降低；而现有的水成岩磷矿石在经过化学处理过程时，便会产生相当的损失，使其五氧化二磷含量不见得能合乎所需，故成本便较本发明的制造成本为高。

另外，火成岩磷矿石的化学组成主要为磷酸钙(Ca₃(PO₄)₂，CaHPO₄和Ca(H₂PO₄)₂)，其为植物营养素-五氧化二磷(P₂O₅)及氧化钙(CaO)的主要来源，其中并含有多种对植物生长及改良土壤的有效微量矿物质，如氧化铁(Fe₂O₃)、氧化钠(Na₂O)、氧化钾(K₂O)、氧化镁(MgO)、氧化铜(CuO)、氧化锌(ZnO)、氧化锰(MnO)、氧化钼(MoO)等等，有别于现有的化学磷肥，可以改良土壤性质，且其肥效持久性佳、使土壤团粒化、有利于土壤通气性、利于植物根部的呼吸等。

再者，火成岩磷矿石的成份中含氟量为0.22％，较水成岩磷矿石的含氟量低得多，故无害于植物生长。

二·斜方沸石[Chabazite，分子式为：

(Na₁₀Ca)(Al₁₂Si₂₄O₇₂)·40H₂O]，其为一种火山岩浆累积矿物，是一种铝硅含水化合物(碱土类阳离子的结晶体)；具有无数的三维构造，最显着的特征为反复得水和失水能力，以及对于阳离子的交换能力，而其本身的构造没有重大改变；因为其离子交换能量高，其对土壤的缓冲能力及理化性质与天然泥炭等类似，尚含有大量的氧化钾、氧化钠、氧化镁、氧化铁、氧化铝等植物所需营养素，它们具有电解质的功能。它具有活性阴、阳「离子基」所谓的「分子筛」与离子交换的特性。

以斜方沸石做为原料的特性是除具有阳离子交换作用外，尚具有”吸附特性”(即对气体与酸、碱土类的吸附性)。

由上述说明可知，本发明所采用的原料，除了本身的优点外，尚具有一共同的特性，即其pH值均大于7(为碱性类物质)，故有助于酸性土壤活性化。

本发明的化学反应如下式：Ca₃(PO₄)₂＋5H₂O＋斜方沸石-->火成岩磷矿石      阳离子交换2(CaHPO₄·2H₂O)＋斜方沸石·CaO磷肥                  (吸附)

其中火成岩磷矿石及斜方沸石是利用本发明的制造方法制成粉状，而化学式中的5H₂O则是此二种原料混合并施于土壤上后自空气中或土壤中所吸附的水份，因而本发明所制成的成品可在土壤中缓缓产生作用，而发挥其长期的功效。

本发明成品磷肥中五氧化二磷的分子量百分比： $\frac{(30.97*2+16*5)*100\%}{2*(40+1+30.97+16*4+2*(1*2+16))}=$ $\frac{141.94*100\%}{343.94}=41.3\%$ (此为成品的五氧化二磷值)

本发明所采用的火成岩磷矿石Ca₃(PO₄)₂中的五氧化二磷的分子量百分比： $\frac{(30.97*2+16*5)*100\%}{40*3+(303.97+16*4)*2}=$ $\frac{141.94*100\%}{309.94}=45.8\%$

以火成岩磷矿石中的五氧化二磷含量为27％计，本发明的磷肥中所含五氧化二磷的重量百分比： $\frac{27*41.3\%}{45.8\%}=24.3\%$

由以上计算可知，以本发明所采用的火成岩磷矿石依本发明的方法所制成的磷肥，其所生产的成品中五氧化二磷的含量值高达24.3％，要比18％的标准值高得多，因而可在制成后检验其五氧化二磷含量，再适量的混入斜方沸石，而令其成品中的五氧化二磷含量达到标准值18％的含量，而可让使用者方便的来加以运用。

当将本发明的成品施于酸性化土壤中时，其作用方式为：斜方沸石·CaO＋酸性化土壤-->(吸收)斜方沸石＋CaO·酸性化土壤(还原)        (中和)

亦即当本发明的成品在施于酸性化土壤中时，即可令其中的斜方沸石将CaO释出，而将土壤中的酸性中和，达到中和酸性土壤的功效；又当所施的土壤为非酸性时，则其中的CaO则会被斜方沸石所吸附，而不会影响到按本发明方法制得的肥料的功效。

以下配合本发明制造流程图对本发明进行详细说明，如图1所示，首先将呈块状的火成岩磷矿石置入重碎机(1)(即俗称的石虎，其为粗碎机)中，经过粉碎过程，使矿石颗粒变小，而后再藉助输送带(11)将该颗粒较小的矿石输送至中碎机(2)内，使矿石再经过粉碎过程，得到约为10目大小的颗粒，然后再藉助自动输送机将颗粒状矿石送入回转炉(3)燃烧，该回转炉(3)藉助本身旋转动作及稳定的内部高温(约700～800℃)燃烧控制，使颗粒矿石经过约五十分钟燃烧处理后，使它们全部活性化(即为肥效性持久且可反复再生使用)，在矿石经由回转炉(3)送出，降温至300℃后，再将该火成岩磷矿石颗粒与经过中碎机(21)粉碎后的斜方沸石颗粒相混合进行活性反应，并令其经过静冷过程，再将其投入细碎机(4)中，使混合的火成岩磷矿石与斜方沸石的混合颗粒再经过细碎机(4)均匀混合及研磨后，得到约100目的粉状，如此即将其投入半成品储备槽(5)中；另有部分斜方沸石在经过中碎机(21)粉碎后，再投入细碎机(41)中研磨，然后再投入另一半成品储备槽(51)中备用；此时即可针对半成品储备槽(5)中的半成品进行检验测定其五氧化二磷含量，而依其所含五氧化二磷比例来调整其与另一半成品储备槽(51)中斜方沸石的混合量，而可在其经由最后的混合后，制成五氧化二磷含量为18％的标准含量的肥料，而可供使用者加以运用。

在图1的流程图最下方可以见到本发明的半成品在经由半成品储备槽(5)送出并与另一半成品储备槽(5 1)中的斜方沸石适量混合后，会再经由一混合机(6)进行充分混合，亦可再将此粉状成品送入制粒机(7)制成适当大小的颗粒，并分别导入粉状成品槽(8)及粒状成品槽(81)中，即可进行包装，制得成品。

Claims (1)

1.一种利用火成岩磷矿石和斜方沸石制备磷肥的方法，其特征在于：将火成岩磷矿石经过粗碎机及中碎机后，置入回转炉中经过700～800℃焙烧形成颗粒状，经降温至300℃后，再使其与经过中碎机处理的斜方沸石混合，并经过静冷过程，再置入细碎机中再次研磨，而得到100目的粉末，之后再测试出该粉末本身的含磷量，而与经由细碎机研磨的斜方沸石粉末作适量混合，调制出含五氧化二磷量为18％的混合粉末，而形成五氧化二磷含量为18％的磷肥。

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