CN112321348A - 一种氮磷钾水溶性肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮磷钾水溶性肥料及其制备方法，氮磷钾水溶性肥料主要有效成分为磷酸二氢钾·硝酸钾的复盐，该复盐是通过湿法磷酸与氢氧化钾/碳酸钾/碳酸氢钾反应先生成磷酸一氢钾，再加入硝酸与磷酸一氢钾反应生成的。本发明制得的氮磷钾水溶肥含N 6.76％、P₂O₅34.30％、K₂O 45.41％，氮磷钾三元素含量高达86.47％，且水溶性好，易制成氮磷钾符合国标500g/L的水溶肥；在制备过程中湿法磷酸中所有不溶元素全部通过沉淀方式去除，得到的磷酸二氢钾·硝酸钾在与其他原料复配水溶肥时也不会出现不溶物；与此同时，使用硝酸降低了水溶肥的生产成本。

Description

一种氮磷钾水溶性肥料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水溶性肥料技术领域，具体是一种氮磷钾水溶性肥料及其制备方法。

背景技术

水溶性肥料是一种可完全溶于水的多元复合肥料，它能迅速地溶解于水中，容易被作物吸收，具有用量少、使用方便、使用成本低、作物吸收快、营养成分利用率高等优点，其肥料利用率差不多是常规复合化学肥料的2-3倍。由于水溶性肥料是一个速效肥料，种植者能够较快地看到肥料效果和表现，随时根据作物不同长势对肥料配方作出调整。鉴于水溶性肥料的上述优势，在农业领域得到了快速发展和应用。

现有技术中，使用湿法磷酸生产磷酸二氢钾铵是常见水溶性肥料制备方法之一。用硫酸、硝酸或盐酸分解磷矿制得的磷酸统称为湿法磷酸，其中用硫酸分解磷矿制得磷酸在湿法磷酸生产中占主导地位。湿法磷酸的生产成本优于热法，但是湿法磷酸含有大量溶解在磷酸中的杂质元素，在生产水溶性磷酸盐前通常需进行净化处理，然而由于磷酸自身性质，除杂效果欠佳。

国家知识产权局于2011年5月4日公告授权的发明专利CN101348244B公开了一种使用湿法磷酸生产磷酸二氢钾铵的方法，先制备硫酸氢钾和硫酸的混合液，再将混合液与磷矿粉按比例混合，最后与磷酸进行反应，得到磷酸二氢钾与磷酸的混合液。由于湿法磷酸含有较多不易去除的杂质，使得制得的磷酸二氢钾成品纯度不高；此外，与磷矿粉反应过程中，大量钾被磷石膏夹带，以含钾磷石膏的形式沉淀，大大降低了钾的收率。

发明内容

针对现有技术中使用湿法磷酸制备氮磷钾水溶性肥料存在的技术缺陷，本发明提出一种氮磷钾水溶性肥料及其制备方法。

本发明的第一个目的，保护一种氮磷钾水溶性肥料，其主要有效成分为磷酸二氢钾·硝酸钾的复盐，该复盐是通过湿法磷酸与氢氧化钾/碳酸钾/碳酸氢钾反应先生成磷酸一氢钾，再加入硝酸与磷酸一氢钾反应生成磷酸二氢钾·硝酸钾的复盐。

本发明的第二个目的，保护一种上述氮磷钾水溶性肥料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，取适量湿法磷酸溶液放入反应器，分批向反应器中加入氢氧化钾/碳酸钾/碳酸氢钾反应生成磷酸一氢钾，每次加入氢氧化钾/碳酸钾/碳酸氢钾后充分搅拌溶液，静置一段时间至杂质沉淀，直至加入氢氧化钾/碳酸钾/碳酸氢钾不再生成沉淀为止，过滤得到磷酸一氢钾水溶液；

步骤2，向磷酸一氢钾溶液中加入适量硝酸溶液调节溶液PH值至中性，生成磷酸二氢钾·硝酸钾溶液，蒸发溶液至饱和，冷却得到磷酸二氢钾·硝酸钾晶体。

进一步的，将磷酸二氢钾·硝酸钾与尿素按照1:1比例制备N-P₂O₅-K₂O:25-16-22含量氮磷钾水溶肥。

本发明制得的氮磷钾水溶肥含N 6.76%、P₂O₅ 34.30%、K₂O 45.41%，氮磷钾三元素含量高达86.47%，且水溶性好，易制成氮磷钾符合国标500g/L的水溶肥；在制备过程中湿法磷酸中所有不溶元素全部通过沉淀方式去除，得到的磷酸二氢钾·硝酸钾在与其他原料复配水溶肥时也不会出现不溶物；与此同时，使用硝酸降低了水溶肥的生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例1

一种有效成分为磷酸二氢钾·硝酸钾复盐的水溶性肥料，其制备方法包括以下步骤：

1、取适量40%浓度湿法磷酸溶液放入反应器，分批向反应器中加入氢氧化钾，每次加入氢氧化钾后充分搅拌溶液，静置一段时间至杂质沉淀，直至加入氢氧化钾不再生成沉淀为止，过滤得到磷酸一氢钾水溶液，反应式为2KOH+H₃PO₄=K₂HPO₄+H₂O。

由于湿法磷酸中存在Fe³⁺、Al³⁺离子，在与氢氧化钾反应时，磷酸中的Fe³⁺、Al³⁺生成磷酸盐沉淀出来；与此同时，随着氢氧化钾的加入，溶液PH值逐渐升高（例如由PH=1变成PH=10），使得溶于磷酸二氢钾溶液的镁元素、钙元素、氟元素和硅元素逐步沉淀；过滤沉淀后得到磷酸一氢钾溶液。

