CN101585547A - 磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法 - Google Patents

Abstract

一种磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法，其特征包括：取磷石膏、碳酸氢铵和水为原料，根据Ca₂SO₄.2H₂O与NH₄HCO₃反应的化学计量比，将Ca₂SO₄.2H₂O的用量按重量百分比过量1％～20％，按磷石膏中的Ca₂SO₄.2H₂O含量折算成所需磷石膏和碳酸氢铵的用量，按水：(磷石膏+碳酸氢铵)＝0.05～0.25的重量比例加水；将原料投入球磨机中，按球料比为3～5投入磨球，在常温下，球磨反应20min～60min后，将其干燥即制得用作肥料的硫酸铵产品。本发明采用球磨转化技术，常温下能迅速反应，能耗低、效率高，实用性强。

Description

磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法

技术领域

本发明属于铵的硫酸盐的制备方法，涉及一种磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法。特别适于制备农业用作肥料的含可溶性硫和氮的优质二元化肥；也适于硫酸铵产品的制备，产品用作食品催化剂、缓冲剂，皮革脱灰剂，以及染织、医药产业等的原料。

背景技术

磷石膏是湿法磷酸生产过程中的副产物，其主要成分为Ca₂SO₄·2H₂O。随着磷酸工业的发展，磷石膏的排放量也日益增大，每生产1t磷酸(按100％P₂O₅计)就会产生4.5～5.0t的磷石膏。我国每年磷石膏的排放量超过2000万吨，其利用率很低，目前磷石膏主要用于建材、农业和化工产品的制备，相当一部分企业采取填埋和堆放的方法来处理这一废渣，不仅占用大量土地，而且对周围环境造成不良影响，给生产企业带来很大的负担。因此，磷石膏的处置和利用越来越得到人们的关注，成为磷酸工业实现可持续发展的关键。

现有技术中，由磷石膏制备硫酸铵的工艺一般为湿法转化法，即：在密封的搅拌反应器中加入碳酸氢铵和水，使碳酸氢铵溶解，并加适量氨水，接着加入适量的磷石膏粉，在一定温度下，搅拌使其发生以下化学反应：

CaSO₄·2H₂O+2NH₄HCO₃＝(NH₄)₂SO₄+CaCO₃+CO₂+3H₂O

反应2.0～3.0h后，停止反应，取出料液，抽滤分离，用水洗涤沉淀，将滤液浓缩到过饱和，冷却、结晶、干燥，制得硫酸铵产品。此工艺条件为：反应温度60～70℃，反应时间2.0～3.0h，物料配合比(n_磷石膏∶n_NH4HCO3)＝1.01～1.20，液固比2.4～15(重量比)。

采用该方法生产硫酸铵存在下列不足：

(1)反应要求在较高温度下进行，不仅设备复杂，而且能量消耗大，生产成本较高；

(2)反应时间较长，物料的处理效率低；

(3)液固比过大，加水量过多，不但后期的浓缩、结晶、干燥要消耗大量的能量，而且处理的磷石膏和碳酸氢铵物料量小，效率低。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，以磷石膏和碳酸氢铵为原料，通过采用球磨的方式，提供一种速度快、产率高、能耗低、效率高的磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法。

本发明的内容是：一种磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法，其特征之处是包括下列步骤：

a、配料：取磷石膏、碳酸氢铵和水为原料；根据Ca₂SO₄.2H₂O与NH₄HCO₃反应的化学计量比，将Ca₂SO₄.2H₂O的用量按重量百分比过量1％～20％(即：按Ca₂SO₄.2H₂O的理论用重量的101％～120％取Ca₂SO₄.2H₂O配料)；按磷石膏中的Ca₂SO₄.2H₂O含量折算成所需磷石膏和碳酸氢铵的用量，按水∶(磷石膏+碳酸氢铵)＝0.05～0.25的重量比例加水；

b、球磨反应：将磷石膏、碳酸氢铵和水投入球磨机中，按球料比(重量比)为3～5投入磨球，在常温下，球磨反应20min～60min后，将其干燥即制得用作肥料的硫酸铵产品。得到的物料中硫酸铵产率达99.99％。

本发明的化学反应方程式以下：

CaSO₄·2H₂O+2NH₄HCO₃＝(NH₄)₂SO₄+CaCO₃+CO₂+3H₂O

本发明的内容中：所述原料磷石膏与碳酸氢铵配比的计算，例如：如果原料磷石膏中Ca₂SO₄.2H₂O含量为86.285％，磷石膏的用量过量15％，则：

式中：m_磷石膏为原料磷石膏的用量(重量，后同)，m_CaSO4·2H2O为Ca₂SO₄.2H₂O的用量，m_碳酸氢铵和m_NH4HCO3为NH₄HCO₃的用量，M_CaSO4·2H2O为Ca₂SO₄.2H₂O的摩尔质量，M_NH4HCO3为NH₄HCO₃的摩尔质量。

