CN104261372A - 一种制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工技术领域，尤其是一种制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法，通过对桑树生长过程的营养需求情况进行分析，并结合磷酸铵产品制备工艺中的缺点进行分析与了解，将桑树专用化合态复合肥制备工艺与磷酸铵产品的制备工艺结合起来，使得两者的工艺进行互补，降低了磷酸铵产品制备工艺中的废液排放量，避免了深度结晶所带来的磷酸铵产品纯度较低的缺点，提高了磷酸铵产品的质量；提高桑树生长速度，改善桑树产量和质量，同时，避免因为营养元素搭配不当导致过多的残留元素在土壤中，降低了土壤板结率，提高了土地利用率，具有显著的环保价值和经济效益。

Description

一种制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其是一种制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法。

背景技术

桑蚕是我国农村的传统产业，分为两大类，一类是植桑，二是养蚕。桑树所产的叶子数量和叶子质量，直接会影响养蚕的数量和质量。传统的桑树园管理中，不施肥或施农家肥以及少量的单质肥，进而使得产出的桑叶数量和质量均难以满足养蚕的需求。经过研究表明，氮素过多，桑叶柔软，为不良桑；当磷钾不足时，桑叶的质量更为较差，并且会使得桑叶中的但成分和含糖量较低，尤其是游离精氨酸异常积累，导致桑蚕死亡现象，钾的缺少，将会影响桑树进行光合作用，降低抗病力，并且根据木桶短板理论，某一种元素缺乏时，将会使得作物产生缺素症，影响桑叶质量和产量。并且，据报道作物对氮磷钾肥的吸收量也是较低的，一般氮肥吸收量为20-46％左右，磷肥的吸收率为10-25％，钾肥的吸收率为46-60％左右，由此可见，作物对氮磷钾肥的吸收率较低，还会残留大量的氮磷钾肥在土壤中，月积月累，使得土壤中的盐分含量较高，进而出现板结现状，降低土壤质量，污染环境，也会造成桑树种植户的种植成本较大；虽然，目前有研究者针对上述部分情况以及桑树营养元素需求情况对桑树用肥进行研究，如专利号为CN201110107909.3的《一种蚕桑专用肥》、CN201210452364.4的《一种含有改性水溶性纳米级硅溶胶的桑树肥料及其制备方法》、CN201210452368.2的《一种含有改性凹凸棒土的桑树肥料及其制备方法》、CN201210452399.8的《一种负载氧化锆的桑树肥料及其制备方法》、CN201210452465.1的《一种含有改性纳米级二氧化钛的桑树肥料及其制备方法》、CN201210454918.4的《一种含有改性苯丙乳液的桑树肥料及其制备方法》、CN201310707047.7的《一种桑树复混肥料及其制备方法》等专利文献，均对桑树专用肥作出了研究，但均是采用现有技术中存在的化肥或者复合肥与农家肥添加微量元素化合物进行混合配制而成的混合态复合肥，这样的肥料虽然能够满足桑树养分的需求，但对桑树的桑叶产量和质量来说，其影响不大，并且因为氮磷钾各元素间的搭配不当，进而使得残留在土壤中的盐分较多，土壤污染程度较大。

同时，磷酸铵产品的制备工艺中，通常是采用湿法磷酸和热法磷酸中的一种，进行磷酸铵产品的制备的，这种工艺将会给磷酸铵产品的纯度造成影响，使得磷酸铵产品的纯度较低，为此需要对磷酸铵另外设计提纯工艺来进行磷酸铵产品的提纯，进而增大了磷酸铵产品的制备成本，于是，有人通过采用磷酸与尿素在低于80摄氏度下反应生成磷酸脲这种中间体，并再采用中间体作为原料与氨气反应，生成磷酸铵产品的，该工艺需要对磷酸铵产品进行降温循环结晶处理，但往往需要对磷酸铵产品进行深度结晶，才能够避免废液中大量的氮磷营养元素被排放到环境中，进而才能够避免资源的浪费，降低磷酸铵产品的生产成本，但是，由于深度结晶过程将会造成其他产品也被结晶而出，进而影响了磷酸铵产品的纯度。

