用工业磷酸品质的磷酸制取全水溶性高效复肥磷氨的方法

摘要

本发明公开了一种用工业磷酸品质的磷酸制取全水溶性高效复肥磷氨的方法，该方法先将高炉磷酸中直径为5μm以上的粉尘脱除掉，得精细高炉磷酸；然后按重量份取氨140份和磷酸浓度为35%的精细高炉磷酸2440份分别加入到中和反应器里进行中和反应后得中和液；或按重量份取氨260份和取磷酸浓度为45%的精细高炉磷酸1660份分别加入到中和反应器里进行中和反应后得中和液；然后将上述两种中和液分别经冷却结晶分离出结晶体，将结晶体经干燥处理后，即可制得绿色优质的全水溶性高效复肥磷酸一铵和磷酸二铵。本发明不仅具有制作成本低、生产工艺简单和产品质量符合或超过绿色农业所要求的质量的优点，而且本发明还具有适合于大规模生产的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用工业磷酸品质的磷酸制取全水溶性高效复肥磷氨的方法，属于复肥磷铵生产技术领域。

背景技术

水、肥、土、种作为世界各国农业生产必不可少的四大要素，其中水的重要性早在我国农业经济社会时期就有深刻的总结认识“有收无收在于水，收多收少在于肥。”人类社会发展到今天，对于水、肥、土、种四大要素的各种工、农业技术的研究成果，尽管取得了许许多多不菲的成就。但是，随着人口不断的增长，1987年7月11日是地球上第50亿位居民的诞生，但十余年后的本世纪，世界人口已超过60亿，对各种农作物的需求压力越来越大，尤其是世界人口第一的我国面临的水资源的供应不仅城市生活用水困难，农业生产用水的问题更为突出；据有关资料表明：我国人均水资源量仅为世界人均水资源量的1/4，分布南方占70%，北方占30%，而我国农业用水量最多，要占总用水量的6成以上。改革开放30年我国的社会发展发生了巨大的变化，但是作为水资源相对丰富的南方农业生产重点转移到北方广大地域却代来不少新的重大难题，其中最为严重的就是如何保证农业生产用水，我国广大农业科技人员吸取国外的先进经验，结合我国实际提出解决这一重大难题的最有效办法就是应用滴灌节水技术。如果水、肥能完全溶在一起，通过滴灌节水技术及其相配套的设施直接作用到农作物上，那就会产生1+1大于2的复合效果，不仅节约了水，也节约了宝贵的化肥，在大大提高肥效的同时还减少了对周围环境和水源的富态化污染。也减轻了用肥农民的经济负担，从而达到使农民增收节支的目的。正因为水溶肥有如此多的好处，（据有关资料报导常规化肥当季利用率大都在20～30%，而水溶肥可以达到70～80%）2010年11月12日在南京召开的中国水溶性肥料高峰论坛上，专家们一致呼吁：“目前我国水溶性肥料，正处在从辅助性肥料向主要肥料转变的关键时期，应积极发展并推广全水溶性肥料”。但是作为目前在全世界占有绝对统治地位（我国也不例外）的、肥效最好的高效复肥磷铵的湿法磷酸生产工艺，由于原料磷矿等原因和生产工艺自身的特点，很难生产出全水溶性磷铵，按目前执行的国标磷铵要求，磷铵产品的水溶性磷占有效磷的百分率从合格品到优质品的要求是70～90%，而实际生产中的优等品磷铵水溶性磷也很难达到90%，普通磷铵产品仅在80%左右。不仅如此，用现有的湿法磷酸工艺生产的磷铵其不溶于水的固体杂质较多，这对与滴灌配套的管网设施的正常运行十分不利。此外，尽管国标并不要求检测，但实际产品中含重金属铅、镉等的继复合盐类杂质也不同程度的存在，这对人们的健康和赖以生存的土壤都造成相当负面的影响。经对现有技术进行长期研究分析发现，现有技术所存问题的症结在于：生产高效复肥磷铵的最主要原料一是合成氨，二是磷酸，一般而言合成氨的质量纯度从理论上分析是可以达到99.6%以上的，所以作为制取绿色优质高效复肥磷铵的原料，质量是有保障的。但是目前世界各国（也包括我国）用于生产磷铵的“湿法”磷酸工艺，由于各国磷矿的各种杂质成份出入很大，所以世界各国的湿法磷酸只有各国的行业和企业标准，以我国为例，现将湿法磷酸沿用的行业标准和某大型国企的企标及2008年颁发的国标GB工业磷酸合格品和2004年颁发的国标GB食品级磷酸的质量做一比较（如下页表所示），我们就可看出差距有多么大。

