CN104276550A - 一种制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工技术领域，尤其是一种制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法，通过对芋头专用肥的营养元素需求进行分析，并结合磷酸氢二铵产品制备工艺中存在的缺陷，将磷酸氢二铵产品的制备工艺与芋头专用肥的制备工艺相结合，使得两个工艺进行互补，降低了磷酸氢二铵产品制备工艺中的氮磷元素浪费率以及废液排放量，降低了磷酸氢二铵的生产成本；通过对工艺步骤的参数进行控制，使得制备出来的磷酸氢二铵产品的纯度达到96％，同时能够给芋头提供一种高效专用氮磷钾复盐化合态复合肥。

Description

一种制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其是一种制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法。 

背景技术

芋头为多年生块茎植物，常作为一年生作物栽培；芋头营养元素含量丰富，含有大量的淀粉、矿物质以及维生素，可以干制或制粉食用，芋头的淀粉颗粒小，仅为马铃薯淀粉的十分之一，其消化率可达98.8％，具有良好的食用前景；目前，人们种植芋头时，一般都采用化肥、尿素、大粪等原料进行配制而成，其效果较好，但是化肥和尿素中所含有的营养元素远远难以满足芋头的营养需求，并根据木桶短板理论，在缺乏某种营养元素时，另外几种营养元素的吸收情况也将会较差，进而造成芋头整体生长叶面黄、叶面小、生长慢、芋头小、重量轻、抗病力差等缺点；为此有研究者对芋头专用肥进行了研究，采用秸秆粉、复合肥、农家肥、畜牧家禽粪便进行一定比例量的混合配制而成，这种工艺配制而成的肥料因为元素搭配之间仅仅是为了满足芋头生长周期的需求，为使芋头营养元素得到满足，但是据报道，芋头等作物对于氮磷钾元素的吸收情况是有限的，对于氮肥的吸收率为20-46％左右，磷肥的吸收率为10-25％左右，钾肥的吸收率为46-60％左右，由此可见，还会有大量的氮磷钾元素残留在土壤之中，造成肥料的浪费与土壤的污染，为此，急需要对芋头种植提供一种新型的专用复合肥。 

同时，在磷酸氢二铵产品的制备工艺通常是采用热法磷酸和湿法磷酸中的一种方法来进行生产的，但无论是热法磷酸还是湿法磷酸均 含有较大量的杂质纯在，使得制备的产品的纯度较差，难以满足工业的质量需求；为此，有研究者也考虑到此问题，并通过采用磷酸脲中间体来代替传统的直接生产法，提高了磷酸氢二铵产品的纯度，但是这种工艺往往需要对磷酸二氢铵进行深度结晶处理，才能够避免大量的氮磷元素的残留在滤液中，被作为废液除去，造成环境污染，才能够降低成本；但是，深度结晶又会造成其他产品的物质被结晶析出，进而再一次造成磷酸氢二铵产品的纯度较低，难以满足质量要求。 

为此，本研究者从芋头专用肥的用肥标准和磷酸氢二铵产品制备工艺中存在的缺点入手，将芋头专用肥的制备工艺与磷酸氢二铵产品的制备工艺结合起来，为磷酸氢二铵产品的制备工艺和芋头专用肥的制备工艺以及芋头专用肥提供了一种新思路。 

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氢二铵副产芋头专用肥的生产方法，具有能采用磷酸氢二铵产品制备工艺中的废液进行芋头专用肥的生产，并将传统的芋头专用肥采用新型的氮磷钾复盐化合态复合肥来代替，进一步的提高芋头作物对氮磷钾元素的吸收率；同时降低磷酸氢二铵产品制备工艺中的氮磷元素浪费率和废液排放量等特征。 