为此，本研究者通过长期的努力研究与探索，将桑树专用复合肥的制备工艺与磷酸铵的制备工艺结合起来，通过两者的优缺点进行互补，为磷酸铵产品的制备工艺和桑树专用复合肥的制备工艺提供了一种新思路。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法，具有工艺简单，能够降低磷酸铵产品制备工艺中的废液排放量，提高磷酸铵产品的纯度，满足桑树快速生长要求，提高桑树叶片的产量和品质等特征。

具体是通过以下技术方案得以实现的：

一种制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法，

采用磷酸与尿素按照摩尔比为(1.1-1.2)：1混合，在温度为83-96℃，搅拌反应0.8-1.3h，获得中间体料浆；

所述的磷酸与尿素反应制备中间体料浆时，搅拌速度为170-205r/min；

再向中间体料浆中通入氨气，并控制反应温度为70-80℃，搅拌反应26-28min后，控制终点PH值为10.1-11.6，获得磷酸铵料浆；

所述的通入氨气后进行搅拌反应26-28min时的搅拌速度为410-485r/min

再将磷酸铵料浆置于循环降温结晶器中进行循环降温结晶处理，并对溶液中的氮磷元素进行检测分析和调整，使得溶液中氮磷元素成分的摩尔比为(1.8-1.9)：1后，停止结晶并过滤处理，滤饼为磷酸铵产品，向滤液中加入钾成分和中微量元素化合物，并调整溶液中氮磷钾元素成分的摩尔比为(1.8-1.9)：1：(1.3-1.6)后，获得化合态复合肥初成品；

再将化合态复合肥初成品置于烘干器中，采用升温速度为12℃/min升温至温度为60-72℃，干燥1.1-1.4h后，调整水分含量为1.1-1.7％，即可制得桑树专用化合态复合肥。

所述的循环降温结晶器中进行循环降温结晶处理是将温度采用降温速度为10℃/min降温至≤33℃。

所述的钾成分为碳酸氢钾、氯化钾、硫化钾中的一种。

钾成分的摩尔浓度为1.4-1.6mol/l。

所述的中微量元素化合物为硫酸锌、硫酸镁、纳米二氧化硅、木质素磺酸钙、肉桂油、风化煤、硫酸亚铁、钼酸钾、柠檬酸钠、钛白粉、菜籽油、硅藻土、羧甲基纤维素钠、硼砂、腐殖酸、草木灰的混合物。

中微量元素化合物的总添加量为滤液总量的21％。

所述的化合态复合肥，其成分中含有以下氮磷钾化合态结构式：

其中，碳原子与氧原子之间的虚线表示C原子与O原子之间存在配位键。

在添加时，还可以添加凹凸棒土、膨润土、纳米二氧化钛、改性苯丙乳液、纳米级硅溶胶、沼渣、沼液、家禽畜牧粪便、玉米秸秆粉、稻壳、甘蔗秸秆粉、南瓜粉、冬瓜粉、松针粉等。

与现有技术相比，本发明的技术方案的技术效果体现在：

1、通过对桑树生长过程的营养需求情况进行分析，并结合磷酸铵产品制备工艺中的缺点进行分析与了解，将桑树专用化合态复合肥制备工艺与磷酸铵产品的制备工艺结合起来，使得两者的工艺进行互补，降低了磷酸铵产品制备工艺中的废液排放量，避免了深度结晶所带来的磷酸铵产品纯度较低的缺点，提高了磷酸铵产品的质量。

2、通过对废液中的营养元素进行调节与搭配，使得制备出来的桑树专用复合肥能够满足桑树的营养需求，提高桑树生长速度，改善桑树产量和质量，同时，避免因为营养元素搭配不当导致过多的残留元素在土壤中，降低了土壤板结率，提高了土地利用率，具有显著的环保价值和经济效益。

