湿法磷酸淤渣酸制备微粒磷肥可行性研究

舒艺周，马 航,2，杨 先，曾 波，匡家灵，白正斌

（1.云南云天化以化磷业研究技术有限公司，云南 昆明 650228；2.云南云天化股份有限公司 研发中心，云南 昆明650228；3.云南省化工研究院有限公司，云南 昆明 650228）

为满足高浓度磷复肥生产要求，湿法磷酸生产过程中，通常需要将稀磷酸进行浓缩、澄清、陈化处理，以提高磷酸浓度和分离出杂质。在这一过程中，上层清酸即为澄清浓磷酸，下层含有大量固相物的副产酸，即为湿法磷酸淤渣酸。湿法磷酸淤渣酸由于杂质含量较高，目前主要与澄清浓磷酸按不同比例混合后作为生产低养分含量的农用磷铵产品的原料进行利用。但是，原料中掺入淤渣酸使低养分含量的磷铵产品水溶磷占有效磷比例下降，降低了产品价值。近年来，随着磷肥产能过剩，低养分含量的传统磷铵产品市场竞争激烈，经济效益较差。所以，需要对湿法磷酸淤渣酸高效利用途径进行其他探索。

本研究尝试直接以湿法磷酸淤渣酸、尿素为原料制备高效微粒磷肥，探索其可行性，为湿法磷酸淤渣酸开辟更有效的利用途径。

1 试验设计

1.1 试验原料

试验所用主要原料为云南天安化工有限公司的湿法磷酸淤渣酸，以及外购尿素。湿法磷酸淤渣酸的化学组分分析结果见表1。

表1 原料用湿法磷酸淤渣酸化学组分分析结果 %

尿素，w（总氮）≥46.4%。

1.2 试验方法

将湿法磷酸淤渣酸和尿素按一定比例混合后，加入反应釜进行加热反应，反应完成后得到NP复合肥料初级产品，再经过粉碎、微粒化等工序，最终得到拥有自身技术特点的微粒磷肥产品。

试验通过调整原料湿法磷酸淤渣酸和尿素的比例来控制产品养分配比，以尿素和磷酸物质的量之比表示，选择3个方案进行探索研究，具体方案如下：方案1，n（尿素）/n（磷酸）为1.30；方案2，n（尿素）/n（磷酸）为1.20；方案3，n（尿素）/n（磷酸）为1.10。

2 试验结果

按照不同的n（尿素）/n（磷酸），计量称取湿法磷酸淤渣酸和尿素加入反应釜加热反应，控制反应温度130～160℃，反应时间50～80 min，得到NP复合肥料初级产品。试验选择圆盘造粒机进行造粒，用雾化器喷入常温水，不需要添加造粒黏结剂，控制加水量为肥料质量的8%～12%，即可得到微小颗粒肥料。造粒结束后，肥料进入干燥箱进行干燥，选用孔径0.5 mm和1.5 mm的方孔筛进行筛分，最终得到粒径0.5～1.5 mm的微粒磷肥产品。微粒磷肥产品化学成分检测分析结果如表2所示。

表2 微粒磷肥产品化学成分分析结果

由表2可知，湿法磷酸淤渣酸与尿素制备的微粒磷肥，w（总养分）高于54%，水溶磷占有效磷比例约为96%，聚合磷占有效磷的比例约为50%，pH在6～7，接近中性。另外，可通过调整尿素与磷酸的物质的量之比来控制产品的N和P2O5含量。

3个方案结果对比发现，方案3得到的微粒磷肥产品各项指标与GB 10205—2009中磷酸二铵一等品（15-42-0）的要求相当。目前，以云南云天化股份有限公司云峰分公司为例，主要采用将w（固）约33%的湿法磷酸淤渣酸与湿法澄清浓磷酸混合配成w（固）19%左右的磷酸去生产w（总养分）57%的磷酸二铵［1］。而本次探索试验是采用w（固）31%的湿法磷酸淤渣酸和尿素直接一步加热反应制备微粒磷肥。此方法不需要加入澄清浓磷酸调整固含量，在保证足够的澄清浓磷酸有效供给下游产品的同时，湿法磷酸淤渣酸能够得到大量利用。

3 产品特点

不同于传统的磷酸二铵产品，利用湿法磷酸淤渣酸制备的微粒磷肥产品水有比较高，产品中有大量聚合磷，具有以下技术特点。

3.1 颗粒微小，分散均匀

利用湿法磷酸淤渣酸制备的微粒磷肥，是一种采用微粒技术得到的粒径0.5～1.5 mm的微小颗粒肥料。而传统颗粒肥料是通过特定造粒装置形成的较大粒径的肥料，传统的颗粒肥料粒径通常在1～4 mm和2～3 mm［2］。与传统颗粒肥料相比，微粒磷肥不同之处在于颗粒细小以及表面不规则，相同质量的微粒磷肥颗粒数是传统颗粒肥料的60～120倍，能够均匀分散于土壤中，与种子、作物根系有更多的接触点。研究发现，根系是影响陆生植物对磷吸收的最重要因素［3］。微小颗粒肥料施入土壤后，能增加作物根系获取营养的面积，增加肥料的利用率，也可以加快种子对营养的吸收，提高种子成活率，促进种子萌发。另外，微粒磷肥为颗粒状形态，在一定程度上解决了粉状肥料易结块、离析、流动性差，以及在施用过程中易流失的问题，在储存、运输和施用中优于粉状肥料。