具体是通过以下技术方案得以实现的： 

一种制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法，采用磷酸与尿素按照摩尔比为(1.6-1.8)：1，在温度为85-98℃，搅拌反应0.5-1h后，得到中间料浆；再将中间料浆与氨气进行混合反应，并控制温度为60-70℃，调整PH值为7.9-8.1时，搅拌反应35-45min后，获得含磷酸氢二铵的料浆，并将含磷酸氢二铵的料浆进行循环降温结晶处理，并检测分析调整溶液中的氮磷比例为1:(1.5-1.9)时，停止结晶并过滤，滤饼为磷酸氢二铵产品；向滤液中加入钾成分和中微量元素化合物调 整为化合态复合肥初成品，其中加入的钾成分含量与氮磷元素的含量比为氮磷钾元素形成摩尔比为1.1:(1.5-1.9):(2.1-2.3)；并将初成品置于烘干器中，采用升温速度为3℃/min升温至45-55℃，干燥0.5-2h后，调整水分含量为1-3％，即可制得芋头专用化合态复合肥。 

具体包括以下步骤： 

(1)原料制备混合：将磷酸与尿素按照摩尔比为(1.6-1.8)：1在搅拌式反应釜中，在温度为85-98℃，控制搅拌釜的搅拌速度为185-205r/min搅拌混合反应0.5-1h，得到中间体料浆； 

(2)制备磷酸氢二铵：向步骤1)获得的中间体料浆中通入氨气，并控制反应釜中的温度为60-70℃，调整PH值为7.9-8.1时，按照搅拌速度为65-75r/min，搅拌反应35-45min，获得含磷酸氢二铵产品的料浆； 

(3)循环结晶过滤：将步骤2)获得含磷酸氢二铵的料浆置于冷却结晶器中10s内降温至温度≤35℃，降温循环结晶过滤处理，并检测分析滤液中的养分含量，待氮成分、磷成分的摩尔比为1.1:(1.5-1.9)时，停止结晶并过滤，获得滤饼为磷酸氢二铵，向滤液中加入钾成分和中微量元素化合物调整肥料结构成为化合态复合肥初成品，其中加入的钾成分含量与氮磷元素的含量比为氮磷钾元素的比为1.1:(1.5-1.9):(2.1-2.3)； 

(4)滤液烘干：将步骤3)获得的化合态复合肥初成品置于烘干器中，采用升温速度为3℃/min升温至45-55℃，干燥0.5-2h后，调整水分含量为1-3％，即可制得芋头专用化合态复合肥。 

所述的钾成分为硫酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾中的一种。 

所述的中微量元素化合物为氯化钙、硼砂、腐殖酸、草木灰、磷酸铵镁、磷铵钙、畜牧家禽粪便的混合物。 

钾成分的浓度为以钾离子含量计量为35％。 

中微量元素化合物的总量为17％左右，其中钙离子的量为0.5-0.9％，镁离子的量为0.08-0.2％。 

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。 

与现有技术相比，本发明的技术方案的技术效果体现在： 

1、通过对芋头专用肥的营养元素需求进行分析，并结合磷酸氢二铵产品制备工艺中存在的缺陷，将磷酸氢二铵产品的制备工艺与芋头专用肥的制备工艺相结合，使得两个工艺进行互补，降低了磷酸氢二铵产品制备工艺中的氮磷元素浪费率以及废液排放量，降低了磷酸氢二铵的生产成本。 

2、通过对工艺步骤的参数进行控制，使得制备出来的磷酸氢二铵产品的纯度达到96％，同时能够给芋头提供一种高效专用氮磷钾复盐化合态复合肥。 

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，提高了芋头专用肥的质量。 

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。 

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氢二铵晶体被析出来，并通过检测分析滤液 中的氮磷元素的含量，并按照芋头的需求添加钾元素、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芋头的需求，再烘干即可制得含有N、P、K以及其他元素的芋头专用化合态复合肥。 

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： 

待结晶磷酸氢二铵产品出来之后，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芋头专用复合肥。 

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 

一种制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法，包括以下步骤： 

(1)原料制备混合：将磷酸与尿素按照摩尔比为1.6：1在搅拌式反应釜中，在温度为85℃，控制搅拌釜的搅拌速度为185r/min搅拌混合反应0.5h，得到中间体料浆； 