本发明的内容还可以包括下列步骤：

c、制备硫酸铵：取球磨反应后的物料，按球磨反应后的物料∶水＝1∶1的重量比例加水、搅拌，使硫酸铵充分溶解，过滤分离，再按球磨反应后的物料∶水＝1∶0.3～0.5的重量比例取水、分2～3次将滤渣清洗，合并滤液，将滤液浓缩、结晶，可制得粗制硫酸铵，再将粗制硫酸铵重结晶1次，干燥后即可制得工业一级品硫酸铵产品。

与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：

(1)磷石膏中含有丰富的硫，而硫元素被称为植物生长必需的第四大元素，通常作物需要的硫肥量与磷肥相当，而硫酸铵是最理想的硫肥。本发明利用磷石膏转化制硫酸铵不消耗硫酸，所需的SO₄ ^2-由磷石膏提供，这样既利用了磷矿中的硫、磷资源，又保护了环境，还制得了含可溶性硫和氮的优质二元化肥；该二元化肥适用于一般土壤和作物，能使枝叶生长旺盛，增强作物的抵抗能力，提高果实品质和产量，对大豆、油菜、花生、烟草、大蒜等喜硫作物增产更为显著；硫酸铵产品还可用作食品催化剂、缓冲剂，皮革脱灰剂，和染织、医药产业的原料；

(2)采用本发明，在球磨作用下，磷石膏粉体得到充分的分散、与碳酸氢铵分子充分接触，并在机械能的作用下快速反应，转化生成硫酸铵和碳酸钙；反应在常温下即可进行，无需加温装置，能耗低；采用球磨节能转化方法，反应时间短，仅为湿法的20％左右，提高了物料处理效率；液固比很小，用水量仅为湿法的1％，可大大提高磷石膏和碳酸氢铵物料的比例，减少后期的浓缩、结晶和干燥阶段的水量，可以降低大量的能耗；

(3)本发明采用球磨工艺，设备投资小，生产条件要求低，工艺简单，物料处理量大，极易实现工业化生产；具有速度快，产率高，能耗低，效率高等特点，实用性强，为磷石膏综合利用提供了一种节能、高效、清洁、应用前景好的新途径。

具体实施方式

下面给出的实施例拟以对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1：

一种磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法，包括下列步骤：

a、配料：取含有Ca₂SO₄.2H₂O的重量百分含量为86.285％的磷石膏、碳酸氢铵和水为原料；根据Ca₂SO₄.2H₂O与NH₄HCO₃反应的化学计量比，将Ca₂SO₄.2H₂O的用量按重量百分比过量10％；按磷石膏中的Ca₂SO₄.2H₂O含量折算成所需磷石膏和碳酸氢铵的用量，按水∶(磷石膏+碳酸氢铵)＝0.05的重量比例加水；

配料中磷石膏的用量m_磷石膏(重量，后同)与碳酸氢铵的用量m_碳酸氢铵的重量比例经计算可知为：

m_磷石膏/m_碳酸氢铵＝1.39

b、球磨反应：将磷石膏、碳酸氢铵和水投入球磨机中，按球料比(重量比)为3投入磨球，在常温下，球磨反应20min后，将其干燥即制得用作肥料的硫酸铵产品。

实施例2-10：

一种磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法，方法步骤同实施例1，配料中磷石膏的用量m_磷石膏(重量，后同)与碳酸氢铵的用量m_碳酸氢铵的重量比例即物料配合比，水与固体(磷石膏+碳酸氢铵的重量之和)的重量比例即液固比，以及其它有关参数见下表：

实施例编号	物料配合比(m磷石膏∶m碳酸氢铵)	液固比	反应时间(min)	球料比	硫酸铵产率(％)
						2	1.39	0.075	20	3	92.86
3	1.39	0.095	40	4	90.87
						4	1.39	0.115	60	5	98.29
5	1.45	0.075	40	5	92.26
						6	1.45	0.095	60	3	97.12
7	1.45	0.115	20	4	97.74
						8	1.52	0.075	60	4	97.07
9	1.52	0.095	20	5	99.99
						10	1.52	0.115	40	3	93.83

注：表内各实施例中所用磷石膏均为川西产，含有Ca₂SO₄.2H₂O的重量百分含量为86.285％。

其它同实施例1，略。

实施例11：

一种磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法，包括下列步骤：

a、配料；

b、球磨反应；

c、制备硫酸铵：取球磨反应后的物料，按球磨反应后的物料∶水＝1∶1的重量比例加水、搅拌，使硫酸铵充分溶解，过滤分离，再按球磨反应后的物料∶水＝1∶0.3的重量比例取水、分2次将滤渣清洗，合并滤液，将滤液浓缩、结晶，可制得粗制硫酸铵，再将粗制硫酸铵重结晶1次，干燥后即可制得工业一级品硫酸铵产品。

