饲料级磷酸钙盐是一种含有磷、钙两种营养元素的优良的家禽、家畜饲料矿物质添加剂,能很好溶解于动物胃酸中,促使饲料消化,容易进入动物体内并参与新陈代谢,组成肌体所需要的激素、酶和维生素,保持骨骼中的磷钙比。饲料级磷酸钙盐作为禽畜饲料添加剂,用于饲料生产,补充禽畜的磷和钙,在饲料中其添加量为1%~3%。饲料级磷酸钙盐的品种有饲料级磷酸氢钙、饲料级磷酸二氢钙、饲料级磷酸三钙(脱氟磷酸三钙)。本文重点讨论饲料级磷酸氢钙和饲料级磷酸二氢钙的生产及技术情况。
一、饲料级磷酸钙盐的生产现状
我国饲料级磷酸钙盐的应用,饲料级磷酸氢钙的用量最大,其次是饲料级磷酸二氢钙,饲料级磷酸三钙用量最小。目前,中国饲料磷酸氢钙年消耗量在250万吨以上,饲料级磷酸二氢钙达到40万吨左右,饲料级磷酸三钙的用量很小,全国只有几吨的规模。随着我国饲料工业的发展,饲料级磷酸钙盐的需求量将越来越大。
饲料级磷酸氢钙的生产主要分布在四川、云南、贵州、湖北等省,单套装置的生产能力大部分在5~20万吨/年,也有一部分装置的生产能力达到25~30万吨/年,生产规模小于5万吨/年的装置越来越少。和几年前比较,饲料级磷酸氢钙生产技术和装备得到了较大发展。
目前饲料级磷酸二氢钙的装置规模一般较小,大多数为1~3万吨/年,只有个别厂家规模在10万吨/年左右。
二、饲料级磷酸钙盐的技术现状
1、稀酸法的技术现状
稀酸法即以磷矿和硫酸为原料,采用二水物法生产湿法磷酸,然后用石灰乳或碳酸钙进行脱氟,脱氟净化的磷酸再用石灰乳进行中和、沉淀出饲料级磷酸氢钙,干燥后得到产品。稀酸法生产的产品为饲料级磷酸氢钙I型(饲料级磷酸氢钙标准GBT22549-2008)。该技术成熟、先进、可靠,目前单套装置规模达到30万吨/年,本工艺技术路线已经形成了一些成熟、实用的先进技术,生产过程饲肥比达到85%~90%,硫酸消耗降低到1.1~1.2吨/吨产品。
(1)磷矿预处理技术
磷矿预处理新技术,即磷矿在萃取前首先利用中间产物湿法磷酸与磷矿进行反应,湿法磷酸中的硫酸、氢离子与磷矿和磷矿中的杂质反应,先反应掉一部分磷矿,并脱除磷矿中部分有害杂质,这部分反应不另外消耗硫酸,从而使生产过程的硫酸消耗大大降低,同时还能改善磷矿萃取过程,提高萃取系统的产量。
(2)两次循环中和脱氟技术
两次循环中和脱氟技术就是将石灰乳的脱氟过程分为两段,第一段脱氟分离的固体为白肥,第二段脱氟分离的固体返回到第一段脱氟中利用湿法磷酸溶解该固体,回收其中含有的P2O5。二段循环中和脱氟技术的应用,使饲肥比提高了20%~25%,生产过程饲肥比由原来的60%~70%提高到85%~90%。生产装置不必采用钠盐脱氟,脱氟成本低,并且磷利用率高。
对于磷矿预处理技术和两次循环中和脱氟技术,作者于1995年申请了中国发明专利(专利号:ZL95113038.2)并获得授权,该技术目前在饲料级磷酸氢钙装置得到非常广泛的应用,对于降低产品成本起到了重要作用。
(3)改进产品和白肥结晶的技术
磷酸氢钙产品和白肥的结晶大小对于过滤设备的正常操作非常重要,其结晶大小对于滤饼含水量、产品干燥也非常关键,同时产品在包装、储存、使用过程中为了减少粉尘、产品混合是否均匀等,产品结晶也是非常重要的。
按照一般的溶液结晶理论,连续结晶过程的晶体大小一般都比间歇结晶过程的晶体更粗大,但磷酸氢钙产品和白肥的结晶则与此相反,间歇结晶过程得到的晶体往往更粗大。另外,反应结晶器内的回浆,常常对增大结晶都是非常有利的,但磷酸氢钙产品和白肥的结晶由于回浆的增大而迅速减小。
以上情况的出现,都是由于脱氟和产品结晶过程中铁、铝、镁等杂质离子的存在,影响了磷酸氢钙产品和白肥的结晶机理和结晶状况。针对这一情况,合理设计磷酸氢钙产品和白肥的结晶反应器是很重要的,目前已取得了满意的设计和效果。
(4)生产母液的循环使用