 

从上表的有关标准的数据中我们不难看出，国标工业磷酸和国标食品级磷酸的差别并不大，而它们与农用湿法磷酸杂质却有数以百倍计的差距，作为与农业生产息息相关的高效复肥磷铵每年都需大量使用，尤其在要求不断提高单产的今天更是如此，因湿法磷酸含有砷，铅、镉等重金属，氟化物，氯化物等有害物质，长期使用这种用湿法磷酸生产的高效复肥磷铵必然会给土壤带来严重的累积危害；并且通过食物链给人们的身体健康带来一定的负面影响；但是国标工业磷酸的合格品与国标食品级磷酸由于其深加工的各种产品直接服务于人们的日常生活，所以，对上述有害元素的要求十分严格。而湿法磷酸由于过去 “可以理解”的原因一直都采用不计的办法加以“过关”，但谁都知道问题的严重性是客观存在的。而目前用电炉法生产的热法磷酸，虽然具有质量优于湿法磷酸的突出优势，但是由于要使用大量的优质能源电，而且生产能力十分有限，不论从经济上和保证供应方面都难以满足农业生产的实际所需。目前，采用现有的工业化生产技术所生产的合成氨的质量纯度一般都在90%以下。因此，现有的生产复肥磷铵的技术由于存在着上述种种弊端，还是不能满足社会的需要。

发明内容

本发明的目的是：提供一种制作成本相对较低、生产工艺相对简单、且产品质量能符合绿色农业生产要求的用工业磷酸品质的磷酸制取全水溶性高效复肥磷氨的方法，以生产出水溶性占有效磷达99%以上的绿色优质全水溶性高效复肥磷铵，从而克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：本发明的一种用工业磷酸品质的磷酸制取全水溶性高效复肥磷氨的方法是，采用氨和高炉磷酸为原料，高炉磷酸的磷酸浓度为35～45%，先将高炉磷酸中直径为5μm以上的粉尘脱除掉，得精细高炉磷酸原料备用；按重量份取浓度含为99.6～99.8的氨140份和取磷酸浓度为35%的精细高炉磷酸2440份，将氨和精细高炉磷酸分别加入到中和反应器里进行中和反应得中和液，然后将中和液经冷却结晶分离出结晶体，将结晶体经干燥处理后，即可制得绿色优质的全水溶性高效复肥磷酸一铵；或按重量份取浓度为99.6～99.8的氨260份和取磷酸浓度为45%的精细高炉磷酸1660份，将氨和精细高炉磷酸分别加入到中和反应器里进行中和反应得中和液，然后将中和液经冷却结晶分离出结晶体，将结晶体经干燥处理后，即可制得绿色优质的全水溶性高效复肥磷酸二铵。

上述的氨是浓度为99.6～99.8的液氨或气氨。

在将上述中和液经冷却结晶分离出结晶体后，将分离处理后所剩的母液再返回到中和反应器中，进行循环使用。

上述的高炉磷酸为采用中国专利文献所公开的申请号为98112155.1、发明名称为：“高炉磷酸的生产方法及所用设备”的技术方案所生产制得的高炉磷酸。 

由于采用了上述技术方案，本发明采用现有的中国专利文献所公开的申请号为：98112155.1，发明名称为：“高炉磷酸的生产方法及所用设备”的技术方案所生产制得的高炉磷酸作为生产原料，该高炉磷酸质量经有关单位检测数据为：色度：20，磷酸浓度（含P₂O₅）：40.8%，氧化物（以Cl计）：＜0.0005，硫酸盐（以SO₄计）：0.01，铁（以Fe计）：0.054，砷（以As计）：0.006%，重金属（以Pb计）：0.005%，通过以上所测数据，不难看出高炉磷酸的质量，仅仅铁含量偏高，这是因为试验过程所采用的设备装置为普通碳钢材料所致，如改用不锈钢设备，完全可以达到0.005%的指标要求，再者这一指标也仅为湿法磷酸行业标准的0.054/5.5=0.0098，降低了100倍以上；与某大型复合肥企业比，0.054/1.04=0.052，降低了近20倍。本发明将现有的这种高炉磷酸经过滤精除尘的方式处理后，将其高炉磷酸中的直径在5μm以上的粉尘脱除掉而制得精细高炉磷酸，并将该所制得的精细高炉磷酸和氨经中和反应、分离处理后即可制作得到有效磷达99%以上的全水溶性高效复肥磷酸一铵或全水溶性高效复肥磷酸二铵的绿色优质高效复肥磷铵产品。采用本发明所生产的产品经有关检测单位检测的数据如下：总养分：（N+P₂O₅）%：73.2，总氮（N）%：19.2，有效磷（以P₂O₅计）%：54.0，全水溶性磷占有效磷%：99.8。通过以上数据，不难看出用高炉磷酸生产的全水溶性磷铵产品中，各种杂质及砷（以As计），重金属（以Pb计）、氟化物（以F计）的含量由于大幅度的下降，才使高炉磷酸制得的全水溶性磷铵产品质量有保障；同时本发明的新工艺今后也能适合大规模的生产。

