CN105858633A - 一种湿法净化磷酸制备水溶性聚磷酸铵的生产方法 - Google Patents

一种湿法净化磷酸制备水溶性聚磷酸铵的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种湿法净化磷酸制备水溶聚磷酸铵的生产方法，特别是以湿法净化磷酸和尿素为原料制备水溶性聚磷酸铵的生产方法，属无机化学工业中的磷酸盐生产技术领域。针对目前采用工业磷酸、聚磷酸、湿法磷酸生产液体聚磷酸铵肥料生产成本高、包装及运输成本高，不适应农业使用等。本发明研究开发一种湿法净化磷酸浓度为70～85％，与尿素在40～100℃下预混合后，控制混合物料反应温度为130℃～200℃，经20～120分钟聚合反应，反应产物经冷却得到水溶性聚磷酸铵固体产品。其产品中N、P2O5总养分大于70％，水不溶物小于0.5％。

Description

一种湿法净化磷酸制备水溶性聚磷酸铵的生产方法
技术领域
本发明公开了一种湿法净化磷酸制备水溶聚磷酸铵的生产方法，特别是以湿法净化磷酸和尿素为原料制备水溶性聚磷酸铵的生产方法。属无机化学工业中的磷酸盐生产技术领域，是一种创新使用湿法净化磷酸制备水溶性聚磷酸铵的生产方法。
背景技术
聚磷酸铵(ammonium polyphosphate，APP)不是一种单一的化合物，而是一类化学组成类似、结构和性质上又有某些区别的物质，如H(n-m)+2(NH4)mPnO3n+1、H(n-m)(NH4)mPnO3n+1、(NH4)n+2PnO3n+1、(NH4PO3)n。聚磷酸铵按其聚合度大小，可分为低聚、中聚和高聚三种，但没有提出确切划分界限。通常，当聚合度为n＝2～20时为水溶性聚磷酸铵，当聚合度n大于20时为水不溶性聚磷酸铵。
低聚聚磷酸铵是正磷酸铵和多种聚磷酸铵的混合物，含有的聚磷酸铵主要是焦磷酸铵和三聚、四聚磷酸铵，链更长的聚磷酸铵只有少量存在。易溶于水，溶解度大于正磷酸铵，还可以螯合金属阳离子，使之保留在溶液中。低聚聚磷酸铵是一种高浓度缓释的磷肥，已逐渐引起人们的重视，被引入到复肥和液肥的生产中。
聚磷酸铵合成研究主要是侧重于高聚合度方向，聚合度n可以达到几百甚至是几千。短链的低聚磷酸铵(平均聚合度)由于反应条件难以控制，以及干燥困难而没有得到应用。
在201210119676.3中描述了以100％到120％的多聚磷酸为主要原料，与碳酸氢铵在自然、低温、常压下混合、搅拌、反应生产低聚合度聚磷酸铵水溶液的方法。
在201410060534.3中描述了多聚磷酸铵水溶性肥料及其制备方法。将磷酸、尿素、硫酸钾、氯化锌、氯化铜、硼砂和辅料加入到反应釜内，在釜内混合溶解，然后加入五氧化二磷并搅拌均匀、升温反应后制得。
在201410781455.1中描述了《一种用湿法磷酸制取全水溶性聚磷酸铵水溶液的方法》，通过采用浓度在30％到80％的湿法磷酸与氨气加热反应制取全水溶低聚合度聚磷酸铵水溶液。
目前生产水溶性聚磷酸铵多以热法聚磷酸为主要原料，热法磷酸的生产成本很高，作为低聚磷酸铵肥料合成原料使肥料价格变高。也有用湿法磷酸生产聚磷酸铵，但由于湿法磷酸生产全水溶固体状聚磷酸铵的工艺条件难于控制，且不能全溶等问题，产品多数为聚磷酸铵水溶液。
固体状的水溶性聚磷酸铵由于其包装、运输和使用特性均优于液体产品，受到了行业内的关注，并有相关机构做了研究，但由于产品粘性大、干燥困难以及难于粉碎等特点，导致产品物理性质较差，对产品包装和使用造成困难，没有得到产业化生产。目前如何改善水溶性聚磷酸铵物理性质，生产可粉碎的固体状产品已逐渐被行业内重视。
发明内容
本发明的目的在于针对目前采用工业磷酸、聚磷酸、湿法磷酸生产液体聚磷酸铵肥料生产成本高、包装及运输成本高，不适应农业使用等问题，提出一种采用湿法净化磷酸为原料，制备低聚合度水溶性聚磷酸铵的生产方法，以能够降低生产成本，便于运输，其产品中N、P2O5总养分大于70％，水不溶物小于0.5％。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现。
一种湿法净化磷酸制备水溶聚磷酸铵的生产方法，包括以下步骤：
(1)将湿法净化磷酸和尿素按一定比例加入到混合器中，以尿素、磷酸摩尔比为0.6～2.0，预热升温至40～100℃，获得磷酸尿素溶液。
(2)将步骤(1)中预热混合得到磷酸尿素溶液加入到聚合反应器，控制聚合反应温度为130～200℃，反应时间为20～120分钟，聚合反应完成后反应物料经冷却后得到水溶性聚磷酸铵固体产品。
步骤(A)中所述原料湿法净化磷酸，其磷酸浓度为70～85％。
步骤(A)通过控制不同的尿素与磷酸摩尔比，可得到不同品质的聚磷酸铵产品(详见具体实施方式中的实施例)。