(2)制备磷酸氢二铵：向步骤1)获得的中间体料浆中通入氨气，并控制反应釜中的温度为60℃，调整PH值为7.9时，按照搅拌速度为65r/min，搅拌反应35min，获得含磷酸氢二铵产品的料浆； 

(3)循环结晶过滤：将步骤2)获得含磷酸氢二铵的料浆置于冷却结晶器中10s内降温至温度35℃，降温循环结晶过滤处理，并检测分析滤液中的养分含量，待氮成分、磷成分的摩尔比为1.1:1.5时，停止结晶并过滤，获得滤饼为磷酸氢二铵，向滤液中加入钾成分和中微量元素化合物调整肥料结构成为化合态复合肥初成品，其中加入的钾成分含量与氮磷元素的含量比为氮磷钾元素的比为1.1:1.5:2.1； 

(4)滤液烘干：将步骤3)获得的化合态复合肥初成品置于烘干器中，采用升温速度为3℃/min升温至45℃，干燥0.5h后，调整水分含量为1％，即可制得芋头专用化合态复合肥。 

所述的钾成分为硫酸钾。 

所述的中微量元素化合物为氯化钙、硼砂、腐殖酸、草木灰、磷酸铵镁、磷铵钙、畜牧家禽粪便的混合物。 

所述的钾成分的浓度为以钾离子含量计量为35％。 

所述的中微量元素化合物的总量为17％，其中钙离子的量为0.5％，镁离子的量为0.2％。 

实施例2 

一种制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法，包括以下步骤： 

(1)原料制备混合：将磷酸与尿素按照摩尔比为1.8：1在搅拌式反应釜中，在温度为98℃，控制搅拌釜的搅拌速度为205r/min搅拌混合反应1h，得到中间体料浆； 

(2)制备磷酸氢二铵：向步骤1)获得的中间体料浆中通入氨气，并控制反应釜中的温度为70℃，调整PH值为8.1时，按照搅拌速度为75r/min，搅拌反应45min，获得含磷酸氢二铵产品的料浆； 

(3)循环结晶过滤：将步骤2)获得含磷酸氢二铵的料浆置于冷却结晶器中10s内降温至温度30℃，降温循环结晶过滤处理，并检测 分析滤液中的养分含量，待氮成分、磷成分的摩尔比为1.1:1.9时，停止结晶并过滤，获得滤饼为磷酸氢二铵，向滤液中加入钾成分和中微量元素化合物调整肥料结构成为化合态复合肥初成品，其中加入的钾成分含量与氮磷元素的含量比为氮磷钾元素的比为1.1:1.9:2.3； 

(4)滤液烘干：将步骤3)获得的化合态复合肥初成品置于烘干器中，采用升温速度为3℃/min升温至55℃，干燥2h后，调整水分含量为3％，即可制得芋头专用化合态复合肥。 

所述的钾成分为碳酸钾。 

所述的中微量元素化合物为氯化钙、硼砂、腐殖酸、草木灰、磷酸铵镁、磷铵钙、畜牧家禽粪便的混合物。 

所述的钾成分的浓度为以钾离子含量计量为35％。 

所述的中微量元素化合物的总量为18％，其中钙离子的量为0.9％，镁离子的量为0.08％。 

实施例3 

一种制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法，包括以下步骤： 

(1)原料制备混合：将磷酸与尿素按照摩尔比为1.7：1在搅拌式反应釜中，在温度为90℃，控制搅拌釜的搅拌速度为195r/min搅拌混合反应0.8h，得到中间体料浆； 

(2)制备磷酸氢二铵：向步骤1)获得的中间体料浆中通入氨气，并控制反应釜中的温度为65℃，调整PH值为8时，按照搅拌速度为70r/min，搅拌反应40min，获得含磷酸氢二铵产品的料浆； 

