磷矿粉一步法制粒状过磷酸钙及其工艺制造技术

本发明专利技术涉及的是一种生产粒状过磷酸钙的工艺，属于化学肥料领域。该工艺从根本上改变了过磷酸钙的生产方法，改传统的过磷酸钙工艺为磷矿粉与硫酸在反应造粒机或普通圆盘造粒机内一步法制粒状过磷酸钙，将粉状过磷酸钙生产与粒化两个工艺过程合二为一，直接生产粒状过磷酸钙。采用防钝化活性剂，能大大促进硫酸与磷矿粉的反应，减少硫酸钙包裹现象的产生，从而大大提高反应速度，使反应在短时间内完成。本工艺取消了过磷酸钙的熟化工段，节省了熟化仓库的投资，解决了过磷酸钙熟化过程中大量氟气的无组织排放问题。采用本工艺生产的产品颗粒均匀、不易结块。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及的是一种生产粒状磷肥的工艺，属于化学肥料领域。过磷酸钙生产工艺简单，建厂投资少，对原料磷矿要求不高(与磷铵，重钙相比)，可利用我国大量存在的中低品位磷矿，且产品的成本比其他酸法磷肥低，因而，过磷酸钙仍是我国主要的磷肥品种之一。另外，过磷酸钙含有丰富的硫和钙，也是重要的硫肥。近年来我国磷铵和重钙等高浓度磷复肥施用量逐渐增加，但这些肥料不含或低含硫，从而导致土壤缺硫，目前我国40％左右的土壤出现缺硫。所以国家化肥发展规划要求过磷酸钙长期存在，并保持一定的比例，避免走西方国家的老路。生产过磷酸钙的化学反应分为两个阶段进行第一阶段，在过量硫酸存在下，磷矿粉(氟磷灰石)与硫酸反应，该反应是在磷矿粉分子表面上发生的非均相化学反应，反应生成磷酸和半水硫酸钙，半水硫酸钙在不同的温度下也可转化为二水或无水硫酸钙(见反应式1)。该反应阶段主要在生产过磷酸钙的混合器即反应器中完成(1)第二阶段，第一阶段反应生成的磷酸进一步分解氟磷灰石，生成磷酸二氢钙即过磷酸钙的主要成分(见反应式2)。第二阶段反应主要在生产过磷酸钙的熟化库中完成，第二阶段的反应时间也称熟化期，一般为10～30天。(2)生成的磷酸二氢钙溶解在磷酸溶液中，当磷酸二氢钙饱和以后，随分解反应的进行，Ca(H2PO4)2H2O结晶不断从溶液中析出。事实上，磷矿中并非全为氟磷灰石，还有数量不等的碳酸盐、倍半氧化物、氟化物、有机化合物，还会发生如下反应(3)(4)(5)(6)(7)由于硫酸分解磷矿的反应速度很快，从反应动力学来看，硫酸分解磷矿的速度是由反应产物从反应界面向溶液主体的扩散速度所决定，即主要是由硫酸分解磷矿生成硫酸钙的扩散速度所决定。在传统生产条件下，磷矿颗粒和溶液的界面形成过饱和度很高的硫酸钙溶液，从而导致大量的硫酸钙细小结晶生成，沉积于磷矿颗粒表面上，形成薄膜将未反应的磷矿粒包裹起来，增大硫酸或磷酸向磷矿颗粒表面扩散的阻力，阻碍反应进行，这称为过磷酸钙反应的包裹现象。在反应的第一阶段，为减少包裹现象的发生，必须控制适当的反应温度，搅拌强度，硫酸浓度，反应时间等。第二阶段的反应速度很慢，为加速反应，控制熟化温度，需要进行1-2次翻堆。目前，我国过磷酸钙均采用传统法生产，且产品为粉块状，物性差，施用不便。随着掺混肥及机械化施肥的需要，粒状过磷酸钙的市场需求日益扩大。为满足市场需要，有的工厂又将过磷酸钙进一步加工成粒状过磷酸钙。传统法过磷酸钙及粒状过磷酸钙的生产工艺见附附图说明图1。传统的过磷酸钙生产工艺有如下缺点(1)整个装置占地面积大、设备效率低；(2)熟化时间长达10～30天，熟化库产生的无组织排放气体无法处理，导致车间环境恶劣，并污染周围环境；(3)生产的产品均为粉块状，施用不便，更不能机械化施肥。目前，国际上新西兰的Bay of Plenty Associates无堆置熟化过磷酸钙生产技术处于领先地位，其生产工艺是在半成品(鲜肥)中加入调理剂，将调理后的鲜肥短期陈化后直接造粒，制成粒状过磷酸钙。从而取消过磷酸钙鲜肥15天左右的熟化期。我国云南磷肥厂，支付40万美元引进新西兰此项技术。该技术与我国现有技术相比，只是增加了对鲜肥进行加工处理的工序，省去了鲜肥的熟化，但过磷酸钙生产及其造粒工艺仍然与传统方法相同。本专利技术专利的目的为1．将过磷酸钙的生产及其粒化合二为一。2．取消过磷酸钙的熟化工段。磷矿粉一步法制粒状过磷酸钙及其工艺，从根本上改变了过磷酸钙的生产方法，和传统工艺相比有如下特点1．改传统法生产粉状过磷酸钙为磷矿粉一步法制粒状过磷酸钙。传统过磷酸钙是在液相状态下的液固反应，反应是在带有搅拌桨的反应器中进行。