步骤(B)聚合反应完成后，反应物料的冷却温度应控制在50℃以下。
步骤(B)冷却后的聚磷酸铵需要经过粉碎方可得到具有包装特性的粉末状聚磷酸铵产品，冷却前的聚磷酸铵可直接加水溶解得到液体聚磷酸铵产品。
步骤(B)得到的水溶性聚磷酸铵固体产品的N、P2O5总养分大于70％，水不溶物小于0.5％。
本发明中水溶性聚磷酸铵是由湿法净化磷酸和尿素缩合法制备，即在一定温度下，湿法净化磷酸与尿素以一定物料比例加热混合均匀，然后进一步加热，经发泡、聚合和冷却等即可得到白色干燥固体，粉碎后得到成品。
磷酸与尿素缩合法制备聚磷酸铵的主要反应式为：
nH3PO4+(n-1)CO(NH2)2→(NH4)n+2PnO3n+1+(n-4)NH3↑+(n-1)CO2↑
反应式中聚磷酸铵通式为(NH4)n+2PnO3n+1，其中n即为聚合度。本发明制备的是低聚合度水溶性聚磷酸铵，n都较低。
所述步骤(A)通过控制不同的尿素与磷酸摩尔比，可得到不同品质的聚磷酸铵产品是指：如果尿素与磷酸摩尔比为0.6～0.8时，可以得到N-P2O5-K2O含量近似于12-57-0的聚磷酸铵产品(其中12表示产品中的N含量，57表示产品中的P2O5含量，0表示产品中的K2O含量)。如果尿素与磷酸摩尔比为0.9～1.4时，聚磷酸铵产品N-P2O5-K2O近似为17-56-0或18-60-0。如果尿素与磷酸摩尔比为1.5～2.0时，聚磷酸铵产品N-P2O5-K2O近似为21-54-0或24-45-0。
相对于现有技术，本发明主要有以下优点：
1、本发明采用湿法净化磷酸为水溶聚磷酸铵的主要原料，其成本低于目前所用的热法聚磷酸，大大降低了生产成本；
2、本发明中另一主要原料为尿素，可以充分利用国内丰富的尿素资源，而且尿素在反应中充当了氨化剂和缩合剂的角色，能够促进聚磷酸铵的生成。
3、目前文献报道的湿法磷酸生产聚磷酸铵多数为聚磷酸铵水溶液，存在包装和运输经济性差，产品适用性窄等缺点。本发明产品为固体状，便于包装和运输，物性和适用性较好，可粉碎生产粉状聚磷酸铵，造粒生产粒状聚磷酸铵，或加水溶解生产聚磷酸铵水溶液。
4、本发明所得产品N、P2O5总养分大于70％，水不溶物小于0.5％，可用于配制高养分高水溶性的高端水溶肥和液体肥。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的实施步骤作进一步详细说明，以利于更加清楚明白的理解本发明的目的、技术方案和优点，但附图和实施例并不是对本发明技术方案的限定。
实施例1：
将原料湿法净化磷酸和尿素按CO(NH2)2与H3PO4的摩尔比1:1进行配料加入到混合器中，预热升温至80℃，使尿素与湿法净化磷酸充分混合，得清澈透明的磷酸尿素溶液，将磷酸尿素溶液加入到聚合反应器中，温度升至170℃，经50分钟充分的聚合反应后冷却，取出物料粉碎，即得到粉状水溶聚磷酸铵产品。产品分析检测结果见表1：
表1水溶聚磷酸铵产品分析检测结果
本发明特研究针对现有聚磷酸铵的生产方法，解决水溶性聚磷酸铵生产成本高、不能全溶、聚磷酸铵水溶液不利于运输等问题，采用湿法净化磷酸生产低聚合度全水溶聚磷酸铵，产品为固体状，便于运输，且湿法净化磷酸成本较目前生产所用的热法聚磷酸低。该方法工艺控制简单，所得产品N、P2O5总养分大于70％，水不溶物小于0.5％。
实施例2：
将原料湿法净化磷酸和尿素按CO(NH2)2与H3PO4的摩尔比1:1进行配料加入到混合器中，预热升温至90℃，使尿素与湿法净化磷酸充分混合，得清澈透明的磷酸尿素溶液，将磷酸尿素溶液加入到聚合反应器中，温度升至190℃，经30分钟充分的聚合反应后冷却，取出物料粉碎，即得到粉状水溶聚磷酸铵产品。产品分析检测结果见表1：
表2低聚合度全水溶聚磷酸铵产品分析检测结果
实施例3：
将原料湿法净化磷酸和尿素按CO(NH2)2与H3PO4的摩尔比1.5:1进行配料加入到混合器中，预热升温至80℃，使尿素与湿法净化磷酸充分混合，得清澈透明的磷酸尿素溶液，将磷酸尿素溶液加入到聚合反应器中，温度升至170℃，经80分钟充分的聚合反应后冷却，取出物料粉碎，即得到粉状水溶聚磷酸铵产品。产品分析检测结果见表1：
表3低聚合度全水溶聚磷酸铵产品分析检测结果
实施例4：
将原料湿法净化磷酸和尿素按CO(NH2)2与H3PO4的摩尔比1.25:1进行配料加入到混合器中，预热升温至90℃，使尿素与湿法净化磷酸充分混合，得清澈透明的磷酸尿素溶液，将磷酸尿素溶液加入到聚合反应器中，温度升至160℃，经60分钟充分的聚合反应后冷却，取出物料粉碎，即得到粉状水溶聚磷酸铵产品。产品分析检测结果见表4：
表4低聚合度全水溶聚磷酸铵产品分析检测结果

