影响磷酸一铵中水不溶物沉降速率的因素探究_杨心师.pdf

影响磷酸一铵中水不溶物沉降速率的因素探究杨心师，陈红琼，杨欢，马航（云南云天化以化磷业研究技术有限公司，云南 昆明650228）摘要对某公司3种同养分（10-50-0）的磷酸一铵进行分析，探究其溶解后水不溶物沉降速率不同的原因。结果表明，磷酸一铵水不溶物在水溶液中沉降速率的快慢是由磷酸一铵及其水不溶物的杂质含量、颗粒大小、密度及组成结构等因素综合决定的。关键词磷酸一铵；水不溶物；沉降速率中图分类号TQ442.14文献标志码A文章编号 1007-6220（2023）01-0013-03Influence factors of sedimentation rate of water-insoluble substances in MAPYANG Xinshi,CHEN Hongqiong,YANG Huan,MA Hang（Yunnan ICL YTH Phosphate Research and Technology Co.,Ltd.,Kunming 650228,China）Abstract：Three kinds of MAP with the same nutrient（10-50-0）of a company are analyzed to explore the reasonsfor the different sedimentation rates of water-insoluble substances after dissolution.The results show that thesedimentation rate of water-insoluble substances in MAP in aqueous solution is determined by the impurity content,particle size,density,and composition structure of MAP and its water-insoluble substances.Key words：monoammonium phosphate（MAP）；water-insoluble substances；sedimentation rate收稿日期2022-11-03作者简介杨心师（1987-），女，云南玉溪人，工程师，从事磷酸及精细磷化工技术研究工作。E-mail：通信作者马航（1981-），男，博士，正高级工程师，从事精细磷化工技术及新能源开发工作。E-mail：磷复肥与新型肥料某公司以湿法磷酸和渣酸为原料，采用传统法1制备的两种10-50-0磷酸一铵（以下简称MAP 1#、MAP 2#）在水溶液中水不溶物沉降速率较快，以其为原料生产出的NPK复合肥在采用喷灌施肥时容易堵塞喷灌设施，给农户施肥带来不便。而以湿法磷酸为原料采用料浆法 2-3 生产的同养分磷酸一铵（以下简称MAP 3#），其在水溶液中的水不溶物沉降速率较慢，能持续悬浮一定时间，不影响喷灌施肥。为探究其原因，对这3种同养分的MAP进行分析。13种同养分的磷酸一铵分析1.1磷酸一铵主要化学成分分析3 种同养分磷酸一铵的主要化学成分见表 1。由表1可知，MAP 3#的硫酸根含量较低，氟、水不溶物和氧化铝含量较高。MAP 2#的硫酸根、氧化铁和氧化镁含量较高。MAP 1#除了硫酸根含量较高以外，其余杂质含量均较低。3个样品中，MAP 1#品质最好。1.2磷酸一铵筛析结果和粒度分布3 种同养分磷酸一铵的粒度筛析结果见表 2，粒度分布见表3。由表2可知，MAP 3#的粒度较为均匀，主要集中在0.150 0.355 mm，占比为69.12%，0.150 mm的颗粒占比为27.54%。而MAP 1#和MAP 2#的颗粒分表23种同养分MAP的粒度筛析结果样品MAP 1#MAP 2#MAP 3#不同粒径（mm）颗粒占比/%0.6506.531.830.190.5000.6509.9315.611.420.3550.5000.663.821.730.2500.3557.9418.9020.680.1800.25011.7016.8931.360.1500.1809.9610.9617.080.15053.2831.9927.54表13种同养分MAP的主要化学成分%样品MAP 1#MAP 2#MAP 3#样品MAP 1#MAP 2#MAP 