磷肥的生產(chǎn)簡述

磷肥全稱磷素肥料。磷肥以磷為主要養(yǎng)分的肥料，磷肥肥效的大小(顯著程度)和快慢決定于磷肥中有效的五氧化二磷的含量、土壤性質(zhì)、放肥方法、作物種類等。

農(nóng)業(yè)是一個國家發(fā)展的基礎，糧食保障關乎國家的戰(zhàn)略安全。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開磷肥，所以磷肥產(chǎn)業(yè)對一個國家來說同樣重要。近年來世界磷肥工業(yè)逐漸復蘇，生產(chǎn)能力增長較快，中國、美國及摩洛哥成為世界三大磷肥生產(chǎn)國。2007年磷肥產(chǎn)量比2006年增長了5%，達到2520萬噸，接近歷史zui高產(chǎn)量。

中國磷肥工業(yè)經(jīng)過20多年來的階段性擴張升級，已經(jīng)實現(xiàn)了由磷肥進口大國向磷肥制造大國的變革。截止“十五”末期，中國磷肥產(chǎn)量和消費量已位居世界*，磷肥消費基本擺脫依賴進口的局面；產(chǎn)品結構有了較大改善，磷肥產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高；大中型磷肥裝置的技術裝備達到*水平；行業(yè)經(jīng)濟效益好轉(zhuǎn)。云、貴、川、鄂、豫、魯?shù)鹊亓追十a(chǎn)業(yè)發(fā)達，是中國磷肥的主要產(chǎn)區(qū)。磷肥產(chǎn)品的數(shù)量、品質(zhì)、生產(chǎn)技術，以及磷肥行業(yè)的設備制造、企業(yè)管理、市場營銷和盈利水平，都實現(xiàn)了由量變到質(zhì)變的跨越；磷肥品種也從單一養(yǎng)分、低濃度，向高濃度、復合化、多品種發(fā)展。

• 磷肥的原料

   磷肥生產(chǎn)的主要原料是磷礦和硫酸，隨著中國磷肥工業(yè)的快速發(fā)展，磷肥生產(chǎn)原料的供應已經(jīng)顯現(xiàn)緊張局面，的磷礦資源已經(jīng)成為中國重要的戰(zhàn)略性資源之一。中國生產(chǎn)硫酸的硫資源主要來自硫鐵礦、冶煉煙酸和進口硫磺，與國外硫酸生產(chǎn)原料主要為硫磺有較大不同。中國硫磺資源比較貧乏，硫酸生產(chǎn)對進口硫磺依存度較高。因此，為保證中國磷肥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，我們需要對磷肥生產(chǎn)所需原料——磷礦資源和硫資源的儲量、特點及保障能力有比較清楚的認識，具體分析如下： 磷礦資源 資源現(xiàn)狀 ，中國磷礦資源比較豐富，已探明資源總量僅次于摩洛哥，位居*二位。據(jù)全國礦產(chǎn)儲量通報報道，截止2004年底，全國共有礦產(chǎn)地440處，其中大型礦72處，中型礦137處，分布在全國27個省市自治區(qū)，查明資源儲量163.40億噸，其中基礎儲量38.94億噸，資源量124.46億噸，目前可采儲量18.92億噸。

1. 我國磷肥的種類

     目前，我國的磷肥的品種主要有過磷酸鈣、重過磷酸鈣、磷酸一銨、磷酸二銨及復合肥。

①過磷酸鈣：過磷酸鈣為灰白色粉末或顆粒，含五氧化二磷14%到20%，硫酸鈣40%到50%，此外，還有游離硫酸和磷酸等。

②重過磷酸鈣：重過磷酸鈣是用磷酸和磷灰石反應，所得產(chǎn)物中不含硫酸鈣，而是磷酸二氫鈣，這種產(chǎn)品被稱為重過磷酸鈣，為灰白色粉末，含有效五氧化二磷高達30%到45%，為普通過磷酸鈣的兩倍以上。

③磷酸一銨：磷酸一銨又稱磷酸銨，目前我國應用普遍，是一種以含磷為主的高濃度*氮磷復合肥。含有效五氧化二磷60%左右，含氮量12%左右。外觀為灰白色或淡黃顆粒。不易吸濕，不易結塊，適用于各種作物和各類土壤，特別是在堿性土壤和缺磷較嚴重的地方，增產(chǎn)效果十分明顯。

