一種濕法凈化磷酸制備水溶性聚磷酸銨的生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種濕法凈化磷酸制備水溶聚磷酸銨的生產(chǎn)方法，特別是以濕法凈化磷酸和尿素為原料制備水溶性聚磷酸銨的生產(chǎn)方法，屬無機化學工業(yè)中的磷酸鹽生產(chǎn)技術領域。針對目前采用工業(yè)磷酸、聚磷酸、濕法磷酸生產(chǎn)液體聚磷酸銨肥料生產(chǎn)成本高、包裝及運輸成本高，不適應農(nóng)業(yè)使用等。本發(fā)明研究開發(fā)一種濕法凈化磷酸濃度為70～85％，與尿素在40～100℃下預混合后，控制混合物料反應溫度為130℃～200℃，經(jīng)20～120分鐘聚合反應，反應產(chǎn)物經(jīng)冷卻得到水溶性聚磷酸銨固體產(chǎn)品。其產(chǎn)品中N、P2O5總養(yǎng)分大于70％，水不溶物小于0.5％。
【專利說明】
一種濕法凈化磷酸制備水溶性聚磷酸銨的生產(chǎn)方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明公開了一種濕法凈化磷酸制備水溶聚磷酸銨的生產(chǎn)方法，特別是以濕法凈 化磷酸和尿素為原料制備水溶性聚磷酸銨的生產(chǎn)方法。屬無機化學工業(yè)中的磷酸鹽生產(chǎn)技 術領域，是一種創(chuàng)新使用濕法凈化磷酸制備水溶性聚磷酸銨的生產(chǎn)方法。
【背景技術】
[0002] 聚磷酸銨(ammonium polyphosphate，APP)不是一種單一的化合物，而是一類化學 組成類似、結構和性質(zhì)上又有某些區(qū)別的物質(zhì)，如H( n-m)+2(NH4)mPn〇3n+l、H(n- m)(NH4)mPn〇3n+l、 (ΝΗ4) η+2Ρη03η+1、（NH4P03)n。聚磷酸銨按其聚合度大小，可分為低聚、中聚和高聚三種，但沒 有提出確切劃分界限。通常，當聚合度為n = 2~20時為水溶性聚磷酸銨，當聚合度η大于20 時為水不溶性聚磷酸銨。
[0003] 低聚聚磷酸銨是正磷酸銨和多種聚磷酸銨的混合物，含有的聚磷酸銨主要是焦磷 酸銨和三聚、四聚磷酸銨，鏈更長的聚磷酸銨只有少量存在。易溶于水，溶解度大于正磷酸 銨，還可以螯合金屬陽離子，使之保留在溶液中。低聚聚磷酸銨是一種高濃度緩釋的磷肥， 已逐漸引起人們的重視，被引入到復肥和液肥的生產(chǎn)中。
[0004] 聚磷酸銨合成研究主要是側重于高聚合度方向，聚合度η可以達到幾百甚至是幾 千。短鏈的低聚磷酸銨(平均聚合度10)由于反應條件難以控制，以及干燥困難而沒有 得到應用。
[0005] 在201210119676.3中描述了以100%到120%的多聚磷酸為主要原料，與碳酸氫銨 在自然、低溫、常壓下混合、攪拌、反應生產(chǎn)低聚合度聚磷酸銨水溶液的方法。
[0006] 在201410060534.3中描述了多聚磷酸銨水溶性肥料及其制備方法。將磷酸、尿素、 硫酸鉀、氯化鋅、氯化銅、硼砂和輔料加入到反應釜內(nèi)，在釜內(nèi)混合溶解，然后加入五氧化二 磷并攪拌均勻、升溫反應后制得。
[0007] 在201410781455.1中描述了《一種用濕法磷酸制取全水溶性聚磷酸銨水溶液的方 法》，通過采用濃度在30 %到80 %的濕法磷酸與氨氣加熱反應制取全水溶低聚合度聚磷酸 銨水溶液。
[0008] 目前生產(chǎn)水溶性聚磷酸銨多以熱法聚磷酸為主要原料，熱法磷酸的生產(chǎn)成本很 高，作為低聚磷酸銨肥料合成原料使肥料價格變高。也有用濕法磷酸生產(chǎn)聚磷酸銨，但由于 濕法磷酸生產(chǎn)全水溶固體狀聚磷酸銨的工藝條件難于控制，且不能全溶等問題，產(chǎn)品多數(shù) 為聚磷酸銨水溶液。