3、通过化合态复合肥生产工艺中技术参数，即就是温度、原料浓度以及配比的控制，使得磷酸与尿素反应后，生成磷酸脲产品，磷酸脲产品本身具有较强的酸性，而磷酸与尿素之间又是通过配位键的方式结合在一起形成的化合态复盐，也是传统技术中作为作物用肥，并且作物对该化合态复盐的吸收率比对尿素、碳酸铵、硝酸铵等一元、二元肥料吸收率均较优的一种化合态复合肥，然而，这种化合态复盐在磷酸存在的环境下，在80-250℃的温度下，会发生复杂的分解聚合反应，使得磷酸脲形成(H₂PO₄)^-和(H₂NCONH₃)⁺两个离子，(H₂NCONH₃)+离子与磷酸接近，并在温度为80-160℃的环境下，形成中间离子和磷酸二氢根，并在C与O之间形成配位键，这种中间离子能够与对中元素化合物螯合形成多元素中间离子，进而能够继续与其他带负电荷的化合物或者离子形成螯合物，提高复盐中元素含量，进而能够调整该离子存在的复盐中的养分含量，同时，该螯合物又能够进行水解而被作物吸收，进而能够有效的长期为作物提供肥效，同时，结合对该离子存在的溶液中元素含量的测定，进而调整复盐形成时的各元素含量，烘干获得含有化合态复盐结构的复合肥，提高了桑树专用肥的质量。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

原理说明：

本发明通过对磷酸与碳酰胺反应的机理进行研究与探讨，并结合现有技术文献了解到，磷酸与碳酰胺反应生成磷酸脲，其分子式为：CO(NH₂)₂.H₃PO₄，在较高温度的环境下，磷酸中的H和O之间的化学键会断离，氢离子与尿素结合形成含有正电荷的离子态，使得磷酸脲形成一种正负电荷相吸引的离子复盐，其机理结构反应如下表达式：CO(NH₂)₂.H₃PO₄→(H₂PO₄)^-.(H₂NCONH₃)⁺

进一步的，磷酸脲离子复盐在磷酸存在的环境下，其中的(H₂NCONH₃)⁺正离子与磷酸接近，形成C→O配位键的中间离子，即为(CO₅PN₂H₈)⁺，进而使得磷酸脲中间体中含有大量的(H₂PO₄)-和(CO₅PN₂H₈)⁺离子，在加入过量并且适量的铵根离子时，磷酸二氢根与铵根离子形成磷酸铵晶体被析出来，并通过检测分析滤液中的氮磷元素的含量，并按照桑树的需求添加钾元素、镁元素、铁元素以及其他中微量元素，调整滤液中的营养结构，使得营养结构层满足桑树的需求，再烘干即可制得含有N、P、K以及其他元素的桑树专用化合态复合肥。

其具体的反应原理将通过以下反应结构式以及反应机理来进一步的说明：

反应式一：

CO(NH₂)₂+H₃PO₄→CO(NH₂)_2.H₃PO₄

反应式二：

反应式三：

其中，碳原子与氧原子之间的虚线表示C原子与O原子之间存在配位键。

反应式四：

待结晶磷酸铵产品出来之后，再向滤液中添加钾元素、以及其他元素，则会与残留在滤液中的磷酸二氢根、磷酸氢根以及的中间离子进行反应，生成复盐形式的化合态桑树专用复合肥。

名词说明：

磷酸脲(Ureaphosphate，UP)，CAS号为4861-19-2，分子式为CH₇N₂O₅P，可表示为CO(NH₂)₂·H₃PO₄：

是一种广泛应用于畜牧业、工业、农业等领域的精细化工产品，其固体为白色结晶或结晶性粉末，易溶于水和醇，不溶于醚类、甲苯及四氯化碳，水溶液呈酸性，熔融时开始分解放出二氧化碳和氨气。

实施例：下面以具体的操作实施例来对本发明进行进一步阐述。

实施例1

一种制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法，

采用磷酸与尿素按照摩尔比为1.1：1混合，在温度为83℃，搅拌反应0.8h，获得中间体料浆；

所述的磷酸与尿素反应制备中间体料浆时，搅拌速度为170r/min；

再向中间体料浆中通入氨气，并控制反应温度为70℃，搅拌反应26min后，控制终点PH值为10.1，获得磷酸铵料浆；

所述的通入氨气后进行搅拌反应26min时的搅拌速度为410r/min

再将磷酸铵料浆置于循环降温结晶器中进行循环降温结晶处理，并对溶液中的氮磷元素进行检测分析和调整，使得溶液中氮磷元素成分的摩尔比为1.8：1后，停止结晶并过滤处理，滤饼为磷酸铵产品，向滤液中加入钾成分和中微量元素化合物，并调整溶液中氮磷钾元素成分的摩尔比为1.8：1：1.3后，获得化合态复合肥初成品；