(3)循环结晶过滤：将步骤2)获得含磷酸氢二铵的料浆置于冷却结晶器中10s内降温至温度33℃，降温循环结晶过滤处理，并检测分析滤液中的养分含量，待氮成分、磷成分的摩尔比为1.1:1.7时，停止结晶并过滤，获得滤饼为磷酸氢二铵，向滤液中加入钾成分和中微 量元素化合物调整肥料结构成为化合态复合肥初成品，其中加入的钾成分含量与氮磷元素的含量比为氮磷钾元素的比为1.1:1.7:2.2； 

(4)滤液烘干：将步骤3)获得的化合态复合肥初成品置于烘干器中，采用升温速度为3℃/min升温至50℃，干燥1.1h后，调整水分含量为2.2％，即可制得芋头专用化合态复合肥。 

所述的钾成分为碳酸氢钾。 

所述的中微量元素化合物为氯化钙、硼砂、腐殖酸、草木灰、磷酸铵镁、磷铵钙、畜牧家禽粪便的混合物。 

所述的钾成分的浓度为以钾离子含量计量为35％。 

所述的中微量元素化合物的总量为16％，其中钙离子的量为0.6％，镁离子的量为0.12％。 

Claims (5)

1.一种制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法，其特征在于，采用磷酸与尿素按照摩尔比为(1.6-1.8)：1，在温度为85-98℃，搅拌反应0.5-1h后，得到中间料浆；再将中间料浆与氨气进行混合反应，并控制温度为60-70℃，调整PH值为7.9-8.1时，搅拌反应35-45min后，获得含磷酸氢二铵的料浆，并将含磷酸氢二铵的料浆进行循环降温结晶处理，并检测分析调整溶液中的氮磷比例为1:(1.5-1.9)时，停止结晶并过滤，滤饼为磷酸氢二铵产品；向滤液中加入钾成分和中微量元素化合物调整为化合态复合肥初成品，其中加入的钾成分含量与氮磷元素的含量比为氮磷钾元素形成摩尔比为1.1:(1.5-1.9):(2.1-2.3)；并将初成品置于烘干器中，采用升温速度为3℃/min升温至45-55℃，干燥0.5-2h后，调整水分含量为1-3％，即可制得芋头专用化合态复合肥。 

2.如权利要求1所述的制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法，其特征在于，包括以下步骤： 

(1)原料制备混合：将磷酸与尿素按照摩尔比为(1.6-1.8)：1在搅拌式反应釜中，在温度为85-98℃，控制搅拌釜的搅拌速度为185-205r/min搅拌混合反应0.5-1h，得到中间体料浆； 

(2)制备磷酸氢二铵：向步骤1)获得的中间体料浆中通入氨气，并控制反应釜中的温度为60-70℃，调整PH值为7.9-8.1时，按照搅拌速度为65-75r/min，搅拌反应35-45min，获得含磷酸氢二铵产品的料浆； 

(3)循环结晶过滤：将步骤2)获得含磷酸氢二铵的料浆置于冷却结晶器中10s内降温至温度≤35℃，降温循环结晶过滤处理，并检测分析滤液中的养分含量，待氮成分、磷成分的摩尔比为1.1:(1.5-1.9)时，停止结晶并过滤，获得滤饼为磷酸氢二铵，向滤液中加入钾成分和中微量元素化合物调整肥料结构成为化合态复合肥初成品，其 中加入的钾成分含量与氮磷元素的含量比为氮磷钾元素的比为1.1:(1.5-1.9):(2.1-2.3)； 

(4)滤液烘干：将步骤3)获得的化合态复合肥初成品置于烘干器中，采用升温速度为3℃/min升温至45-55℃，干燥0.5-2h后，调整水分含量为1-3％，即可制得芋头专用化合态复合肥。 

3.如权利要求1或2所述的制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法，其特征在于，所述的钾成分为硫酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾中的一种。 

4.如权利要求1或2所述的制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法，其特征在于，所述的中微量元素化合物为氯化钙、硼砂、腐殖酸、草木灰、磷酸铵镁、磷铵钙、畜牧家禽粪便的混合物。 

5.如权利要求1或2所述的制备磷酸氢二铵副产芋头专用肥的生产方法，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。