其它同实施例1-10中任一，略。

实施例12：

一种磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法，包括下列步骤：

a、配料；

b、球磨反应；

c、制备硫酸铵：取球磨反应后的物料，按球磨反应后的物料∶水＝1∶1的重量比例加水、搅拌，使硫酸铵充分溶解，过滤分离，再按球磨反应后的物料∶水＝1∶0.5的重量比例取水、分3次将滤渣清洗，合并滤液，将滤液浓缩、结晶，可制得粗制硫酸铵，再将粗制硫酸铵重结晶1次，干燥后即可制得工业一级品硫酸铵产品。

其它同实施例1-10中任一，略。

实施例13：

一种磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法，包括下列步骤：

a、配料：取含有Ca₂SO₄.2H₂O的重量百分含量为86.285％的磷石膏、碳酸氢铵和水为原料；根据Ca₂SO₄.2H₂O与NH₄HCO₃反应的化学计量比，将Ca₂SO₄.2H₂O的用量按重量百分比过量1％；按磷石膏中的Ca₂SO₄.2H₂O含量折算成所需磷石膏和碳酸氢铵的用量，按水∶(磷石膏+碳酸氢铵)＝0.15的重量比例加水；

配料中磷石膏的用量m_磷石膏与碳酸氢铵的用量m_碳酸氢铵的重量比例经计算可知为：

m_磷石膏/m_碳酸氢铵＝1.28

b、球磨反应：将磷石膏、碳酸氢铵和水投入球磨机中，按球料比(重量比)为4投入磨球，在常温下，球磨反应30min后，将其干燥即制得用作肥料的硫酸铵产品。

实施例14：

一种磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法，包括下列步骤：

a、配料：取含有Ca₂SO₄.2H₂O的重量百分含量为86.285％的磷石膏、碳酸氢铵和水为原料；根据Ca₂SO₄.2H₂O与NH₄HCO₃反应的化学计量比，将Ca₂SO₄.2H₂O的用量按重量百分比过量5％；按磷石膏中的Ca₂SO₄.2H₂O含量折算成所需磷石膏和碳酸氢铵的用量，按水∶(磷石膏+碳酸氢铵)＝0.25的重量比例加水；

配料中磷石膏的用量m_磷石膏与碳酸氢铵的用量m_碳酸氢铵的重量比例经计算可知为：

m_磷石膏/m_碳酸氢铵＝1.33

b、球磨反应：将磷石膏、碳酸氢铵和水投入球磨机中，按球料比(重量比)为3投入磨球，在常温下，球磨反应50min后，将其干燥即制得用作肥料的硫酸铵产品。

实施例15：

一种磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法，包括下列步骤：

a、配料：取含有Ca₂SO₄.2H₂O的重量百分含量为86.285％的磷石膏、碳酸氢铵和水为原料；根据Ca₂SO₄.2H₂O与NH₄HCO₃反应的化学计量比，将Ca₂SO₄.2H₂O的用量按重量百分比过量13％；按磷石膏中的Ca₂SO₄.2H₂O含量折算成所需磷石膏和碳酸氢铵的用量，按水∶(磷石膏+碳酸氢铵)＝0.20的重量比例加水；

配料中磷石膏的用量m_磷石膏与碳酸氢铵的用量m_碳酸氢铵的重量比例经计算可知为：

m_磷石膏/m_碳酸氢铵＝1.43

b、球磨反应：将磷石膏、碳酸氢铵和水投入球磨机中，按球料比(重量比)为5投入磨球，在常温下，球磨反应60min后，将其干燥即制得用作肥料的硫酸铵产品。

本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims (1)

1、一种磷石膏球磨制备用作肥料的硫酸铵的方法，其特征是包括下列步骤：

a、配料：取磷石膏、碳酸氢铵和水为原料；根据Ca₂SO₄.2H₂O与NH₄HCO₃反应的化学计量比，将Ca₂SO₄.2H₂O的用量按重量百分比过量1％～20％；按磷石膏中的Ca₂SO₄.2H₂O含量折算成所需磷石膏和碳酸氢铵的用量，按水：(磷石膏+碳酸氢铵)＝0.05～0.25的重量比例加水；

b、球磨反应：将磷石膏、碳酸氢铵和水投入球磨机中，按球料比为3～5投入磨球，在常温下，球磨反应20min～60min后，将其干燥即制得用作肥料的硫酸铵产品。