[发明专利]一种利用磷石膏为原料的溶液结晶法制备尿素磷石膏的方法

说明书

技术领域

本发明属于大宗固体废物磷石膏资源化利用领域，也属于化肥制造领域，具体涉及一种以磷石膏、溶解性磷酸盐和尿素为原料，利用溶液结晶法制备一种氮磷硫化肥-尿素磷石膏的方法。

背景技术

农业离不开化肥，我国化肥的施用量不断增长，2010总量达到5561.7万吨，其中氮肥的施用量为2353.7万吨，磷肥805.6万吨，复合肥1798.5万吨。但是，我国氮肥的利用率低，利用率仅有30～50％。流失的N素造成了严重的环境问题，例如：进入水体造成水体富营养化，N素转化为N₂O进入大气引起气温升高。磷肥主要来源于磷矿石的开采，我国磷矿富矿资源少、矿品位低、开采难度大、矿产主要集中在云南和贵州等地，向农业大产区的运输较为困难、运输成本较高。我国高品位磷矿(P₂O₅≥30％)如果按照低回采率开采，五年之内即开采完毕。随后，就只能开采中低品位的磷矿或者国外进口，成本将大幅上升。

目前，尿素缓释的改性方法可分为：(1)有机合成法，例如尿素和醛类缩合形成脲甲醛、异丁叉二脲；(2)包裹(膜)法，例如用无机物硫磺、有机物松香，石蜡、钙镁磷肥包裹尿素；(3)制备大颗粒、高硬度的尿素颗粒；(4)物理法，例如将石膏和尿素混合、研磨得到尿素石膏，加入添加剂改善其强度和粘结性能。上述方法能够提高尿素的缓释性能，但是有机合成法和包囊(膜)法工艺较复杂，物理法虽然简单，但是不易得到质量稳定，纯度可调的尿素缓释产品，例如公开号为CN101798240A的中国发明专利公开的石膏球磨制备用作肥料的尿素石膏的方法。

我国磷石膏的产量巨大且增加迅速，到2010年排放量已达到6000万吨，但是综合利用率仅为20％，主要用于水泥掺合料、制造建筑石膏、生产硫酸盐和改良盐碱地。大量磷石膏仍堆放处理，成为我国著名的大宗工业固体废弃物，不仅占据大量土地，而且产生废气、废水等严重的二次污染。

磷石膏虽然与天然石膏有相同的主要成分二水硫酸钙，但是含有酸性物质和多种杂质，含水率较高，带色度。除农用外，磷石膏都需要进行预处理去除其中的磷酸盐等杂质，从而使得产品的总成本明显超过天然石膏。用于改良土壤不需要进行预处理，磷石膏中的主要化学成分P、Ca和S是很好的肥份，并且磷石膏的溶解度一般在0.26g/100mL(20℃)，因此可以缓慢提供肥效。

发明内容

本发明提供了一种利用磷石膏为原料的溶液结晶法制备尿素磷石膏的方法，常压常温条件下以磷石膏、溶解性磷酸盐和尿素为原料，采用溶液结晶法，投资少、操作方便，制备得到的尿素磷石膏具有晶形规则、粒度均匀、纯度精确可调、质量稳定的特点。

一种利用磷石膏为原料的溶液结晶法制备尿素磷石膏的方法，包括以下步骤：

(1)配制饱和尿素水溶液，向所述饱和尿素水溶液中投加磷石膏、溶解性磷酸盐和尿素，形成浆液；

(2)常压常温下，将所述浆液混合均匀后进行结晶反应，得到尿素磷石膏浆液；

(3)将所述尿素磷石膏浆液进行固液分离，固液分离后的固相经干燥后得尿素磷石膏。

利用磷石膏为原料制备尿素磷石膏既消纳了大宗固体废物，又体现了资源化利用价值，利用了磷石膏中的P元素，还生产了缓释氮磷肥。不仅从源头上解决了磷石膏不当处置与堆存所带来的环境污染和安全隐患，而且提高了尿素的利用率，减少了N素的流失，缓解了水体富营养化和农业温室气体N₂O的排放。另外，尿素磷石膏兼有N、P肥双重功效。

本发明所依据的原理如下：

磷石膏主要成分为二水硫酸钙(CaSO₄.2H₂O)，磷石膏(干基)中CaSO₄.2H₂O的含量为80-95％。在磷石膏、磷酸一氢盐或磷酸二氢盐和尿素的混合饱和溶液中，二水硫酸钙脱去两个结晶水，与四个尿素分子结合，磷酸氢根部分取代硫酸根，形成一种固溶体，当溶解性磷酸盐的比例适当时，还可以形成一种可以结合八个尿素分子的复盐，硫酸钙与四个尿素分子结合及与八个尿素分子结合形成的产物统称为尿素磷石膏。磷石膏、溶解性磷酸盐和尿素结晶反应，转化生成尿素磷石膏的反应过程可表示为：