濕法磷酸淤渣酸制備微粒磷肥可行性研究

舒藝周，馬 航,2，楊 先，曾 波，匡家靈，白正斌

（1.云南云天化以化磷業研究技術有限公司，云南 昆明 650228；2.云南云天化股份有限公司 研發中心，云南 昆明650228；3.云南省化工研究院有限公司，云南 昆明 650228）

為滿足高濃度磷復肥生產要求，濕法磷酸生產過程中，通常需要將稀磷酸進行濃縮、澄清、陳化處理，以提高磷酸濃度和分離出雜質。在這一過程中，上層清酸即為澄清濃磷酸，下層含有大量固相物的副產酸，即為濕法磷酸淤渣酸。濕法磷酸淤渣酸由于雜質含量較高，目前主要與澄清濃磷酸按不同比例混合后作為生產低養分含量的農用磷銨產品的原料進行利用。但是，原料中摻入淤渣酸使低養分含量的磷銨產品水溶磷占有效磷比例下降，降低了產品價值。近年來，隨著磷肥產能過剩，低養分含量的傳統磷銨產品市場競爭激烈，經濟效益較差。所以，需要對濕法磷酸淤渣酸高效利用途徑進行其他探索。

本研究嘗試直接以濕法磷酸淤渣酸、尿素為原料制備高效微粒磷肥，探索其可行性，為濕法磷酸淤渣酸開辟更有效的利用途徑。

1 試驗設計

1.1 試驗原料

試驗所用主要原料為云南天安化工有限公司的濕法磷酸淤渣酸，以及外購尿素。濕法磷酸淤渣酸的化學組分分析結果見表1。

表1 原料用濕法磷酸淤渣酸化學組分分析結果 %

尿素，w（總氮）≥46.4%。

1.2 試驗方法

將濕法磷酸淤渣酸和尿素按一定比例混合后，加入反應釜進行加熱反應，反應完成后得到NP復合肥料初級產品，再經過粉碎、微粒化等工序，最終得到擁有自身技術特點的微粒磷肥產品。

試驗通過調整原料濕法磷酸淤渣酸和尿素的比例來控制產品養分配比，以尿素和磷酸物質的量之比表示，選擇3個方案進行探索研究，具體方案如下：方案1，n（尿素）/n（磷酸）為1.30；方案2，n（尿素）/n（磷酸）為1.20；方案3，n（尿素）/n（磷酸）為1.10。

2 試驗結果

按照不同的n（尿素）/n（磷酸），計量稱取濕法磷酸淤渣酸和尿素加入反應釜加熱反應，控制反應溫度130～160℃，反應時間50～80 min，得到NP復合肥料初級產品。試驗選擇圓盤造粒機進行造粒，用霧化器噴入常溫水，不需要添加造粒黏結劑，控制加水量為肥料質量的8%～12%，即可得到微小顆粒肥料。造粒結束后，肥料進入干燥箱進行干燥，選用孔徑0.5 mm和1.5 mm的方孔篩進行篩分，最終得到粒徑0.5～1.5 mm的微粒磷肥產品。微粒磷肥產品化學成分檢測分析結果如表2所示。

表2 微粒磷肥產品化學成分分析結果

由表2可知，濕法磷酸淤渣酸與尿素制備的微粒磷肥，w（總養分）高于54%，水溶磷占有效磷比例約為96%，聚合磷占有效磷的比例約為50%，pH在6～7，接近中性。另外，可通過調整尿素與磷酸的物質的量之比來控制產品的N和P2O5含量。

3個方案結果對比發現，方案3得到的微粒磷肥產品各項指標與GB 10205—2009中磷酸二銨一等品（15-42-0）的要求相當。目前，以云南云天化股份有限公司云峰分公司為例，主要采用將w（固）約33%的濕法磷酸淤渣酸與濕法澄清濃磷酸混合配成w（固）19%左右的磷酸去生產w（總養分）57%的磷酸二銨［1］。而本次探索試驗是采用w（固）31%的濕法磷酸淤渣酸和尿素直接一步加熱反應制備微粒磷肥。此方法不需要加入澄清濃磷酸調整固含量，在保證足夠的澄清濃磷酸有效供給下游產品的同時，濕法磷酸淤渣酸能夠得到大量利用。

3 產品特點

不同于傳統的磷酸二銨產品，利用濕法磷酸淤渣酸制備的微粒磷肥產品水有比較高，產品中有大量聚合磷，具有以下技術特點。

3.1 顆粒微小，分散均勻

利用濕法磷酸淤渣酸制備的微粒磷肥，是一種采用微粒技術得到的粒徑0.5～1.5 mm的微小顆粒肥料。而傳統顆粒肥料是通過特定造粒裝置形成的較大粒徑的肥料，傳統的顆粒肥料粒徑通常在1～4 mm和2～3 mm［2］。與傳統顆粒肥料相比，微粒磷肥不同之處在于顆粒細小以及表面不規則，相同質量的微粒磷肥顆粒數是傳統顆粒肥料的60～120倍，能夠均勻分散于土壤中，與種子、作物根系有更多的接觸點。研究發現，根系是影響陸生植物對磷吸收的最重要因素［3］。微小顆粒肥料施入土壤后，能增加作物根系獲取營養的面積，增加肥料的利用率，也可以加快種子對營養的吸收，提高種子成活率，促進種子萌發。另外，微粒磷肥為顆粒狀形態，在一定程度上解決了粉狀肥料易結塊、離析、流動性差，以及在施用過程中易流失的問題，在儲存、運輸和施用中優于粉狀肥料。