磷酸中杂质反应式分别为：

Fe³⁺ + PO₄ ³⁺ = FePO₄↓

Al³⁺ + PO₄ ³⁺ = AlPO₄↓

Mg²⁺ + HPO₄ ²⁺ = MgHPO₄↓

Ca²⁺ + HPO₄ ²⁺ = CaHPO₄↓

3SiF₄ + (n+2)H₂O = H₂SiF₆↓ + SiO₂·2H₂O↓

2、向磷酸一氢钾水溶液加入适量50%浓度硝酸溶液调节溶液PH至中性，生成磷酸二氢钾·硝酸钾溶液，反应式为K₂HPO₄+HNO₃=KH₂PO₄·KNO₃，蒸发溶液至饱和，冷却结晶得到磷酸二氢钾·硝酸钾晶体。磷酸二氢钾·硝酸钾具有全水溶、盐指数低等优点，还含有氮元素，因而是一种全水溶的高浓度三元复合肥，其肥效优于磷酸二氢钾。

通过湿法磷酸与氢氧化钾/碳酸钾/碳酸氢钾反应先生成磷酸一氢钾，利用氢氧化钾/碳酸钾/碳酸氢钾溶于水后呈碱性，在生成磷酸二氢钾的同时，能与酸发生中和反应，从而使得溶液PH值得以升高。随着PH值的升高，溶于磷酸二氢钾溶液的的铁元素、铝元素、镁元素、钙元素、氟元素和硅元素逐步沉淀，再通过过滤即可去除。此步骤中，湿法磷酸中所有不溶元素全部通过沉淀方式去除，得到的磷酸二氢钾·硝酸钾在与其他原料复配水溶肥时也不会出现不溶物。

向磷酸一氢钾溶液中加入硝酸溶液，再次降低溶液PH，制得PH值范围在2-8的水溶肥。硝酸价格低、纯度好，避免使用昂贵的工业磷酸，降低水溶肥的生产成本，具有较高的成本优势和应用价值，并且制得的氮磷钾水溶肥含N 6.76%、P₂O₅ 34.30%、K₂O 45.41%，氮磷钾三元素含量高达86.47%，且水溶性好，易制成氮磷钾符合国标500g/L的水溶肥。

实施例2

区别于实施例1，本实施例使用碳酸钾代替氢氧化钾制备磷酸二氢钾·硝酸钾水溶液。

取适量40%浓度湿法磷酸溶液放入反应器，分批向反应器中加入碳酸钾，每次加入碳酸钾后充分搅拌溶液，静置一段时间至杂质沉淀，直至加入碳酸钾不再生成沉淀为止，过滤得到磷酸一氢钾水溶液，反应式为K₂CO₃+H₃PO₄=K₂HPO₄+H₂O+CO₂↑。

由于湿法磷酸中存在Fe³⁺、Al³⁺离子，在与碳酸钾反应时，磷酸中的Fe³⁺、Al³⁺生成磷酸盐沉淀出来；与此同时，随着碳酸钾的加入，溶液PH值逐渐升高，使得溶于磷酸二氢钾溶液的镁元素、钙元素、氟元素和硅元素逐步沉淀；过滤沉淀后得到磷酸一氢钾溶液。

实施例3

区别于实施例1，本实施例使用碳酸氢钾代替氢氧化钾制备磷酸二氢钾·硝酸钾水溶液。

取适量40%浓度湿法磷酸溶液放入反应器，分批向反应器中加入碳酸氢钾，每次加入碳酸氢钾后充分搅拌溶液，静置一段时间至杂质沉淀，直至加入碳酸氢钾不再生成沉淀为止，过滤得到磷酸一氢钾水溶液，反应式为2KHCO₃+H₃PO₄=K₂HPO₄+2H₂O+2CO₂↑。

由于湿法磷酸中存在Fe³⁺、Al³⁺离子，在与碳酸氢钾反应时，磷酸中的Fe³⁺、Al³⁺生成磷酸盐沉淀出来；与此同时，随着碳酸氢钾的加入，溶液PH值逐渐升高，使得溶于磷酸二氢钾溶液的镁元素、钙元素、氟元素和硅元素逐步沉淀；过滤沉淀后得到磷酸一氢钾溶液。

实施例4

将实施例1-3制得的磷酸二氢钾·硝酸钾与尿素按照1:1比例制备N-P₂O₅-K₂O:25-16-22含量氮磷钾水溶肥。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种氮磷钾水溶性肥料，其特征在于，其主要有效成分为磷酸二氢钾·硝酸钾的复盐。

2.根据权利要求1所述的氮磷钾水溶性肥料，其特征在于，该复盐是通过湿法磷酸与氢氧化钾/碳酸钾/碳酸氢钾反应先生成磷酸一氢钾，再加入硝酸与磷酸一氢钾反应生成的。

3.一种权利要求1所述的氮磷钾水溶性肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，取适量湿法磷酸溶液放入反应器，分批向反应器中加入氢氧化钾/碳酸钾/碳酸氢钾反应生成磷酸一氢钾，每次加入氢氧化钾/碳酸钾/碳酸氢钾后充分搅拌溶液，静置一段时间至杂质沉淀，直至加入氢氧化钾/碳酸钾/碳酸氢钾不再生成沉淀为止，过滤得到磷酸一氢钾水溶液；

步骤2，向磷酸一氢钾溶液中加入适量硝酸溶液调节溶液PH值至中性，生成磷酸二氢钾·硝酸钾溶液，蒸发溶液至饱和，冷却得到磷酸二氢钾·硝酸钾晶体。

4.根据权利要求1所述的氮磷钾水溶性肥料的制备方法，其特征在于，将磷酸二氢钾·硝酸钾与尿素按照1:1比例制备N-P₂O₅-K₂O:25-16-22含量氮磷钾水溶肥。