CN106348271A - 一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，以湿法磷酸为原料，加入含氮化合物，湿法磷酸与氮源剂的投料比为1.5～3：1，投入搅拌式反应器中混合均匀，加热至100～150℃，压力0.1～0.3MPa，保持恒温搅拌反应80～150min，即可制得低聚合度的聚磷酸铵溶液。本发明以湿法磷酸为原料，使生产成本明显降低，生产出来的聚磷酸铵的聚合度n≤15,具有全水溶性，能够直接作为水溶肥。

Description

一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法
技术领域
本发明属于无机化学工业中的聚磷酸盐生产技术领域，具体是涉及聚磷酸铵的生产方法。
背景技术
聚磷酸铵又称多聚磷酸铵或缩聚磷酸铵(简称APP)，是一种含N的聚磷酸盐。根据具体使用需求的不同，可生产出低聚、中聚以及高聚3种不同聚合程度的产品，其聚合度越高水溶性越小，反之则水溶性越大。按其结构可以分为结晶形和无定形，结晶态聚磷酸铵为长链状水不溶性盐。聚磷酸铵的分子通式为(NH4)(n+2)PnO(3n+1)，当n为2～20时，为水溶性；当n大于20时，为难溶性。高纯度高聚合度水不溶性长链状聚磷酸铵被用于制备高级防火涂料、阻燃塑料。低聚合度水溶性的产品可作为阻燃剂使用，也可用于高级植物营养液(液体肥)。
目前聚磷酸铵生产中所使用的磷酸主要为质量较好的热法磷酸。磷酸生产方法主要有湿法和热法。热法磷酸主要是将磷矿在电炉中冶炼、升华、冷凝得到的黄磷燃烧、后水合、再脱砷净化而制得，具有产品浓度高、纯度高等优点，但能耗高、成本高。湿法磷酸的生产方式是用无机酸与磷矿石分解反应制得磷酸，湿法磷酸的浓度低、杂质多，但成本较低，现在也出现了一些净化湿法磷酸以生产质量较好的磷酸。
我国目前有研究采用热法磷酸、热法聚磷酸在较高温度下氨化、脱水、再制成固体或液体聚磷酸铵肥料。湿法磷酸杂质含量高，浓缩至高浓度过程易结垢，固化，聚合困难，一般不采用湿法磷酸生产制备聚磷酸铵。
但普通湿法磷酸比热法磷酸成本要低20％到40％，净化湿法磷酸比热法磷酸成本要低10％左右，普通湿法磷酸所含杂质比热法磷酸要成倍增加，如果能利用普通湿法磷酸来制得合乎质量要求的全水溶性低聚合度聚磷酸铵，则可使生产成本大大降低，对液体肥料行业意义重大。
发明内容：
本发明提出了一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，采用湿法磷酸为原料，加入含氮化合物进行缩合反应制备聚磷酸铵，生产出来的聚磷酸铵的聚合度n≤15，具有全水溶性，能够直接作为水溶肥。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，以湿法磷酸为原料，按照投 料比为1.5～3：1加入含氮化合物，投入搅拌式反应器中混合均匀，加热至100～150℃，在压力0.1～0.3MPa下保持恒温搅拌反应80～150min，即可制得低聚合度聚磷酸铵溶液。
作为技术方案的进一步优选，所述的含氮化合物为液氨、氨气、碳酸氢铵、尿素、三聚氰胺或双氰胺中的至少一种。
作为技术方案的进一步优选，所述含氮化合物之间的相互配比为1：1～2。
作为技术方案的进一步优选，所述加热反应温度为110～120℃。
作为技术方案的进一步优选，所述压力为0.2～0.3MPa。
作为技术方案的进一步优选，所述搅拌反应时间为100～120min。
作为技术方案的进一步优选，所述搅拌速度为50～200r/min。
作为技术方案的进一步优选，本发明可采用30～50％的湿法磷酸；也可采用
纯度达95％以上的净化湿法磷酸。
与现有技术相比，本发明的合成方法优势之处在于：
1.本发明以湿法磷酸为生产原料来生产聚磷酸铵溶液，相比于现有的热法磷酸、聚磷酸生产聚磷酸铵工艺在成本上能节省到30％～50％。
2.湿法磷酸中的杂质在磷酸缩合成为聚磷酸铵溶液后被螯合而溶为一体，而这些杂质主要是氟、镁、铁、铝、硅、硫酸根等，这些元素多为对植物生长有益的中微量元素，可直接成为水溶肥的营养成份，对植物生长具有促进作用。而传统聚磷酸铵生产方法中，认为湿法磷酸中的杂质易结垢，固化，不利于聚磷酸铵生产，因此这些杂质早早被前段工艺除净，因此生产周期长，生产成本增加。
3.本发明生产的聚磷酸铵溶液的聚合度n≤15，能够全溶于水，同时富含植物生长所需的中微量元素，能够直接作为水溶肥而用于农业生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，以30～40％的湿法磷酸为原料，按照投料比为2：1加入碳酸氢铵，共同投入搅拌式反应器中混合均匀，加热至120℃，在压力0.3MPa下保持恒温搅拌反应90min，控制转速为100r/min，即可制得低聚合度聚磷酸铵溶液，其聚合度n≤15,含有镁、铁、硅等植物所需 的中微量元素。
实施例2
一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，以40～50％的湿法磷酸为原料，按照投料比为3：1加入三聚氰胺，共同投入搅拌式反应器中混合均匀，加热至120℃，在压力0.2MPa下保持恒温搅拌反应150min，控制转速为200r/min，即可制得低聚合度聚磷酸铵溶液，其聚合度n≤10,含有镁、铁、硅等植物所需的中微量元素。