[0009] 固體狀的水溶性聚磷酸銨由于其包裝、運輸和使用特性均優(yōu)于液體產(chǎn)品，受到了 行業(yè)內(nèi)的關注，并有相關機構做了研究，但由于產(chǎn)品粘性大、干燥困難以及難于粉碎等特 點，導致產(chǎn)品物理性質(zhì)較差，對產(chǎn)品包裝和使用造成困難，沒有得到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。目前如何 改善水溶性聚磷酸銨物理性質(zhì)，生產(chǎn)可粉碎的固體狀產(chǎn)品已逐漸被行業(yè)內(nèi)重視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于針對目前采用工業(yè)磷酸、聚磷酸、濕法磷酸生產(chǎn)液體聚磷酸銨 肥料生產(chǎn)成本高、包裝及運輸成本高，不適應農(nóng)業(yè)使用等問題，提出一種采用濕法凈化磷酸 為原料，制備低聚合度水溶性聚磷酸銨的生產(chǎn)方法，以能夠降低生產(chǎn)成本，便于運輸，其產(chǎn) 品中Ν、ρ 205總養(yǎng)分大于70%，水不溶物小于0.5%。
[0011] 本發(fā)明的目的通過以下技術方案予以實現(xiàn)。
[0012] -種濕法凈化磷酸制備水溶聚磷酸銨的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
[0013] (1)將濕法凈化磷酸和尿素按一定比例加入到混合器中，以尿素、磷酸摩爾比為 0.6~2.0，預熱升溫至40~100 °C，獲得磷酸尿素溶液。
[0014] (2)將步驟(1)中預熱混合得到磷酸尿素溶液加入到聚合反應器，控制聚合反應溫 度為130~200°C，反應時間為20~120分鐘，聚合反應完成后反應物料經(jīng)冷卻后得到水溶性 聚憐酸錢固體廣品。
[0015] 步驟(A)中所述原料濕法凈化磷酸，其磷酸濃度為70~85%。
[0016] 步驟(A)通過控制不同的尿素與磷酸摩爾比，可得到不同品質(zhì)的聚磷酸銨產(chǎn)品（詳 見【具體實施方式】中的實施例）。
[0017] 步驟(B)聚合反應完成后，反應物料的冷卻溫度應控制在50°C以下。
[0018] 步驟(B)冷卻后的聚磷酸銨需要經(jīng)過粉碎方可得到具有包裝特性的粉末狀聚磷酸 銨產(chǎn)品，冷卻前的聚磷酸銨可直接加水溶解得到液體聚磷酸銨產(chǎn)品。
[0019]步驟⑶得到的水溶性聚磷酸銨固體產(chǎn)品的Ν、Ρ205總養(yǎng)分大于70%，水不溶物小于 0.5%〇
[0020]本發(fā)明中水溶性聚磷酸銨是由濕法凈化磷酸和尿素縮合法制備，即在一定溫度 下，濕法凈化磷酸與尿素以一定物料比例加熱混合均勻，然后進一步加熱，經(jīng)發(fā)泡、聚合和 冷卻等即可得到白色干燥固體，粉碎后得到成品。
[0021 ]磷酸與尿素縮合法制備聚磷酸銨的主要反應式為：
[0022] nH3P〇4+ (n-1) CO (NH2) (NH4) n+2Pn〇3n+i+(n-4) NH3 T+(n-1) CO2 T
[0023] 反應式中聚磷酸銨通式為(NH4) n+2Pn〇3n+1，其中n即為聚合度。本發(fā)明制備的是低聚 合度水溶性聚磷酸銨，η都較低。