3#w（P2O5总）52.8050.4249.04w（水不溶物）17.1420.1928.98w（P2O5有效）52.7450.4048.92w（CaO）0.521.162.25w（P2O5水溶）47.1743.0441.14w（MgO）1.351.541.32w（氨氮）10.989.8910.15w（K2O）0.190.420.28w（SO42-）4.626.541.98w（Na2O）0.280.310.31w（F）2.152.104.48w（Al2O3）0.971.612.25w（Cl）0.02未检出0.04w（Fe2O3）1.212.682.09w（酸不溶物）未检出0.480.75w（H2O）1.182.344.032023年1月第38卷第1期磷 肥 与 复 肥Phosphate Compound Fertilizer13布呈两极分化，0.150 0.355 mm的颗粒占比明显低于MAP 3#。由表3可知，MAP 3#的体积平均粒径为291.787 m，d90为457.670 m，0.500 mm的颗粒占比为98.39%，比表面积最小，为0.024 1 m2/g。比表面积大，颗粒与溶液的接触面积也大，溶解反应性好。所以，单纯以比表面积来看，MAP 3#的溶解性并不比MAP 1#和MAP 2#好，但MAP 1#和MAP 2#在溶解速率快的同时，大部分水不溶物与溶液快速分离沉淀下来；而MAP 3#溶解后大部分水不溶物悬浮于溶液中，沉降速率较慢，这可能与MAP的杂质含量有一定关系。1.3磷酸一铵堆密度和振实密度3种同养分磷酸一铵的堆密度和振实密度见表4。堆密度为手动装样后称量计量所得，振实密度4为称取样品约 10 g，机器震荡 3 000 次后计算所得。从表4可以看出，MAP 3#的堆密度和振实密度比MAP 1#和MAP 2#小，因此MAP 3#的单位颗粒相对较轻。23种同养分磷酸一铵的沉降实验2.1磷酸一铵水不溶物沉降速率称取相同质量的磷酸一铵样品，配成质量分数5%的水溶液，搅拌5 min后迅速倒入量筒中并开始计时，记录不同沉降时间的底层固相高度，结果见图1。MAP水溶液的高度为177 mm，量筒直径为26 mm。由于MAP的水不溶物含量不同，最终的沉淀高度不同。由图1可知，MAP 3#水不溶物沉淀达到最大高度用时14 min，此后沉淀在重力作用下逐渐堆积紧密，出现沉淀高度随时间延长先增长后下降的现象，这也说明了MAP 3#的颗粒较细较轻。MAP 1#和MAP 2#水不溶物沉淀达到最大高度分别用时7 min和6 min，且后续沉淀堆积紧密的现象不明显。由表1可知，MAP 3#中的硫酸根含量较低，氟含量和氧化铝含量较高；硫酸根会与阳离子（例如钙离子等）形成容易沉降的沉淀，同时，氟和铝易形成悬浮状化合物。所以猜测MAP 3#中水不溶物在水中沉降速率较慢与其硫酸根含量低、氟和铝含量高有一定关系。同时，MAP 3#的颗粒均匀、密度较小，是部分水不溶物能在一定时间内悬浮于水溶液中的原因之一。2.2颗粒细度对磷酸一铵水不溶物沉降速率的影响称取粒径0.180 mm的MAP 1#，按2.1节的实验方法，进行沉降实验，结果见图 2。由图2可知，MAP 1#水不溶物沉淀达到最大高度用时为7 min；而粒径0.180 mm的MAP 1#水不溶物沉淀达到最大高度用时为9 min，且在6 min内，其沉淀高度始终小于MAP 1#，说明降低颗粒细度有利于减缓水不溶物的沉降速率。MAP颗粒越细，其水不溶物也越细，沉降速率越慢。2.3搅拌时间对磷酸一铵水不溶物沉降速率的影响称取 2 份相同质量的 MAP 1#，配成质量分数5%的水溶液，分别搅拌5 min和2 h后按2.1节的方法进行沉降实验，考察延长搅拌时间对MAP溶解后水不溶物沉降速率的影响，结果见图3。表43种同养分MAP的堆密度和振实密度样品MAP 1#MAP 2#MAP 3#堆密度/（g mL-1）1.121.060.88振实密度/（g mL-1）1.121.080.87图13种同养分MAP的沉降实验结果图2颗粒细度对MAP 1#沉降速率的影响表33种同养分MAP粒度分布结果样品MAP 1#MAP 2#MAP 3#体积平均粒径/m424.013260.233291.787d10/m74.06569.279158.162d50/m193.654214.337269.883d90/m1 180.843522.179457.670表面积平均粒径/m151.781113.063248.502比表面积/（m2 g-1）0.039 50.053 10.024 1图3搅拌时间对MAP沉降速率的影响2023年第38卷第1期磷肥与复肥14由图3可知，搅拌5 min和2 h的MAP 1#，水不溶物沉淀达到最大高度的用时均为7 min，两条沉淀高度随时间变化的曲线无明显差别，说明延长搅拌时间对MAP水不溶物的沉降速率没有影响。