④磷酸二銨：磷酸二銨又稱磷酸氫二銨，是含氮磷兩種營養(yǎng)成分的復合肥，含五氧化二磷53.75%，含氮21.71%，是目前應用zui廣泛的磷肥產(chǎn)品。磷酸二銨呈灰白色或深灰色顆粒，易溶于水，不溶于乙醇。

⑤磷酸二氫鉀：磷酸二氫鉀是由適當比例的磷酸一銨和碳酸鉀發(fā)生中和反應生成的產(chǎn)品。含有磷和鉀兩種元素，用來供植物生長發(fā)育的需要，主要用作農(nóng)作物中后期葉面噴肥。

⑥氮磷鉀復混肥：氮磷鉀復混肥是采用物理方法，將各種單質(zhì)肥料混合攪拌而成，其營養(yǎng)成分包含氮肥、磷肥和鉀肥，在包裝袋上有明確的養(yǎng)分含量標識，使用比較方便。

⑦氮磷鉀復合肥：氮磷鉀復合肥是讓氮磷鉀等原料進行化學反應，然后再噴漿造粒生產(chǎn)而成的產(chǎn)品，相對于復混肥來說，其養(yǎng)分含量均勻，顆粒大小一致。

• 磷肥的生產(chǎn)

1. 酸法磷肥生產(chǎn)過程的組織

    用無機酸（硫酸、鹽酸、磷酸等）分解磷礦制造出的磷肥統(tǒng)稱為酸法磷肥（或稱濕法磷肥），酸法磷肥包括普通過磷酸鈣、重過磷酸鈣、富過磷酸鈣和磷酸氫鈣以及氨化過磷酸鈣等多種，它們的比較如前述表1所示。任務一主要介紹普通過磷酸鈣、重過磷酸鈣的生產(chǎn)過程的組織。

①磷礦的富集

磷礦的富集常用浮選法。浮選是根據(jù)磷礦中有用礦物磷灰石與脈石（如石英）對水潤濕性的不同而將它們分離的。磷灰石常以0.2㎜左右的顆粒以星狀分散于礦石中。選礦時，將礦石粉碎并加水磨成礦漿，添加浮選劑以提高磷灰石的憎水性或脈石的親水性，向礦漿中鼓入空氣，磷灰石附在氣泡上浮在礦漿表面，形成穩(wěn)定的泡沫層，分出并脫水而得磷精礦，脈石則成尾礦。

②普通過磷酸鈣生產(chǎn)

制造普通過磷酸鈣是用硫酸分解磷礦粉，經(jīng)過混合、化成、熟化工序完成的。其主要化學反應為：

2Ca5(PO4)3F+7H2SO4+3H2O →3Ca(H2PO4)2·H2O+7CaSO4 +2HF↑

    上述反應是分兩個階段進行的。*階段是硫酸分解磷礦生成磷酸和半水硫酸鈣，該反應在化成室中完成的：

             Ca5(PO4)3F+5H2SO4+2.5H2O → 3H3PO4 +5CaSO4·0.5H2O +HF↑

這是一個快速的放熱反應，一般在半個小時或更短時間即可完成，反應物料溫度迅速升高到100℃以上，隨著反應的進行，磷礦不斷被分解，硫酸逐漸減少，CO2、SiF4和水蒸氣等氣體不斷逸出，固體硫酸鈣結晶大量生成，使反應料漿在幾分鐘內(nèi)就可以變稠，離開混合器進入化成室后，便很快固化。

第二階段是當硫酸*消耗以后，生成的磷酸繼續(xù)分解磷礦而形成磷酸一鈣：

     Ca5(PO4)3F+ 7H3PO4+5H2O → 5Ca（H2PO4）2·H2O +HF↑

在化成室的后期隨著分解反應的進行，從溶液中不斷析出Ca（H2PO4）2·H2O結晶。接著還要在倉庫堆放7~15天（稱為“熟化”），達到規(guī)定標準后才能作為產(chǎn)品出廠。

③重過磷酸鈣的生產(chǎn)

重過磷酸鈣是由磷酸分解磷礦中的氟磷灰石而得到的產(chǎn)物，其化學反應式為：

    Ca5(PO4)3F+ 7H3PO4+5H2O →5Ca(H2PO4)2·H2O +HF↑

反應時也同時發(fā)生副反應，如生成少量的磷酸氫鈣：

    Ca5(PO4)3F+ 2H3PO4+10H2O→ 5CaHPO4·2H2O +HF↑

鐵、鋁氧化物分解，生產(chǎn)難溶性磷酸鹽：

        (Fe，Al)2O3+ 2H3PO4+ H2O → (Fe，Al)PO4·2H2O

另外，還有碳酸鹽的分解：

        (Ca，Mg)CO3+2H3PO4→ (Ca，Mg)(H2PO4)2·H2O +CO2↑

磷礦中的酸溶性硅酸鹽分解成硅酸，硅酸又與氟化氫作用生成四氟化硅和氟硅酸，而氟硅酸又轉(zhuǎn)化為氟硅酸鹽，四氟化硅呈氣態(tài)逸出。磷酸分解磷礦主要受擴散控制，影響分解反應的因素有：磷酸濃度、反應溫度、混合強度和磷礦粉顆粒度等。