采用本发明所生产的产品与现行产品比较如下：随着先进农业滴灌技术的不断推广应用，对全水溶性化肥的社会需求，将会越来越大，尿素、硫酸钾等可溶性氮、钾肥自然是必不可少。但作为肥效最好的高效复肥磷铵目前的产品却跟不上社会现实要求的步伐。因为用电炉热法磷酸来生产磷铵，质量自然有保障，但成本太高，农业生产难以接受，最后势必影响消费者，再者其产量有限和巨大的清洁能耗也难以承受。对湿法磷酸进行净化技术研究是目前较为可行之路，由于滴灌施肥技术是近年来世界各国推广应用的一项先进技术，它要求的水溶性高效复肥磷铵，应具有高效、全溶、高利用率及高速效性等特点而成为当今世界化肥的精品，尽管目前我国的全水溶性高效复肥磷铵仍处在辅助性的肥料阶段，但我国农业社会发展的现实要求，今后它完全应该成为我国化肥的主力品种，为了进一步作比较，现将有关问题说明如下：

目前我国用湿法磷酸净化技术生产的全水溶性磷铵还没有国家标准，甚至也还没有行业标准，但有一些大型企业近几年从事了这方面研究，有一些以企标为准的产品供应市场，现将目前普通高效复肥磷铵和一些企标的全水溶性磷铵，和本发明的全水溶性磷铵的有关数据比较如下表：

注：生产磷酸二铵比磷酸一铵对磷酸质量的要求更高些。

 

通过以上的各有关数据，不难看出本发明用高炉磷酸制出的全水溶性磷占有效磷的含量不仅大大高于普通国标磷铵优等品全水溶性磷占有效磷的80～90%，而且也优于某大型企业的企标特等品99%的指标要求，不仅如此，在生态环境和经济上也有很强的的竞争力，为了更好地说明此问题，现将两者的有关生产工艺比较说明如下：

本发明与现行湿法磷酸工艺净化技术的比较：

自从1870～1872年在德国诞生湿法磷酸生产工艺后，经过半个世纪的努力，美国于1920第一个生产出高效复肥磷酸一铵的国家，1954年美国同时又成为首个生产磷酸二铵的发明国，经过多年众多科技人员的努力，对高效复肥磷铵的生产总结出一个十分重要的结论：磷酸中的杂质含量高时会使磷铵中N和P₂O₅的含量下降，当磷铵中（Fe₂O₃+Al₂O₃+MgO+CaO+F）含量超过8%时，就唯以获得合格的18-46-0磷酸二铵产品，要想生产出18-46-0的磷酸二铵产品，磷酸中的杂质含量比：（Fe₂O₃+Al₂O₃+MgO+MnO₂）% / P₂O₅%应小于0.1，固体悬浮物应小于2%。这一结论数十年来十分有力地指导着从事磷铵的众多科研、管理和生产者，同时数十年来这一结论也使湿法磷酸生产者形成了一个共识：要想生产出优质磷铵必须从源头的磷矿抓起，不仅要求磷矿的品位含P₂O₅要高，而县磷矿的各种金属和非金属的氧化物杂质的含量也要低，由于近百年来世界各国高品位磷矿的大量消耗，加之磷资源是一种十分宝贵的不可再生和不可合成的替代资源，目前，迫使世界各国从事高效复肥的科研、生产的决策层，经过长期的研讨后，走上了对中品位磷矿进行选矿的途径。尽管如此，这一决策及目前的研究成果也仅仅使宝贵磷资源对人类农业生产的保障期延长了20～30年；而且，由于湿法磷酸生产工艺的局限性，根本无法满足现实我国社会农业用水十分紧缺和改变农田长期受重金属铅、镉和砷等的污染现状；为此，我国一些大型磷复肥企业根据湿法磷酸工艺的上述情况又进一步对产出的湿法磷酸进行净化技术的研究；目前的净化技术不管是采取有机溶剂（溶于水）——化学沉法，还是有机溶剂（不溶于水）——化学沉淀法，或有机溶剂萃取法，或化学一浓缩净化法，或化学净化法，其净化成本均需增加30~45%，而且净化磷酸的磷酸回收率一般只能达到50%左右，被净化后的各种不利杂质仍然留在渣酸中，使其杂质浓度提高了约一倍，利用这种含有害杂质增加一倍左右的渣酸再加工成磷铵又施于农田，更增加了对农田的危害，虽然净化后的磷酸可以制成全水溶性磷铵用于滴灌先进农业技术，但是湿法磷酸的净化技术对农业生产的正、负效应同时矛盾存在，加之其产量有限，虽然能提高企业一定的经济效益，但是用以人为本的科学发展观来严格衡量，并不完全乎合可持续发展精神的要求。