实施例3
一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，以95％的净化湿法磷酸为原料，按照投料比为1.5：1加入双氰胺，共同投入搅拌式反应器中混合均匀，加热至100℃，在压力0.1MPa下保持恒温搅拌反应80min，控制转速为50r/min，即可制得低聚合度聚磷酸铵溶液，其聚合度n≤10,含有镁、铁、硅等植物所需的中微量元素。
实施例4
一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，以40～50％的湿法磷酸为原料，按照投料比为2：1加入尿素，共同投入搅拌式反应器中混合均匀，加热至120℃，在压力0.2MPa下保持恒温搅拌反应100min，控制转速为100r/min，即可制得低聚合度聚磷酸铵溶液，其聚合度n≤10,含有镁、铁、硅等植物所需的中微量元素。
实施例5
一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，以40～50％的湿法磷酸为原料投入搅拌式反应器中，通入氨气；控制氨气的通入量与湿法磷酸的体积质量比为3：1，加热至110℃，在压力0.2MPa下保持恒温搅拌反应120min，控制转速为150r/min，即可制得低聚合度聚磷酸铵溶液，其聚合度n≤10,含有镁、铁、硅等植物所需的中微量元素。
实施例6
一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，以40～50％的湿法磷酸为原料，按照投料比为2：1加入碳酸氢铵和尿素的混合物，碳酸氢铵和尿素质量比为1：1，共同投入搅拌式反应器中混合均匀，加热至150℃，在压力0.2MPa下保持恒温搅拌反应100min，控制转速为100r/min，即可制得低聚合度聚磷酸铵溶液，其聚合度n≤15,含有镁、铁、硅等植物所需的中微量元素。
实施例7
一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，以40～50％的湿法磷酸为原料，按照投料比为1.5：1加入碳酸氢铵和双氰胺的混合物，碳酸氢铵和双氰胺质量比为1：2，共同投入搅拌式反应器中混合均匀，加热至120℃，在压力0.2MPa下保持恒温搅拌反应120min，控制转速为100r/min，即可制得低聚合度聚磷酸铵溶液，其聚合度n≤15,含有镁、铁、硅等植物所需的中微量元素。
将本发明制备的低聚合度聚磷酸铵溶液作为水溶肥与传统的氮磷肥，均按照20g每株桃树进行施肥(基肥)，50天后追加施肥40g每株；90天后作对比，施加本发明低聚合度聚磷酸铵溶液的桃树在株高比普通肥的高出5～10％，枝叶更为繁茂，长势更为良好。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员而言，在上述说明的基础上还可以作其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，其特征在于：以湿法磷酸为原料，按照投料比为1.5～3：1加入含氮化合物，投入搅拌式反应器中混合均匀，加热至100～150℃，在压力0.1～0.3MPa下保持恒温搅拌反应80～150min，即可制得低聚合度聚磷酸铵溶液。
2.根据权利要求1所述的以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，其特征在于：所述的含氮化合物为液氨、氨气、碳酸氢铵、尿素、三聚氰胺或双氰胺中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，其特征在于：所述含氮化合物之间的相互配比为1：1～2。
4.根据权利要求1所述的以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，其特征在于：所述加热温度为110～120℃。
5.根据权利要求1所述的以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，其特征在于：所述压力为0.2～0.3MPa。
6.根据权利要求1所述的以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，其特征在于：所述搅拌反应时间为100～120min。
7.根据权利要求1所述的以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，其特征在于：所述搅拌速度为50～200r/min。
8.根据权利要求1所述的以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，其特征在于：所述的湿法磷酸浓度为30～50％。
9.根据权利要求1所述的以湿法磷酸为原料制聚磷酸铵的生产方法，其特征在于：所述的湿法磷酸采用净化湿法磷酸，纯度达95％以上。
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