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磷肥的生產工藝流程及設備介紹
磷是一種用途十分廣泛的化工原料性產品，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。黃磷性質活潑，化合性強，可生產出多種產品，目前全世界一半以上的黃磷主要用于制成磷酸和磷酸鹽，應用于肥料工業(yè)、洗滌劑、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、農藥和電子工業(yè)、紡織、玻璃、冶金和陶瓷等行業(yè)，對磷酸鹽的需求也日益增加。此外，黃磷的化合物可制成燃燒彈和煙幕彈等，在國防上占有一定地位。一、磷酸的生產工藝：
1. 熱法：電爐制磷→黃磷燃燒→吸收并水解→磷酸
2. 濕法：
用無機酸分解磷礦制得：常用硝酸、鹽酸、硫酸、氟硅酸
Ca5(PO4)3F+10HNO==3H3PO4+HF+5Ca(NO3)2
Ca5(PO4)3F+10HCl ==3H3PO4+HF+5CaCl2
Ca5(PO4)3F+5H2SO4==3H3PO4+HF+5CaSO4.nH2O
Ca5(PO4)3F+5H2SiF6==3H3PO4+HF+5CaSiF6.2H2O
由于硫酸鈣溶解度很小，容易和磷酸分離，所以濕法磷酸實際上是指硫酸分解磷礦制得的磷酸。
1.電爐法黃磷生產原理
a. 磷礦石還原的主要反應：
2Ca5(PO4)3F+15C+6SiO2===3P2+15CO+3Ca3Si2O7+CaF2
6CaF2+7 SiO2===3SiF4+ 2Ca3Si2O7
b. 副反應：
Fe2O3+3C==2Fe +3CO 4Fe+P2==2Fe2P
CaCO3== CaO+CO2 CO2+C==2 CO
MgCO3＝＝MgO+ CO2 8CO2+P4==P4O8+8 CO
2.電爐法黃磷生產工藝條件
磷礦石品位、粒度：
我國磷礦石中五氧化二磷的含量 ：25％～33％ ，30～32
磷礦石粒度一般控制在4～35mm之間；
焦炭的用量、粒度：
1. 粒度：焦炭3540℃才汽化，所以電爐中是一種液固相反應過程，兩相間接觸面積是反應的控制因素，粒度小有利于反應，但過小使爐料透氣性下降，部分焦炭富集，不利于電爐操作。一般控制為磷礦粒度的1/2～1/3，約4～15mm。
2. 用量：焦炭用量直接影響爐渣含磷量。爐渣含磷量小，所需焦炭就多。若過剩焦炭多，則會增加爐料導電性，電極上移，爐氣溫度上升，爐底溫度下降，出渣困難，一般控制爐渣含磷量0.85～1.0％。
3. 硅石用量：硅石用作助溶劑，爐渣熔點為SiO2/ CaO的重量比所決定。
若>1.07稱為酸性爐渣，若100min
4. 塔出口尾氣溫度：99％
5.磷的精制
1. 少數(shù)粉塵分散在冷凝下來的液體磷中，為滿足黃磷產品質量標準，必須進一步精制。
2. 磷液體密度1.75g/cm3，大于雜質的密度，有足夠的時間，就能使磷與雜質分開，也可加入適當助劑提高精制效率。（如硅藻土）
3. 精制時一般控制溫度，破壞磷和雜質的膠狀結構。
4. 精制時常采用間接蒸氣加熱，熱水攪動(60~70 ℃)
5. 精制時間：60～80℃下，一般需要16小時以上。
熱法黃磷生產工藝流程
6.熱法磷酸生產工藝
1. 完全燃燒法：（一步法）
電爐出來的含元素磷的爐氣直接燃燒，爐氣中CO也一起燃燒：
P4+10CO+10O2==2P2O5+10CO2+△
2P2O5+2H2O == 4HPO3
HPO3+H2O == H3PO4
此法因熱利用差（磷酸酐強腐蝕，大量反應熱無法利用）工業(yè)上未被采用。
2. 液態(tài)磷燃燒法（二步法）
1. 工業(yè)常用流程，第一種：黃磷燃燒→五氧化二磷→水冷卻、吸收→磷酸，又稱水冷流程。
2. 第二種：黃磷燃燒→五氧化二磷→冷磷酸冷卻、吸收→磷酸，又稱酸冷流程。
3. 熱法磷酸一般含>85％磷酸，濃度高、質量純，是食品、醫(yī)藥工業(yè)用磷酸的主原料。
4. 熱法磷酸用元素磷生產，1噸元素磷(可產1.38噸100％磷酸)，需耗電～KWH，屬高能耗產業(yè)。
7.濕法磷酸生產工藝