而磷矿粉一步法制粒状过磷酸钙是在固相状态下的液固反应，反应是在反应造粒机中进行，该工艺将粉状过磷酸钙的生产与粒化两个工艺过程合二为一，直接生产粒状过磷酸钙。2．磷矿粉一步法制粒状过磷酸钙技术取消了过磷酸钙的熟化，既节省了熟化仓库的投资，又彻底解决了过磷酸钙熟化过程中大量氟气的无组织排放问题。3．磷矿粉一步法制粒状过磷酸钙的技术关键为采用防钝化活性剂，防钝化活性剂的作用是增大磷矿粉与硫酸的反应接触面积，防止磷矿粉与硫酸反应过程中发生包裹现象，加快反应速度。其工艺突破是采用反应造粒机代替桨式混合器，不但使酸矿均匀混合，同样减少了硫酸钙包裹现象的产生，提高反应速度，使反应在短时间内完成，并直接制得粒状过磷酸钙，从而省去熟化工段。4．本工艺产品颗粒均匀、不易结块。5．生产成本低。目前，市售的粉状过磷酸钙每吨350元左右，粒状过磷酸钙每吨450元左右。磷矿粉酸化一步法制得的粒状过磷酸钙每吨市售350元左右，比同类型产品降低100元/吨。为达到上述目的，本专利技术设计出磷矿粉一步法制粒状过磷酸钙工艺流程，见附图2。其工艺过程为将五氧化二磷含量为5％～42％的磷矿粉粉碎至10目～500目，与浓度为10％～98％的硫酸、防钝化剂及其它添加料分别计量后按配比均匀加入到反应造粒机(本造粒机由河南力浮科技有限公司生产，已另案申请专利)或普通圆盘造粒机内，通过直接或间接加热，控制反应温度在0℃～500℃，在造粒机中进行反应造粒。通过连续不断的加料，反应造粒好的物料从造粒机内自动溢出，并通过控制加料速度，使溢出反应造粒机的半成品颗粒粒度小于5mm，经过冷却后进行筛分，2～5mm的颗粒作为成品包装，小于2mm的颗粒返回反应造粒机。硫酸和磷矿粉反应产生的废气经水洗后达标排放，废水的主要成分为氟硅酸，达到一定浓度可返回反应造粒机，代替部分硫酸分解磷矿。硫酸用量为磷矿粉理论耗酸量的10％～110％。磷矿粉理论耗酸量是指分解100份重量的磷矿所需加入的硫酸量。磷矿粉的理论耗酸量(以Gac表示)，由下式计算Gac=1.61×P2O5％+2.23×IL％+0.61×Fe2O3％+0.96×Al2O3％式中参数解释及各项系数来源1．P2O5％磷矿中五氧化二磷含量。假若磷矿为纯氟磷酸钙，并且100％为硫酸所分解，磷矿中的五氧化二磷全部转化为有效五氧化二磷。则按下式可求得理论最低耗酸量。每份质量的五氧化二磷消耗1.61份质量的硫酸。2．IL％磷矿的灼烧矢量方解石(CaCO3)、白云石(CaCO3、MgCO3)等碳酸盐杂质、有机质、氟化物耗酸。由于工厂中一般不做磷矿中氟含量分析，而碳酸盐、有机质、结合水均包括在灼烧失量(IL)中，因此，计算硫酸用量时忽略氟化物耗酸量。并以IL％代替CO2％。每份质量的二氧化碳消耗2.23份质量的硫酸。3．Fe2O3％磷矿中三氧化二铁含量。每份质量的三氧化二铁消耗0.61份质量的硫酸。4．Al2O3％磷矿中三氧化二铝含量。每份质量的三氧化二铝消耗0.96份质量的硫酸。防钝化活性剂的组成防钝化活性剂是由下列原料配制而成(1)硫酸铵10％～50％。(2)十二烷基苯磺酸钠5％～50％。(3)甘油10％～50％。(4)脂肪醇聚氧乙烯醚5％～50％防钝化活性剂的加入量为磷矿粉总量的0.0001％～5％。实施方案举例。实施方案1以1000千克磷矿粉为计算基准。磷矿粉采用海口磷矿的精矿，其细度为90％的磷矿粉过100目，其成分为P2O5含量为32.79％,CaO含量为45.72％,MgO含量为1.26％,CO2含量为2.60％,SiO2含量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
磷矿粉一步法制粒状过磷酸钙及其工艺，从根本上改变了过磷酸钙的生产方式，将磷矿粉与硫酸在搅拌混合器中液相状态下进行的反应，改为磷矿粉与硫酸在反应造粒机（已另案申请专利）或普通圆盘造粒机中固相状态下进行的反应。并在反应过程直接造粒，一步制成粒状过磷酸钙。将过磷酸钙的生产与粉状过磷酸钙造粒两个过程合而为一。从而省去了粉状过磷酸钙生产过程中的熟化及粉状过磷酸钙的造粒两道工序，节省了熟化仓库的投资，解决了过磷酸钙熟化过程中大量氟气的无组织排放问题。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文辉，谷守玉，李华，王光龙，许秀成，
申请(专利权)人：郑州工业大学磷肥与复肥研究所，河南力浮科技有限公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]