33种同养分磷酸一铵的水不溶物分析3.1磷酸一铵水不溶物主要化学成分分析3种同养分磷酸一铵水不溶物主要化学成分分析结果见表5。由表5可知，MAP 3#水不溶物的硫酸根含量最低，氟含量最高。所以，水不溶物沉降速率与其杂质含量有一定的关系。3.2磷酸一铵水不溶物粒度分布MAP 3#水不溶物粒度分布结果见表6。从表6可以看到，MAP 3#水不溶物的体积平均粒径为6.004 m，表面积平均粒径为2.531 m，其粒径远小于MAP 1#和MAP 2#的水不溶物，比表面积为2.37m2/g，大于MAP 1#和MAP 2#的水不溶物。比表面积包括外比表面积和内比表面积，外比表面积与颗粒细度有关且比较固定，内比表面积则与颗粒内部的孔隙率有关，所以，一般比表面积的差异表现在内比表面积上，比表面积大的颗粒内比表面积也大，吸附性越强，颗粒悬浮性也越好。3.3磷酸一铵水不溶物X射线衍射分析3 种同养分磷酸一铵水不溶物的 X 射线衍射（XRD）分析结果见图 4。由图 4 可知，MAP 1#和MAP 2#水不溶物的出峰位置相似，但不同于MAP3#水不溶物的出峰位置。这表明MAP 1#和MAP 2#的水不溶物结构类似，但区别于MAP 3#水不溶物的物质组成结构。由于湿法磷酸中含有钙、镁、铝、铁、硫酸根和氟等杂质，这些杂质在氨化过程中会发生一系列复杂的副反应，生成不同的化合物。化合物不同，其物理和化学表现必然有区别。因此，3种MAP水不溶物含有的化合物种类需要进一步研究。4结论MAP 3#以湿法磷酸为原料，采用料浆法生产；而MAP 1#和MAP 2#以湿法磷酸和渣酸为原料，采用传统法生产。由于原料杂质含量不同以及制备工艺不同，导致：（1）MAP和MAP水不溶物的杂质含量不相同。MAP 3#水不溶物的硫酸根含量低，可能形成的硫酸盐沉淀较少；而MAP 3#中的F、Al2O3含量相对高，可能形成易悬浮于水溶液中的化合物。（2）MAP 和 MAP 水不溶物的颗粒细度不相同。MAP 3#及其水不溶物的颗粒细度要更均匀一些。（3）MAP的密度不相同。MAP 3#的颗粒密度较小。（4）MAP 水不溶物的物质组成结构不相同。（5）MAP 3#水不溶物的粒径比MAP 1#和MAP 2#水不溶物小，比表面积比MAP 1#和MAP 2#水不溶物大。颗粒比表面积大，意味着颗粒与溶液的接触面积大，吸附能力强，在溶液中分布更均匀，更容易悬浮。综上所述，MAP水不溶物在水溶液中沉降速率的快慢是由MAP及其水不溶物的杂质含量、颗粒大小、密度及组成结构等因素综合决定的。参考文献1 李宜平，窦德军，吴建华，等.影响工业级磷酸一铵成品堆密度的因素和控制措施 J.磷肥与复肥，2021，36（6）：20-22.2 苏小林，徐志强，何新建.AZF工艺生产粒状磷酸一铵的可行性研究 J.磷肥与复肥，2021，36（1）：13-15.3 雷云，马健.湿法磷酸中和法与萃取法制工业磷酸一铵工艺比较 J.磷肥与复肥，2020，35（9）：24-26.4 严达攀.二水法磷酸净化生产工业级磷酸一铵 J.磷肥与复肥，2018，33（11）：27-28.表53种同养分MAP水不溶物主要化学成分分析结果%样品MAP 1#水不溶物MAP 2#水不溶物MAP 3#水不溶物w（P2O5）34.7736.7534.00w（氨氮）2.471.754.59w（SO42-）0.440.450.12w（F）9.839.0612.26w（酸不溶物）0.510.474.01w（CaO）4.674.568.09w（MgO）4.823.884.25w（K2O）0.831.270.66w（Na2O）0.550.510.28w（Al2O3）3.702.002.31w（Fe2O3）7.7711.3811.38表6MAP 3#水不溶物粒度分布结果体积平均粒径/m6.004d（0.1）/m1.074d（0.5）/m4.132d（0.9）/m13.688表面积平均粒径/m2.531比表面积/（m2 g-1）2.37图4MAP水不溶物的XRD分析2023年第38卷第1期杨心师等影响磷酸一铵中水不溶物沉降速率的因素探究15