隨料漿溫度、磷酸濃度、硫酸用量等條件不同，硫酸鈣水合物有三種形態(tài)：CaSO4.2H2O、 CaSO4.1/2H2O、 CaSO4，生產流程有如下幾種：
①.二水物流程：分多槽或單槽流程，無回漿和有回漿流程，真空冷卻和空氣冷卻流程。產品一般含28～32％的P2O5，磷總回收率：93～97％。各國廣泛應用
②.半水-二水物流程： 先使CaSO4形成半水物結晶，后再水化重結晶為二水物 磷總回收率：98～98.5％
③.二水-半水物流程：磷總回收率：99％左右
④.半水物流程：可得高濃度磷酸40～50％ P2O5，可直接生產磷酸銨或重鈣，已建成1300T/d P2O5的大廠。
二、磷肥分類
2. 按化學組成分：單一、二元、三元磷肥(P、N、K)。
3. 按可溶性分：水溶性、枸溶性(檸檬酸銨、檸檬酸)。
4. 按有效物濃度分：低濃度(60％)，超高濃度(>100％)。
5. 二元、三元磷肥按生產方法可分為：
復合肥料、復混肥料、混合肥料。
復合肥料：原料一次化學加工而成，如磷酸銨、硝酸銨
混合肥料：由單一肥料通過機械摻混而成
磷肥主要品種
1. 水溶性磷肥：
①過磷酸鈣〖Ca(H2PO4)2.H2O+CaSO4〗我國磷肥中占70％。
硫酸+磷礦粉制得，含有效P2O5 15～21％，水分8～14％
②重過磷酸鈣〖Ca(H2PO4)2.H2O 〗：
磷酸+磷礦粉制得，含有效P2O5 41～45％，水分5～7％
③磷酸銨〖NH4H2PO4或(NH4)2HPO4 〗：
氨中和磷酸制得的二元復合磷肥，磷酸二銨類磷肥含有效P2O5 46％，占Gg外磷肥總量的70％，屬高效復合肥。
④冷凍法硝酸磷肥：硝酸分解磷礦→冷凍分離硝酸鈣→氨中和制得的二元復合磷肥，含有效P2O5 23％。
⑤偏磷酸銨〖NH4PO3〗：含有效P2O5 70％以上，是目前含N P有效成分較高的二元復合肥。
2. 枸溶性磷肥：
①碳化法硝酸磷肥： 〖CaHPO4+CaCO3+NH4NO3〗
硝酸分解磷礦→CO2和氨中和制得的二元復合磷肥，含有效P2O5 15％，含N 15 ％ 。
②鈣鎂磷肥：一定比例的磷礦粉、蛇紋石、焦炭經(jīng)熔融、水淬制得。產品中含有效P2O5 12～20％，含水0.5 ％ 。
③鋼渣磷肥：〖Ca3(PO4)2.Ca2SiO4 〗：含磷高的生鐵在堿性煉鋼爐中煉鋼時的鋼渣磨制而成，含有效P2O5 12～18％。
④脫氟磷肥：水蒸氣存在下燒結和熔融磷礦粉制得，含有效P2O5 20～36％，含氟低可做飼料添加劑。
⑤礦粉肥：在水中幾乎不溶，但在2％檸檬酸中可溶，所以在酸性土壤中有一定肥效，一般80～100目。
2. 其它磷酸鹽－三聚磷酸鈉
三聚磷酸鈉(STPP：Na5P3O10)
①由于其對表面活性劑有良好的協(xié)和作用，能增強洗滌劑效果，對鈣鎂能很好的絡合，消除水的硬度，能懸浮、分解、乳化油污，成為洗滌劑的優(yōu)良助劑。在洗滌劑配方中用量：10～85％，是除磷肥外產量較大的磷酸鹽。
②STPP：密度0.35～0.90g/cm3，熔點622℃
③STPP有三種結晶：1型450～600℃穩(wěn)定，2型417℃時2型很快轉為1型。
④第三種是Na5P3O10.6H2O在溫度>100℃降解為焦磷酸鹽和磷酸鹽。
a.三聚磷酸鈉生產流程
化學反應方程：
中和反應：
3H3PO4+2.5Na2CO3+nH2O== 2Na2HPO4+ NaH2PO4+(n+2.5)H2O +2.5CO2↑
合成反應：2Na2HPO4+ NaH2PO4=＝=Na5P3O10+2H2O
中和度＝ ×100＝66.67％
1. 中和度< 66.67％ 表明NaH2PO4過剩會有偏磷酸鈉生成：
NaH2PO4== NaPO3+3H2O
2. 中和度> 66.67％ 表明Na2HPO4過剩會有焦磷酸鈉生成：
Na2HPO4 =Na4P2O7 + H2O
Na/P=5/3=1.67
3. 其它磷酸鹽－磷酸氫鈣
a. 磷酸氫鈣又稱磷酸二鈣，含P2O5：52.5％
b. 是較好的飼料添加劑，占飼料磷酸鹽總量的70％。
c. 以濕法磷酸為原料的二段中和法：
d. 因熱法酸成本高，常采用濕法磷酸作為生產原料。
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