稀酸法生产饲料级磷酸氢钙,中和过程产生的母液较多,每吨磷酸氢钙的母液量大约6~7m3,对于一套10万吨/年的装置,母液量达到85~95m3/h,母液中含有0.1%~0.2%的磷酸根,少量悬浮物、氟和镁等其他杂质离子,经过处理后达到国家排放标准是很困难的,因此母液的循环是最理想的选择。目前,部分磷酸氢钙装置在工艺过程采取有效措施,可以很好实现了母液的全部循环利用,而产品的结晶不会受影响。
2、浓缩磷酸脱氟法的技术现状
浓缩磷酸脱氟是生产饲料级磷酸氢钙II型和III型(饲料级磷酸氢钙标准GBT22549-2008)以及磷酸二氢钙(饲料级磷酸二氢钙标准GBT22548-2008)的主要方法。浓缩磷酸脱氟目前主要有钠盐或钾盐化学沉淀法、喷雾塔气提法。脱氟磷酸可以与磷酸氢钙I型或碳酸钙反应生成相应的产品。下面分别进行介绍。
(1)化学沉淀法脱氟
化学脱氟法是应用钠盐与浓缩磷酸中氟硅酸进行化学反应生成氟硅酸钠沉淀实现脱氟,在脱氟过程中同时加入二氧化硅强化脱氟效果。由于该技术比较简单,容易掌握,应用较早,技术较成熟,但缺点较多,给生产造成许多不利影响。理想情况时,化学脱氟法脱氟以后磷氟比一般达到300左右,产品刚刚达到国家质量标准要求。化学脱氟法对磷矿质量和磷酸浓度都很敏感,磷矿质量和磷酸浓度的下降会使化学脱氟效果明显降低,磷氟比降低到240左右,这时只有配入热法磷酸以后生产的产品才能达到国家质量标准,生产成本很高。化学脱氟法的应用受到很大限制。
(2)喷雾塔气提法
雾塔气提法就是利用热空气在喷雾塔内与喷入的浓缩磷酸逆流接触实现脱氟,浓缩磷酸不断循环,达到脱氟要求。目前我国部分装置采用喷雾塔脱氟。由于此方法在工艺流程、设备设计等存在的问题,喷雾塔气提法脱氟效果也不理想,产量也不能有效提高,投资很大,大型化以后矛盾更突出。喷雾塔气提法不甚满意,有待改进。
三、饲料级磷酸钙盐的新技术及其发展
1、稀酸法的新技术及改进
稀酸法技术成熟、实用、先进可靠,但也存在一些问题,这些问题主要有产品过滤及白肥过滤的设备、脱氟稠浆的清理、产品的包装以及仪表检测和自动控制比较落后。
(1)产品过滤及白肥过滤的改进
目前磷酸氢钙产品的过滤一般采用上悬式离心机,白肥的过滤采用上悬式离心机或厢式压滤机,这些过滤机生产能力小,随着装置的大型化,生产过程使用的过滤设备数量非常多,才能满足生产要求,操作人员也很多,电耗、易损件消耗高,工作环境差,劳动强度大,需要进行改进、换代。
(2)脱氟稠浆的清理的改进
目前脱氟液、母液的沉清一般为间歇操作,沉降的稠浆的清理也为间歇的,劳动强度较大,应该改进为连续式沉清、连续的机械化清理沉浆。
(3)产品包装的改进
目前产品磷酸氢钙和白肥的包装都是人工进行包装,劳动强度大,粉尘多,工作环境差,工人多,人工成本也很高,也需要进行改进
以上这些技术,作者都已经在工业装置做了大量工作,技术上已经成熟,具有改进提高的可行性。
2、浓缩磷酸脱氟法的新技术及发展
目前浓缩磷酸脱氟的化学沉淀法和喷雾塔气提法在工业上都得到一定的应用,但都不够理想,存在许多问题,必须进行改进完善,才能更好的实现大型化生产,并降低生产成本。根据作者进行的大量试验研究,以及对现有装置生产技术的比较分析,作者对现有喷雾塔气提法脱氟进行改进,在工艺技术、设备设计、工艺条件以及脱氟添加剂等方面都作了重大改进并取得重要突破,在工业上将取得良好效果。
四、结论
1、稀酸法生产技术成熟、先进、可靠,饲肥比达到85%~90%,硫酸消耗降低到1.1~1.2吨/吨产品。这些先进技术包括磷矿预处理技术、两次循环中和脱氟技术、改进产品和白肥结晶的技术、生产母液的循环技术等。
2、稀酸法还存在一些技术问题,主要是产品磷酸氢钙的过滤及白肥过滤的设备数量多、脱氟稠浆的清理为间歇式人工清渣、产品的包装为人工包装以及仪表检测和自动控制比较落后,这些都造成稀酸法生产环境较差、劳动强度大,人工成本高等缺点。这些技术和设备现在已经具备条件进行改进和完善。
3、浓缩磷酸脱氟目前主要有化学沉淀法、喷雾塔气提法,这两种脱氟方法在工业上都有所应用,但都不很理想,需要改进完善并取得重要技术突破。
来源:中国化肥信息