本发明的采用高炉磷酸作为生产原料的新工艺它不仅能克服湿法磷酸工艺：不能直接利用中、低品位磷矿；受制于大量进口优质硫资源硫磺的制约；污染生态环境三大战略性不利因素外。在同等国民待遇下，经有甲级资质的第三方有关单位测算，其生产成本低于湿法磷酸约10～15%，更为重要的是本发明所采用的高炉磷酸的质量接近热法工业磷酸的品质，根本不需要像湿法磷酸那样采用复杂的净化技术，就能直接用于制取全水溶性的绿色优质高效复肥磷铵，而且今后能大规模生产，满足我国北方广大滴灌设施的农业生产需要，在节水节肥同时又能实现保护农田不再受各种重金属物质的进一步危害。为我国的农业可持续发展提供宝贵的科技支撑和物质保障，这对稳定我国长期的农业安全生产具有十分重要的现实意义和深远影响。

从以上工艺流程和实验数据分析比较可得出，本发明与现有技术相比，本发明不仅具有制作成本低、生产工艺简单和产品质量符合或超过绿色农业所要求的质量的优点，而且本发明还具有适合于大规模生产的优点。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的实施例1：在实施本发明的一种用工业磷酸品质的磷酸制取全水溶性高效复肥磷氨的方法时，其工艺流程如图1所示，采用现有的氨和高炉磷酸为原料，其中氨可直接采用现有的浓度为99.6～99.8的液氨或气氨，高炉磷酸可采用现有技术中如中国专利文献所公开的申请号为98112155.1、发明名称为“高炉磷酸的生产方法及所用设备”的技术方案所生产制得的磷酸浓度为35%的高炉磷酸；先采用现有的过滤精除尘方式将高炉磷酸中直径为5μm以上的粉尘脱除掉，制得精细高炉磷酸原料备用；然后按重量份取浓度含为99.6～99.8的氨140份和取磷酸浓度为35%的精细高炉磷酸2440份，将氨和精细高炉磷酸分别加入到中和反应器里进行中和反应得中和液，然后将中和液经冷却结晶分离出结晶体，将结晶体经干燥处理后，即可制得绿色优质的全水溶性高效复肥磷酸一铵产品，该产品的全水溶性磷占有效磷≥99%。在将中和液经冷却结晶分离出结晶体后，将分离处理后所剩的母液再返回到中和反应器中进行循环使用即可。

实施例2：如图1所示，采用现有的氨和高炉磷酸为原料，其中氨可直接采用现有的浓度为99.6～99.8的液氨或气氨，高炉磷酸可采用现有技术中如中国专利文献所公开的申请号为98112155.1、发明名称为“高炉磷酸的生产方法及所用设备”的技术方案所生产制得的磷酸浓度为45%的高炉磷酸；先采用现有的过滤经精除尘的方法将高炉磷酸中直径为5μm以上的粉尘脱除掉，制得精细高炉磷酸原料备用；按重量份取浓度为99.6～99.8的氨260份和取磷酸浓度为45%的精细高炉磷酸1660份，将氨和精细高炉磷酸分别加入到中和反应器里进行中和反应得中和液，然后将中和液经冷却结晶分离出结晶体，将结晶体经干燥处理后，即可制得绿色优质的全水溶性高效复肥磷酸二铵产品，该产品的全水溶性磷占有效磷≥99%。在将中和液经冷却结晶分离出结晶体后，将分离处理后所剩的母液再返回到中和反应器中进行循环使用即可。