用工业磷酸品质的磷酸生产绿色优质高效复肥磷铵的方法.pdf

本发明公开了一种用工业磷酸品质的磷酸生产绿色优质高效复肥磷铵的方法，本发明采用液氨和高炉磷酸为原料，按重量份取浓度为99.6%～99.8%的液氨15～24份、取含五氧化二磷浓度为38%～45%的高炉磷酸135～140份，将液氨和高炉磷酸原料分别加入到反应器里进行中和反应，然后将中和液经浓缩蒸发处理后得结晶体，再将结晶体经干燥后即可制得绿色优质高效复肥磷铵成品。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要求的优点，而且本发明还具有适合于大规模生产的优点。

1.  一种用工业磷酸品质的磷酸生产绿色优质高效复肥磷铵的方法，其特征在于：采用液氨和高炉磷酸为原料，按重量份取浓度为99.6%～99.8%的液氨15～24份、取含五氧化二磷浓度为38%～45%的高炉磷酸135～140份，将液氨和高炉磷酸原料分别加入到反应器里进行中和反应，然后将中和液经浓缩蒸发处理后得结晶体，再将结晶体经干燥后即可制得绿色优质高效复肥磷铵成品。

2.  根据权利要求1所述的用工业磷酸品质的磷酸生产绿色优质高效复肥磷铵的方法，其特征在于：在将液氨和高炉磷酸原料混合在一起进行中和、分离处理时，将中和、分离处理后的母液再返回到中和反应器中。

3.  根据权利要求1所述的用工业磷酸品质的磷酸生产绿色优质高效复肥磷铵的方法，其特征在于：所采用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。

用工业磷酸品质的磷酸生产绿色优质高效复肥磷铵的方法
技术领域
本发明涉及一种用工业磷酸品质的磷酸生产绿色优质高效复肥磷铵的方法，属于复肥磷铵生产技术领域。
背景技术
作为与世界各国农业发展紧密相关的化肥工业已完成了从无到有、从小到大，从单-低效到高效复合肥产品的三大步发展，而当今世界各国的高效复肥工业又无一不是建立在以优质硫、磷资源为基础的“湿法”磷酸工艺基础上，世界各国历经数十年的实践证明，高效复肥的使用的确对世界各国的农业稳定生产，起到了难以估量的重大作用；我国也不例外，经过改革开放近30年的努力，目前我国已由过去上世纪90年代的95％以上高效复肥磷铵的供应依赖进口，发展到今天我国不但能全面保证国内需求外，而且还是高效复肥国际贸易的主要出口国。但是，目前在现有技术中通常采用农用“湿法”磷酸来生产的高效复肥磷铵。随着广大人民生活水平的不断提高，对农作物品质的要求也不断提出越来越高的新要求，为此，绿色农业应运而生，从而引发使用化肥是否能符合绿色农业要求的热烈争论，尽管目前这些争论在我国还没有一个明确的结论，但也不难看出：反对使用化肥的论点是化肥成份不纯，杂质多，这些杂质通过农作物的食物链从而影响人们的健康，所以，反对者大力倡导使用有机农家肥而反对使用化肥(实际上，经有关单位研究测试的数据表明，有机农家肥的有害成分丝毫不比矿质化学费低)；赞成使用化肥方的论点是现实社会人口越来越多，如果不使用化肥以粮为代表的农作物根本不能满足人类生存的需求。其实这两种观点所反映的是，前者强调人类生活的质量，后者强调的是保障人类生活的数量，而造成两者不协调的根源是化肥的质量，如果通过科技创新能生产出符合绿色农业需要的含杂质很少的优质绿色化肥，这些争论就会迎刃而解。所以，“化肥安全是食品安全的源头保证”这一观点不仅已被国际化肥协会认同，而且还大力倡导，现今发达国家对化肥产品已建立了十分严格的管理制度，近年来我国农产品因生态指标达不到要求，使出口受到阻碍的事件屡屡发生，就很能说明生产绿色优质化肥是国内外人类社会发展所共同的期待。回过头来看看，是什么原因引起这场争论的呢？这是因为当今世界最主要的高效复合肥——磷铵，它是按“湿法”磷酸工艺来生产的，现将这种用于生产高效复肥的农用“湿法”磷酸按照数十年应用的有关企业标准和另外的“热法”工业磷酸及食品磷酸，分别比较记述如下：