3.2 水溶磷占有效磷的比例高

磷是植物生长所必需的矿物元素之一，农作物吸收磷元素最主要的途径是将磷制成磷肥施用到土壤。能被作物直接吸收的磷形态主要包含了H2PO4-和HPO42-，这2种形态的磷又称为有效磷形态，其中H2PO4-形态磷即为水溶磷，是最易被植物吸收的磷。水溶磷占有效磷比例的高低，直接影响磷当季利用率和作物的长势，水溶磷占有效磷比例越高，磷元素当季利用率越高，作物也会增产、稳产［4］。因此，在磷酸一铵、磷酸二铵和复混肥料等磷复肥的标准中均对水溶磷占有效磷比例做了要求。利用湿法磷酸淤渣酸制备的微粒磷肥，水溶磷占有效磷比例高于96%，相较于同等养分含量的磷铵产品，在有效磷含量相同的情况下，该微粒磷肥的水溶磷含量较高，肥料质量更好。

3.3 含有聚合磷，可提高肥料利用率

利用湿法磷酸淤渣酸制备的微粒磷肥还含有一定量的聚合磷，从分析结果看，聚合磷占有效磷的比例约为50%，主要以聚磷酸铵的形式存在于产品中。聚磷酸铵是一类含有N、P两种养分元素的聚磷酸盐，按照其聚合度不同，可以分为低聚、中聚和高聚3种［5］。低聚合度聚磷酸铵水溶性较好，适宜用作农用肥料。

聚合磷不能直接被作物吸收利用，需要在含水环境中逐步分解，聚磷酸铵中的P—O—P链逐渐断开，最终分解为能被作物直接吸收的正磷酸根形态［6］。Torres-Dorante等进行了聚磷酸盐肥料在土壤中水解速率及磷有效性的研究，发现聚磷酸盐肥料能够增加土壤有效磷含量，施用100 d后，在粉质土壤中正磷酸根形态的磷含量远高于正磷酸盐肥料［7］。陈日远等研究了聚磷酸铵对玉米幼苗吸收磷、锌养分及生长的影响，结果表明聚磷酸铵能够明显提高玉米植株生物量，同时促进根系对微量元素锌的吸收，但全部施用聚磷酸铵效果不如磷酸二铵和聚磷酸铵配施的效果［8］。以上结果说明聚磷酸铵具有缓释效果，但配合正磷酸盐肥料一起施用，效果更好。

微粒磷肥产品中既含有能够快速被作物吸收的正磷酸根形态的磷，同时还含有缓慢分解释放的聚合磷，两种形态的磷协同作用，使得微粒磷肥兼具速效和长效的功能。

聚磷酸铵能够螯合一定量的钙、镁、锌、铁、铜、锰等中微量元素，不产生沉淀，可作为基肥中的无机螯合剂［9-10］。利用湿法磷酸淤渣酸作为原料制备微粒磷肥，反应过程中所得的聚磷酸铵可以螯合湿法磷酸淤渣酸中一部分金属离子，将湿法磷酸淤渣酸中无效成分变为有效养分的同时，使得产品养分配比科学，有效提供作物所需的各种营养元素。

4 结论

利用湿法磷酸淤渣酸和尿素为原料，高温反应，再经微粒化技术可以制备w（总养分）大于54%的微粒磷肥。微粒磷肥产品粒径为0.5～1.5 mm，能够更均匀地分散于土壤中，使得肥料与作物根系的距离更为科学。微粒磷肥产品水溶磷占有效磷比例高达96%，且含有占有效磷含量50%的聚合磷，保证作物前期磷元素需求的同时，聚合磷持续释放养分，为作物在较长的周期内提供磷元素。湿法磷酸淤渣酸制备的微粒磷肥聚合磷主要以聚磷酸铵形式存在，聚磷酸铵具有一定的螯合金属离子能力，所以在一定程度上能够螯合湿法磷酸淤渣酸中的杂质，如镁、铁等，施入土壤后，又能够抑制土壤中的金属离子与磷元素结合（固化磷元素），这将在提高肥效上起到关键作用。

磷资源是宝贵的不可再生资源，湿法磷酸生产副产的淤渣酸利用是业界一直在探索和研究的课题。本研究利用湿法磷酸淤渣酸制备微粒磷肥，不需要配入澄清浓磷酸，保证了湿法磷酸生产中澄清浓磷酸供给下游产品，同时合理有效地利用了副产淤渣酸，试验得出的结果为下一步工作开展奠定一定的基础，为湿法磷酸淤渣酸高效利用提供了技术支撑。