硫酸脲分解磷矿反应机理探讨.pdf

第17 卷第6 期 高 校 化 学 工 程 学 报 No.6 Vol.17 2003 年12 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Dec. 2003 文章编号：1003-9015(2003)06-0673-06 硫酸脲分解磷矿反应机理探讨 罗洪波, 蒋绍志, 钟本和, 张允湘 (四川大学化工学院，四川 成都 610065) 摘 要： 以硫酸脲分解磷矿是一种新的N 、P 复肥生产方法，硫酸脲分解磷矿有其特殊的反应机理。利用在线显微 摄像与物化分析相结合，可以很好地表征硫酸脲分解磷矿的反应机理。实验表明：硫酸脲与磷矿在液固接触的界面 微区进行反应，反应微区内有离解、反应、结晶、复合等过程，并伴随有晶型转变。反应生成的硫酸钙晶体复盖反 应粒子表面，形成包裹层增大传质阻力。反应物质通过CaSO 0.5H O 晶膜的传递阻力是影响整个反应过程的重要因 4 2 素。 关键词：硫酸脲; 磷矿; 显微摄像; 反应机理 中图分类号：TQ444.2 文献标识码：A 1 引 言 将硫酸与尿素制成硫酸脲分解磷矿生产 N 、P 复肥的方法，是近 10 余年开发研究的尿素-普钙或 尿基复肥新工艺。它不仅使尿素、普钙由单一养分转化为复合肥料，为普钙产品升级换代开辟了一条 新途径，还巧妙地将尿素掺入普钙生产中，解决了尿素、普钙直接掺混制复肥时物性变坏的难题；既 无磷石膏等废物排放危害环境，还可提供农作物生长所需的硫元素。因此，该工艺的研究倍受各国关 注，竞相开发。法国Dalman L H[1]最先提出该工艺，经多年研究已开始实现工业化，其它国家的科学 家也作了不少研究，但多为工艺开发，对硫酸脲分解磷矿的反应机理研究甚少，尚未见文献报导。 我国对尿素-普钙新工艺研究起步较晚，现在还处于试验研究阶段。为了更好地利用我国丰富的磷 矿资源，解决磷酸生产的磷石膏排放问题，改变尿素、普钙养分单一的现状，使化肥生产朝复合化方 向发展，我们在实验研究尿素-普钙工艺条件的基础上，对硫酸脲分解磷矿的反应机理进行了初步探索， 取得一定结果，可提供该工艺的进一步开发参考。 2 实 验 2.1 实验原料 硫酸脲制备：将尿素、硫酸和水按 3.6 ∶1 ∶1 的 mol 比称量，加入反应温度 60 ℃，搅拌强度 300rmin 1(线速度0.7ms 1))搅拌反应槽内，待尿素完全溶解备用。 硫酸为分析纯试剂，尿素为含氮46.3%大颗粒农用尿素。纯氟磷灰石为自制高纯度Ca F(PO ) ,P O 5 4 3 2 5 含量42.07% 。瓮福磷矿组成见表1。 表1 瓮福磷矿组成 Table 1 Composition of Wong Fu phosphate ore Composition P O CaO Fe O Al O MgO F I 2 5 2 3 2 3 % 34.41 48.26 0.57 0.32 0.46 3.34 12.6 2.2 实验装置及分析方法 (1) 显微摄像 显微摄像反应实验装置如图 1。实验时先将硫酸或硫酸脲滴加 1~2 滴于载波片上，置于显微物镜 之下，再在均匀分散的液滴上加入直径约为1.5mm 的磷矿粉或氟磷灰石，注意使粉料分散均匀。观测 收稿日期：2002- 11-20