再将化合态复合肥初成品置于烘干器中，采用升温速度为12℃/min升温至温度为60℃，干燥1.1h后，调整水分含量为1.1％，即可制得桑树专用化合态复合肥。

所述的循环降温结晶器中进行循环降温结晶处理是将温度采用降温速度为10℃/min降温至33℃。

所述的钾成分为碳酸氢钾。

钾成分的摩尔浓度为1.4mol/l。

所述的中微量元素化合物为硫酸锌、硫酸镁、纳米二氧化硅、木质素磺酸钙、肉桂油、风化煤、硫酸亚铁、钼酸钾、柠檬酸钠、钛白粉、菜籽油、硅藻土、羧甲基纤维素钠、硼砂、腐殖酸、草木灰的混合物。

中微量元素化合物的总添加量为滤液总量的21％。

实施例2

一种制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法，

采用磷酸与尿素按照摩尔比为1.2：1混合，在温度为96℃，搅拌反应1.3h，获得中间体料浆；

所述的磷酸与尿素反应制备中间体料浆时，搅拌速度为205r/min；

再向中间体料浆中通入氨气，并控制反应温度为80℃，搅拌反应28min后，控制终点PH值为11.6，获得磷酸铵料浆；

所述的通入氨气后进行搅拌反应28min时的搅拌速度为485r/min

再将磷酸铵料浆置于循环降温结晶器中进行循环降温结晶处理，并对溶液中的氮磷元素进行检测分析和调整，使得溶液中氮磷元素成分的摩尔比为1.9：1后，停止结晶并过滤处理，滤饼为磷酸铵产品，向滤液中加入钾成分和中微量元素化合物，并调整溶液中氮磷钾元素成分的摩尔比为1.9：1：1.6后，获得化合态复合肥初成品；

再将化合态复合肥初成品置于烘干器中，采用升温速度为12℃/min升温至温度为72℃，干燥1.4h后，调整水分含量为1.7％，即可制得桑树专用化合态复合肥。

所述的循环降温结晶器中进行循环降温结晶处理是将温度采用降温速度为10℃/min降温至30℃。

所述的钾成分为氯化钾。

钾成分的摩尔浓度为1.6mol/l。

所述的中微量元素化合物为0.06％硫酸锌、0.07％硫酸镁、0.05％纳米二氧化硅、0.06％木质素磺酸钙、0.08％肉桂油、0.6％风化煤、0.07％硫酸亚铁、0.03％钼酸钾、0.05％柠檬酸钠、0.02％钛白粉、3.1％菜籽油、2.3％硅藻土、0.08％羧甲基纤维素钠、0.09％硼砂、3.1％腐殖酸、2.5％草木灰的混合物。

实施例3

一种制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法，

采用磷酸与尿素按照摩尔比为1.15：1混合，在温度为88℃，搅拌反应1.1h，获得中间体料浆；

所述的磷酸与尿素反应制备中间体料浆时，搅拌速度为184r/min；

再向中间体料浆中通入氨气，并控制反应温度为75℃，搅拌反应27min后，控制终点PH值为11.3，获得磷酸铵料浆；

所述的通入氨气后进行搅拌反应27min时的搅拌速度为456r/min

再将磷酸铵料浆置于循环降温结晶器中进行循环降温结晶处理，并对溶液中的氮磷元素进行检测分析和调整，使得溶液中氮磷元素成分的摩尔比为1.85：1后，停止结晶并过滤处理，滤饼为磷酸铵产品，向滤液中加入钾成分和中微量元素化合物，并调整溶液中氮磷钾元素成分的摩尔比为1.85：1：1.4后，获得化合态复合肥初成品；