由以上的有关标准，可以看出农用“湿法”磷酸中的硫酸盐含量是工业磷酸的2560～770倍；氟化物，前者是后者的700～280倍，氯化物、砷、重金属Pb等对人健康有更大负面影响的物质前者未计，而后者均有严格的量化指标要求，致于SiO₂、CaO、Al₂O₃、固形物等物质前者含量很高而后者基本没有，所以通过以上的数据对比，不难得出以农用“湿法”磷酸来生产的高效复肥磷铵，要想达到符合绿色农业的要求，显然差距是很大的。在这里也需要着重说明解释如下：用农用湿法磷酸生产的高效复肥虽然所含杂质较多，通过农作物的食物链不可否认难免也会有很少量地带入人类的身体中，但是自从德国科学家李比希1840年提出“植物矿物营养”学以来，人类使用各种化肥已有约150年的历史，事实证明化肥对人类的贡献是巨大的，正因如此，化肥行业才能在这百余年的历史进程中，发展成为庞大的化肥产业群；所以人们也不必为化肥中的一些不足而担心，事实求是地讲作为化肥产业中氮、磷、钾三大主流产品中，用量最多的氮肥尿素其杂质是很少的，另外作为钾肥的主要品种氯化钾和硫酸钾所含杂质也比磷肥低很多，所以，现代化肥中的不足之处重点是磷肥，其中重中之重的是占世界磷肥主导品种也是用量最多的高效复肥磷铵，为此，我们将它的现有允许标准作为重点来分析说明现代“湿法”磷酸生产工艺是产生其不足之处根原的道理；由于工业磷酸的国标要求与能直接掺与食用的食品级磷酸的质量很接近，所以用工业磷酸来生产磷铵，(或标准要求接近的磷酸，但As、Pb、F等对身体的危害元素应严格控制)。其质量肯定会得到极大的提高而符合绿色农业对绿色化肥的要求；但是，目前从世界各国的研究不论是用“湿法”磷酸来净化，或是用电炉炼磷先得到精制黄磷来生产工业磷酸再生产绿色优质化肥磷铵，其生产成本和生产工艺的复杂性都是现实社会难以承受的，退一步讲就算通过政策、补贴等措施使其经济能过关，而社会的大量需求，上述的生产工艺规模也根本无法满足，所以现有的生产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：提供一种制作成本低、生产工艺简单并且产品质量能符合绿色农业要求的用工业磷酸品质的磷酸生产绿色优质高效复肥磷铵的方法，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生产绿色优质高效复肥磷铵的方法是：采用液氨和高炉磷酸为原料，按重量份取浓度为99.6％～99.8％的液氨15～24份、取含五氧化二磷浓度为38％～45％的高炉磷酸135～140份，将液氨和高炉磷酸原料分别加入到反应器里进行中和反应，然后将中和液经浓缩蒸发处理后得结晶体，再将结晶体经干燥后即可制得绿色优质高效复肥磷铵成品。
在将液氨和高炉磷酸原料混合在一起进行中和、分离处理时，将中和、分离处理后的母液再返回到中和反应器中，进行循环使用。
本发明所采用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来与氨反应加工而制得绿色优质高效复肥磷铵产品，该产品通过有关单位的测试数据分析，已经基本达到用工业磷酸来生产优质磷铵的标准，尤其是砷(As)、重金属(Pb)、氟化物(以F计)的含量能够得到大幅度的控制下降；同时本发明的新工艺也适合于大规模生产。
由于本发明的高炉磷酸的生产原理与电炉炼磷的原理是基本一致的，但两者的重大区别有三：
①高炉磷酸所需的大量热能是靠燃烧焦、煤来提供，而电炉炼磷的热能是靠电能转换成热能来提供。
②高炉磷酸可以直接使用中、低品位的磷矿(含P₂O₅：20±3％的磷矿)，而电炉炼磷必须使用高品位的磷矿(含P₂O₅≥30％)。
③高炉磷酸能大规模生产，而电炉炼磷的规模强度大大低于前者，两者的生产强度差距达10倍左右。
电炉炼磷所生产的“热法”磷酸目前是供应世界上各种磷酸盐的主要原料，因为用电炉冶炼磷矿得到的精制黄磷是通过其高温升华后再冷凝而获得，磷矿中的杂质(不论金属氧化物还是非金属氧化物)全部进入炉渣呈高温熔体以液体渣形态定期从电炉底部排出。所以，电炉炼磷所生产出的“热法”磷酸与农用“湿法”磷酸在质量上有天壤之别，因为农用“湿法”磷酸是通过硫酸从磷矿中萃取生产出来的，在这一过程中，磷矿中的各种杂质也会与具有强酸性质的硫酸发生反应生成相应的各种硫酸盐与复合盐溶于新生成的磷酸中而难以除去，所以这种“湿法”磷酸只好用来生产高效复合肥磷铵，而不能作为工业磷酸使用，如果要将“湿法”磷酸中的杂质一一除去达到工业磷酸标准，工艺很复杂，成本也会大大增加而降低竞争力。高炉磷酸的生产原理与电炉炼磷的原理基本一致，首先在高炉中冶炼出磷矿中的磷，通过气态从高炉顶部管道逸出炉外，磷矿和焦、煤中的各种杂质也像电炉黄磷的炉渣一样是呈高温液态从炉底的排渣口定期排出；所以，高炉磷酸的质量基本接近电炉炼磷的热法工业磷酸质量，只不过高炉磷酸的生产工艺过程中排出的灰尘量比电炉炼磷多，这种液、固相的分离只要通过一般的液、固离心分离设备就能解决，所以，用高炉磷酸制取的绿色优质高效复肥磷铵，完全能达到符合绿色农业的要求。