1. 熱法磷肥生產(chǎn)過程的組織

熱法磷肥是指在高溫（高于1000℃）下加入（或不加入）某些配料分解磷礦制得的磷肥。此類肥料均為非水溶性的緩效肥料，但肥效持續(xù)時間長，不易被土壤固定或流失，故肥料的總效果及利用率比較高，所以在一些硫資源缺乏、能源充足的地方，發(fā)展不需要硫酸的熱法磷肥是非常合適的。熱法磷肥的生產(chǎn)方法有熔融法和燒結法兩種，主要品種有：鈣鎂磷肥、脫氟磷肥、燒結鈣鈉磷肥、偏磷酸鈣及鋼渣磷肥等。本任務主要介紹鈣鎂磷肥和脫氟磷肥的生產(chǎn)工藝過程。

①鈣鎂磷肥生產(chǎn)

鈣鎂磷肥生產(chǎn)按所用能源不同分為：高爐法（以焦炭或無煙煤為燃料）、電爐法（以電力為能源）、平爐法（以燃油為能源）。我國主要是以高爐法生產(chǎn)鈣鎂磷肥。

鈣鎂磷肥生產(chǎn)的zui主要的問題是確定合適的配料比。配料的原則是：生產(chǎn)有效P2O5含量高的產(chǎn)品；有較低爐料熔融溫度及良好的流動性。配料時關鍵是要控制好氧化物的摩爾比，如鎂硅比MgO / SiO2、鎂磷比MgO / P2O5、余鈣堿度（CaO+ MgO-3 P2O5）/ SiO2等。

②脫氟磷肥生產(chǎn)

依據(jù)氟磷灰石中氟離子F-可被離子半徑相近的OH-同晶取代生成羥基磷灰石的原理，在天然磷礦中添加適量的硅砂、無水芒硝等添加劑，在水蒸氣存在下，于1350℃以上的高溫，使氟磷灰石轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀恢参镂盏?alpha;-磷酸三鈣或硅磷酸鈣可變組成體。因生產(chǎn)方法不同，脫氟磷肥的生產(chǎn)方法有燒結法和熔融法兩種。生產(chǎn)燒結脫氟磷肥生產(chǎn)過程中因配料不同，其發(fā)生的化學反應和要求的操作條件（特別是溫度）亦不相同。適宜的爐料燒結溫度應略高于爐料開始軟化的溫度，但又不能過分接近爐料的熔融溫度，避免產(chǎn)生爐料粘結或粘壁現(xiàn)象的發(fā)生，以保證過程的正常進行。在適宜的爐料燒結溫度下，各種化學反應進行得，其轉(zhuǎn)化率也達到zui高。熔融脫氟磷肥的生產(chǎn)方法和鈣鎂磷肥相似，包括爐料熔融和熔體水淬驟冷兩個主要工序。熔融脫氟磷肥是選用熔點較低（≤1400℃）的磷礦，不添加熔劑，使磷礦在高溫熔融條件下與水蒸氣接觸進行脫氟，發(fā)生的化學反應與低硅法燒結脫氟磷肥基本相同，熔體經(jīng)水淬驟冷后形成含部分高溫型磷酸三鈣玻璃質(zhì)肥料，因沒加熔劑使產(chǎn)品含有效P2O5的含量較高。

1. 磷肥生產(chǎn)工藝圖

 ①濕法工藝

②熱法工藝

綜上所述：要合理利用磷肥就必須對磷肥的原料以及其來源都要有所了解，磷肥的種類很多，用途也差別較大，只有充分了解其產(chǎn)出工藝，才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的磷肥來為我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務。

PS：（1）DAP：磷酸二銨

MAP：磷酸一銨

NPK：復合肥料：含N、P、K三種元素。

（2）富礦：P2O5含量在30%以；上中品位礦（P2O5含量在26%-30%之間）；

低品位礦（貧礦：P2O5含量低于26%）。