[0024] 所述步驟(A)通過控制不同的尿素與磷酸摩爾比，可得到不同品質(zhì)的聚磷酸銨產(chǎn) 品是指:如果尿素與磷酸摩爾比為0.6~0.8時，可以得到N-P 2O5-K2O含量近似于12-57-0的 聚磷酸銨產(chǎn)品（其中12表示產(chǎn)品中的N含量，57表示產(chǎn)品中的P 2O5含量，0表示產(chǎn)品中的K2O含 量）。如果尿素與磷酸摩爾比為0.9~1.4時，聚磷酸銨產(chǎn)品N-P 2O5-K2O近似為17-56-0或18-60-0。如果尿素與磷酸摩爾比為1.5~2.0時，聚磷酸銨產(chǎn)品N-P 2O5-K2O近似為21-54-0或24-45-0 〇
[0025] 相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明主要有以下優(yōu)點：
[0026] 1、本發(fā)明采用濕法凈化磷酸為水溶聚磷酸銨的主要原料，其成本低于目前所用的 熱法聚磷酸，大大降低了生產(chǎn)成本；
[0027] 2、本發(fā)明中另一主要原料為尿素，可以充分利用國內(nèi)豐富的尿素資源，而且尿素 在反應中充當了氨化劑和縮合劑的角色，能夠促進聚磷酸銨的生成。
[0028] 3、目前文獻報道的濕法磷酸生產(chǎn)聚磷酸銨多數(shù)為聚磷酸銨水溶液，存在包裝和運 輸經(jīng)濟性差，產(chǎn)品適用性窄等缺點。本發(fā)明產(chǎn)品為固體狀，便于包裝和運輸，物性和適用性 較好，可粉碎生產(chǎn)粉狀聚磷酸銨，造粒生產(chǎn)粒狀聚磷酸銨，或加水溶解生產(chǎn)聚磷酸銨水溶 液。
[0029] 4、本發(fā)明所得產(chǎn)品Ν、Ρ205總養(yǎng)分大于70%，水不溶物小于0.5%，可用于配制高養(yǎng) 分高水溶性的高端水溶肥和液體肥。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
【具體實施方式】：
[0031] 下面結合附圖對本發(fā)明的實施步驟作進一步詳細說明，以利于更加清楚明白的理 解本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點，但附圖和實施例并不是對本發(fā)明技術方案的限定。
[0032] 實施例1:
[0033] 將原料濕法凈化磷酸和尿素按CO(NH2)2與H3PO4的摩爾比1:1進行配料加入到混合 器中，預熱升溫至80°C，使尿素與濕法凈化磷酸充分混合，得清澈透明的磷酸尿素溶液，將 磷酸尿素溶液加入到聚合反應器中，溫度升至170°C，經(jīng)50分鐘充分的聚合反應后冷卻，取 出物料粉碎，即得到粉狀水溶聚磷酸銨產(chǎn)品。產(chǎn)品分析檢測結果見表1:
[0034]表1水溶聚磷酸銨產(chǎn)品分析檢測結果
[0037]本發(fā)明特研究針對現(xiàn)有聚磷酸銨的生產(chǎn)方法，解決水溶性聚磷酸銨生產(chǎn)成本高、 不能全溶、聚磷酸銨水溶液不利于運輸?shù)葐栴}，采用濕法凈化磷酸生產(chǎn)低聚合度全水溶聚 磷酸銨，產(chǎn)品為固體狀，便于運輸，且濕法凈化磷酸成本較目前生產(chǎn)所用的熱法聚磷酸低。 該方法工藝控制簡單，所得產(chǎn)品Ν、Ρ 205總養(yǎng)分大于70%，水不溶物小于0.5%。
[0038] 實施例2:
[0039] 將原料濕法凈化磷酸和尿素按CO(NH2)2與H3PO4的摩爾比1:1進行配料加入到混合 器中，預熱升溫至90°C，使尿素與濕法凈化磷酸充分混合，得清澈透明的磷酸尿素溶液，將 磷酸尿素溶液加入到聚合反應器中，溫度升至190°C，經(jīng)30分鐘充分的聚合反應后冷卻，取 出物料粉碎，即得到粉狀水溶聚磷酸銨產(chǎn)品。產(chǎn)品分析檢測結果見表1:
[0040] 表2低聚合度全水溶聚磷酸銨產(chǎn)品分析檢測結果
[0042] 實施例3:
[0043] 將原料濕法凈化磷酸和尿素按CO(NH2)2與H3PO4的摩爾比1.5:1進行配料加入到混 合器中，預熱升溫至80°C，使尿素與濕法凈化磷酸充分混合，得清澈透明的磷酸尿素溶液， 將磷酸尿素溶液加入到聚合反應器中，溫度升至170°C，經(jīng)80分鐘充分的聚合反應后冷卻， 取出物料粉碎，即得到粉狀水溶聚磷酸銨產(chǎn)品。產(chǎn)品分析檢測結果見表1:
[0044] 表3低聚合度全水溶聚磷酸銨產(chǎn)品分析檢測結果 LUU46J 買施例4:
[0047] 將原料濕法凈化磷酸和尿素按⑶(NH2)2與H3PO4的摩爾比1.25:1進行配料加入到 混合器中，預熱升溫至90°C，使尿素與濕法凈化磷酸充分混合，得清澈透明的磷酸尿素溶 液，將磷酸尿素溶液加入到聚合反應器中，溫度升至160°C，經(jīng)60分鐘充分的聚合反應后冷 卻，取出物料粉碎，即得到粉狀水溶聚磷酸銨產(chǎn)品。產(chǎn)品分析檢測結果見表4:
[0048] 表4低聚合度全水溶聚磷酸銨產(chǎn)品分析檢測結果
【主權項】
1. 一種濕法凈化磷酸制備水溶聚磷酸銨的生產(chǎn)方法，其主要特征在于采用濕法凈化磷 酸、尿素為原料，高溫下直接聚合反應得到水溶性聚磷酸銨固體產(chǎn)品，主要生產(chǎn)工藝步驟如 下： A) .將濕法凈化磷酸和尿素按一定比例加入到混合器中，以尿素與磷酸摩爾比為0.6~ 2.0，預熱升溫至40~10(TC，獲得磷酸尿素溶液； B) .將預熱混合得到磷酸尿素溶液加入到聚合反應器，控制聚合反應溫度為130~200 °C，反應時間為20~120分鐘，聚合反應完成后，反應物料經(jīng)冷卻后得到水溶性聚磷酸銨固 體產(chǎn)品。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種濕法凈化磷酸制備水溶聚磷酸銨的生產(chǎn)方法，其特征在 于所述濕法凈化磷酸為濃度為70~85 % H3P〇4。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種濕法凈化磷酸制備水溶聚磷酸銨的生產(chǎn)方法，其特征在 于步驟(A)通過控制不同的尿素與磷酸摩爾比，可得到不同品質(zhì)的聚磷酸銨產(chǎn)品。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種濕法凈化磷酸制備水溶聚磷酸銨的生產(chǎn)方法，其特征在 于步驟(B)聚合反應完成后，反應物料的冷卻溫度應控制在50°C以下。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種濕法凈化磷酸制備水溶聚磷酸銨的生產(chǎn)方法，其特征在 于步驟(B)冷卻后的聚磷酸銨需要經(jīng)過粉碎方可得到具有包裝特性的粉末狀聚磷酸銨產(chǎn) 品，冷卻前的聚磷酸銨可直接加水溶解得到液體聚磷酸銨產(chǎn)品。6. 根據(jù)權利要求1所述的一種濕法凈化磷酸制備水溶聚磷酸銨的生產(chǎn)方法，其特征在 于步驟⑶得到的水溶性聚磷酸銨固體產(chǎn)品的N、P 2〇5總養(yǎng)分大于70%，水不溶物小于0.5%。
【文檔編號】C01B25/40GK105858633SQ201610454531
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】曾波, 楊先, 舒藝周, 白正斌
【申請人】云南云天化以化磷業(yè)研究技術有限公司