采用本发明所生产制得的磷铵产品，经有关单位检测后其数据也完全证明其质量与用工业磷酸生产的优质磷铵品质基本一致。为进一步说明问题，现将“湿法”磷酸净化工艺与本发明的高炉磷酸用来生产绿色优质高效复肥磷铵的两种工艺比较阐述如下：
“湿法”磷酸的净化工艺：截至目前为止国内外还没有用净化后的“湿法”磷酸来生产绿色优质高效复肥磷铵的有关报导，但出于企业参与市场竞争生产工业磷铵的需求，国内外有关企业和单位对“湿法”磷酸的净化工艺研究作了不少工作，概括起来有关情况表述如下：
由于硫酸与精磷矿制取磷酸的“湿法”磷酸第一步只能获得含P₂O₅约25±2％左右的稀磷酸，不仅如此，产品稀磷酸中主要含有的大量杂质，如Mg²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Aλ³⁺、SO₄^2-和F^1-等，其杂质含量取决于各地不同磷矿的原料成份，为了更好地获取磷矿中的磷，所以作为主要反应物之一的硫酸都要比理论需要值高出2％左右，在磷酸产生的过程中还拌有少量氢氟酸的生成，所以，实际生成的稀磷酸是一种含有少量硫酸，氢氟酸的混酸，而硫酸与氢氟酸是两种强酸对人体的危害很大，由于含SiO₂、CaO、Aλ₂O₃的固形物相对比较易于净化，而砷、镉、重金属等物质虽然对人的危害更大但含量较之硫酸根，F的含量要少得多，所以脱硫除氟是净化的重点，然后相应再除去砷、镉、重金属等有害物质，从目前已有的各种研究成果(包括稀磷酸和浓磷酸的净化研究)所形成的企业工业磷酸标准，都能接近热法工业磷酸国标的质量，其差别主要在硫酸根的含量大大偏高以SO₄盐为例，大型企业标准合格品是≤0.2％而国标合格品是≤0.01，两者相差20倍，氟的情况也大致如此。湿法磷酸的净化工艺技术实现了企业参与热法磷酸及磷酸盐的市场竞争，增加了企业的效益；但是这一工艺技术却给社会带来了更为严重的问题，这是因为采用这些净化工艺技术目前湿法磷酸的磷回收率只有40％左右，那么净化后的各种众多杂质并未除去而是溶于余酸中，其浓度提高近一倍和余酸所形成的淤渣被完整无遗地留下又不能丢掉，为此经过研究又完成了另一“重大”成果将其进一步加工成为高效复肥磷铵，但这个时候生产出的磷铵与未净化前的湿法磷酸生产出的磷铵相比其各种杂质的含量自然也提高了近一倍，将这样的高效复肥用于农业生产，其后果自然更坏。而以高炉磷酸为原料用来生产绿色优质高效复肥磷铵，由于高炉磷酸本身质量达到国标工业磷酸的质量要求，所以，不仅生产出来的高效复合肥磷铵符合绿色优质高效化肥的要求，而且工艺大大简化。为了更好地说明问题，现将上述两种工艺的流程分别表述比较如下：
两种工艺的比较：
1)、现有技术中的“湿法”磷酸净化制磷铵工艺如图1所示；
2)、本发明的高炉磷酸制备绿色优质磷铵的工艺如图2所示。
将本发明所生产的产品与现有的绿色化肥质量进行比较：目前我国认可的绿色化肥是高炉钙镁磷肥，但这种化肥是一种含P₂O₅仅为12～18％的低效枸溶性磷肥，而采用本发明生产的绿色优质高效复合肥磷铵含P₂O₅高达45～50％，含N量：10～17％，水溶性含量≥90％，其它杂质含量符合工业磷酸对各种杂质的要求，所以，两相比较可看出，采用本发明所生产的高效复肥磷铵完全符合绿色优质化肥的要求。
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要求的优点，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为现有技术中的“湿法”磷酸净化制磷铵工艺流程图；
图2为本发明的高炉磷酸制备绿色优质磷铵的工艺流程图。
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：生产绿色优质高效复肥磷铵时，采用液氨和高炉磷酸为原料，其高炉磷酸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产品，液氨可直接采用市场上出售的浓度为99.6％～99.8％的液氨成品，然后取液氨15～24吨、取含五氧化二磷浓度为38％～45％的高炉磷酸135～140吨，将液氨和高炉磷酸原料分别加入到反应器里进行中和反应，并将中和、分离处理后的母液再返回到中和反应器中循环使用，然后将中和液经浓缩蒸发处理后得结晶体，再将结晶体按常规干燥工艺处理后即可制得100吨左右的绿色优质高效复肥磷铵成品。