再将化合态复合肥初成品置于烘干器中，采用升温速度为12℃/min升温至温度为66℃，干燥1.3h后，调整水分含量为1.4％，即可制得桑树专用化合态复合肥。

所述的循环降温结晶器中进行循环降温结晶处理是将温度采用降温速度为10℃/min降温至28℃。

所述的钾成分为硫化钾。

钾成分的摩尔浓度为1.5mol/l。

所述的中微量元素化合物为0.04％硫酸锌、0.05％硫酸镁、0.07％纳米二氧化硅、0.03％木质素磺酸钙、0.07％肉桂油、0.4％风化煤、0.06％硫酸亚铁、0.05％钼酸钾、0.08％柠檬酸钠、0.05％钛白粉、1.3％菜籽油、3.2％硅藻土、0.05％羧甲基纤维素钠、0.03％硼砂、1.3％腐殖酸、5.2％草木灰的混合物。

试验例：下面结合具体的实施例内容来对本发明的技术方案的技术效果以及产品特性做进一步的说明。

采用本发明的实施例1、实施例2、实施例3的制备方法制得的桑树专用肥，按照每棵桑树施肥5-10kg后，进行桑树的种植，三个月后，可以明显的看出桑树的叶子浓密，并且大多数呈现出深绿色，黄叶现象几乎不存在，树叶为一种优良树叶，即不存在软叶现象；树干直径也提高了2.-5cm左右，使得桑树得到了快速的生长；树根分支较多，无膨大并且生长优良。

再通过对种植出来的桑叶进行检测，得出，其氮磷钾元素的含量相对均衡，进而不会导致氮过多，或者磷钾元素不足所导致的较差等级的桑叶产生；同时也得出，镁钾元素的比例均衡，所有的叶片不存在缺素症，能够为蚕桑带来良好的营养素，促进了蚕桑产业的进一步的发展。

Claims (5)

1.一种制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法，其特征在于，

采用磷酸与尿素按照摩尔比为(1.1-1.2)：1混合，在温度为83-96℃，搅拌反应0.8-1.3h，获得中间体料浆；

所述的磷酸与尿素反应制备中间体料浆时，搅拌速度为170-205r/min；

再向中间体料浆中通入氨气，并控制反应温度为70-80℃，搅拌反应26-28min后，控制终点PH值为10.1-11.6，获得磷酸铵料浆；

所述的通入氨气后进行搅拌反应26-28min时的搅拌速度为410-485r/min

再将磷酸铵料浆置于循环降温结晶器中进行循环降温结晶处理，并对溶液中的氮磷元素进行检测分析和调整，使得溶液中氮磷元素成分的摩尔比为(1.8-1.9)：1后，停止结晶并过滤处理，滤饼为磷酸铵产品，向滤液中加入钾成分和中微量元素化合物，并调整溶液中氮磷钾元素成分的摩尔比为(1.8-1.9)：1：(1.3-1.6)后，获得化合态复合肥初成品；

再将化合态复合肥初成品置于烘干器中，采用升温速度为12℃/min升温至温度为60-72℃，干燥1.1-1.4h后，调整水分含量为1.1-1.7％，即可制得桑树专用化合态复合肥。

2.如权利要求1所述的制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法，其特征在于，所述的循环降温结晶器中进行循环降温结晶处理是将温度采用降温速度为10℃/min降温至≤33℃。

3.如权利要求1所述的制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法，其特征在于，所述的钾成分为碳酸氢钾、氯化钾、硫化钾中的一种。

4.如权利要求1所述的制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法，其特征在于，所述的中微量元素化合物为硫酸锌、硫酸镁、纳米二氧化硅、木质素磺酸钙、肉桂油、风化煤、硫酸亚铁、钼酸钾、柠檬酸钠、钛白粉、菜籽油、硅藻土、羧甲基纤维素钠、硼砂、腐殖酸、草木灰的混合物。

5.如权利要求1所述的制备磷酸铵副产桑树专用肥的生产方法，其特征在于，所述的化合态复合肥，其成分中含有以下氮磷钾化合态结构式：

其中，碳原子与氧原子之间的虚线表示C原子与O原子之间存在配位键。