3.2 水溶磷占有效磷的比例高

磷是植物生長所必需的礦物元素之一，農作物吸收磷元素最主要的途徑是將磷制成磷肥施用到土壤。能被作物直接吸收的磷形態主要包含了H2PO4-和HPO42-，這2種形態的磷又稱為有效磷形態，其中H2PO4-形態磷即為水溶磷，是最易被植物吸收的磷。水溶磷占有效磷比例的高低，直接影響磷當季利用率和作物的長勢，水溶磷占有效磷比例越高，磷元素當季利用率越高，作物也會增產、穩產［4］。因此，在磷酸一銨、磷酸二銨和復混肥料等磷復肥的標準中均對水溶磷占有效磷比例做了要求。利用濕法磷酸淤渣酸制備的微粒磷肥，水溶磷占有效磷比例高于96%，相較于同等養分含量的磷銨產品，在有效磷含量相同的情況下，該微粒磷肥的水溶磷含量較高，肥料質量更好。

3.3 含有聚合磷，可提高肥料利用率

利用濕法磷酸淤渣酸制備的微粒磷肥還含有一定量的聚合磷，從分析結果看，聚合磷占有效磷的比例約為50%，主要以聚磷酸銨的形式存在于產品中。聚磷酸銨是一類含有N、P兩種養分元素的聚磷酸鹽，按照其聚合度不同，可以分為低聚、中聚和高聚3種［5］。低聚合度聚磷酸銨水溶性較好，適宜用作農用肥料。

聚合磷不能直接被作物吸收利用，需要在含水環境中逐步分解，聚磷酸銨中的P—O—P鏈逐漸斷開，最終分解為能被作物直接吸收的正磷酸根形態［6］。Torres-Dorante等進行了聚磷酸鹽肥料在土壤中水解速率及磷有效性的研究，發現聚磷酸鹽肥料能夠增加土壤有效磷含量，施用100 d后，在粉質土壤中正磷酸根形態的磷含量遠高于正磷酸鹽肥料［7］。陳日遠等研究了聚磷酸銨對玉米幼苗吸收磷、鋅養分及生長的影響，結果表明聚磷酸銨能夠明顯提高玉米植株生物量，同時促進根系對微量元素鋅的吸收，但全部施用聚磷酸銨效果不如磷酸二銨和聚磷酸銨配施的效果［8］。以上結果說明聚磷酸銨具有緩釋效果，但配合正磷酸鹽肥料一起施用，效果更好。

微粒磷肥產品中既含有能夠快速被作物吸收的正磷酸根形態的磷，同時還含有緩慢分解釋放的聚合磷，兩種形態的磷協同作用，使得微粒磷肥兼具速效和長效的功能。

聚磷酸銨能夠螯合一定量的鈣、鎂、鋅、鐵、銅、錳等中微量元素，不產生沉淀，可作為基肥中的無機螯合劑［9-10］。利用濕法磷酸淤渣酸作為原料制備微粒磷肥，反應過程中所得的聚磷酸銨可以螯合濕法磷酸淤渣酸中一部分金屬離子，將濕法磷酸淤渣酸中無效成分變為有效養分的同時，使得產品養分配比科學，有效提供作物所需的各種營養元素。

4 結論

利用濕法磷酸淤渣酸和尿素為原料，高溫反應，再經微粒化技術可以制備w（總養分）大于54%的微粒磷肥。微粒磷肥產品粒徑為0.5～1.5 mm，能夠更均勻地分散于土壤中，使得肥料與作物根系的距離更為科學。微粒磷肥產品水溶磷占有效磷比例高達96%，且含有占有效磷含量50%的聚合磷，保證作物前期磷元素需求的同時，聚合磷持續釋放養分，為作物在較長的周期內提供磷元素。濕法磷酸淤渣酸制備的微粒磷肥聚合磷主要以聚磷酸銨形式存在，聚磷酸銨具有一定的螯合金屬離子能力，所以在一定程度上能夠螯合濕法磷酸淤渣酸中的雜質，如鎂、鐵等，施入土壤后，又能夠抑制土壤中的金屬離子與磷元素結合（固化磷元素），這將在提高肥效上起到關鍵作用。

磷資源是寶貴的不可再生資源，濕法磷酸生產副產的淤渣酸利用是業界一直在探索和研究的課題。本研究利用濕法磷酸淤渣酸制備微粒磷肥，不需要配入澄清濃磷酸，保證了濕法磷酸生產中澄清濃磷酸供給下游產品，同時合理有效地利用了副產淤渣酸，試驗得出的結果為下一步工作開展奠定一定的基礎，為濕法磷酸淤渣酸高效利用提供了技術支撐。