Claims (6)

1.一种湿法净化磷酸制备水溶聚磷酸铵的生产方法，其主要特征在于采用湿法净化磷酸、尿素为原料，高温下直接聚合反应得到水溶性聚磷酸铵固体产品，主要生产工艺步骤如下：
A).将湿法净化磷酸和尿素按一定比例加入到混合器中，以尿素与磷酸摩尔比为0.6～2.0，预热升温至40～100℃，获得磷酸尿素溶液；
B).将预热混合得到磷酸尿素溶液加入到聚合反应器，控制聚合反应温度为130～200℃，反应时间为20～120分钟，聚合反应完成后，反应物料经冷却后得到水溶性聚磷酸铵固体产品。
2.根据权利要求1所述的一种湿法净化磷酸制备水溶聚磷酸铵的生产方法，其特征在于所述湿法净化磷酸为浓度为70～85％H3PO4。
3.根据权利要求1所述的一种湿法净化磷酸制备水溶聚磷酸铵的生产方法，其特征在于步骤(A)通过控制不同的尿素与磷酸摩尔比，可得到不同品质的聚磷酸铵产品。
4.根据权利要求1所述的一种湿法净化磷酸制备水溶聚磷酸铵的生产方法，其特征在于步骤(B)聚合反应完成后，反应物料的冷却温度应控制在50℃以下。
5.根据权利要求1所述的一种湿法净化磷酸制备水溶聚磷酸铵的生产方法，其特征在于步骤(B)冷却后的聚磷酸铵需要经过粉碎方可得到具有包装特性的粉末状聚磷酸铵产品，冷却前的聚磷酸铵可直接加水溶解得到液体聚磷酸铵产品。
6.根据权利要求1所述的一种湿法净化磷酸制备水溶聚磷酸铵的生产方法，其特征在于步骤(B)得到的水溶性聚磷酸铵固体产品的N、P2O5总养分大于70％，水不溶物小于0.5％。
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