12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
1
CHƯƠNG 4 -SAÛN XUAÁT CAÙC HÔÏP CHAÁT CUÛA
PHOTPHO
BÀI 2 – SẢN XUẤT PHÂN LÂN
I. Sảnxuất superphotphat đơn
II. Sảnxuất superphotphat kép
III. Phân bón đadinhdưỡng
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
2
BÀI 3: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Một số khái niệm cơ bản
Photphat thiên nhiên
H
2
SO
4
H
3
PO
4
Supephotphat đơn (14-21% P
2
O
5
tiêu
hóa)
Supephotphat kép (42-48% P
2
O
5

tiêu
hóa)
Chất lượng của superphotphat được đánh giá bằng hàm lượng P
2
O
5
tiêu
hóa (hữu hiệu, hiện quả)
P
2
O
5
tiêu hóa, P
2
O
5
tự do, P
2
O
5
tổng là gì ?
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
3
1. Nguyên liệu sản xuất SSP:
H
2
SO
4
: 62-69% , 50-70
0

C
Quặng: P
2
O
5
≥ 33%, Fe
2
O
3
≤ 7%
2. Cơ sở quá trình công nghệ
Bản chất của quá trình sản xuất superphotphat ?
Phản ứng tổng quát của quá trình phân hủy:
2Ca
5
(PO
4
)
3
F + 7H
2
SO
4
+ 6,5H
2
O →3Ca(H
2
PO
4
)

2
.H
2
O + 7CaSO
4
.0.5H
2
O + HF
Thực tế phản ứng (1) xảy ra theo 2 giai đoạn nối tiếp nhau:
Giai đoạn 1: Ca
5
(PO
4
)
3
F + 5H
2
SO
4
→ 5CaSO
4
+ 3H
3
PO
4
(1)
Giai đoạn 2: Ca
5
(PO
4

)
3
F + 7H
3
PO
4
+ 5H
2
O → 5Ca(H
2
PO
4
)
2
.H
2
O + HF (2)
I. Sản xuất Superphotphat đơn
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
4
3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn 1
3.1.1 Lượng axit H
2
SO
4
tiêu chuẩn (Norma axit)
N = 1,61 [P
2
O
5

], kg/100kg photphat
3.1.2 Nồng độ axit sunfuric
3.1.3 Nhiệt độ ban đầu của H
2
SO
4
Nhiệt độ thích hợp của axit sunfuric khi phân hủy quặng apatit theo phương
pháp trộn liên tục phụ thuộc nồng độ ban đầu của nó
50 - 6055 – 65 60 - 7065 - 70
Nhiệt độ,
0
C
68,567,065,564,0H
2
SO
4
, %
Mức độ phân
hủy, %
∼63% nồng độ H
2
SO
4,
%
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
5
3.1.4 Mức độ trộn lẫn các cấu tử phản ứng
3.1.5 Kích thước hạt photphat
Theo tiêu chuẩn: cỡ hạt > 150 μm không vượt quá 14%
cỡ hạt < 75 μm không ít hơn 47 – 48%

3.2 Giai đoạn thứ 2 của quá trình
Ca
5
(PO
4
)
3
F + 7H
3
PO
4
+ 5H
2
O → 5Ca(H
2
PO
4
)
2
.H
2
O+ HF
4. Trung hòa SSP
Trung hòa bởi tác nhân rắn
Trung hòa bởi tác nhân NH
3
3.1.6 Thời gian lưu của bùn trong thùng phản ứng
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
6
4.1 Trung hòa bởi tác nhân rắn: Đá vôi, dolomit, bột photphorit, bột xương …

-CaCO
3
+ 2H
3
PO
4
→ Ca(H
2
PO
4
)
2
.H
2
O + CO
2
Ca(H
2
PO
4
)
2
CaHPO
4
+ H
3
PO
4
- 2Ca(OH)
2

+ Ca(H
2
PO
4
)
2
→ Ca
3
(PO
4
)
2
.H
2
O + 3H
2
O
-Ca(OH)
2
+ 2CaHPO
4
→ Ca
3
(PO
4
)
2
.H
2
O + H

2
O
U
Dựa vào phương trình phản ứng để xác đònh hệ số tiêu hao hóa chất trung hòa
tính trên 1 đơn vò P
2
O
5
tự do (P
2
O
5
trong axit H
3
PO
4
) có trong ssp
0,2820,3100,3940,429Hệ số tiêu hao
(kg / 1kgP
2
O
5
)
MgO : P
2
O
5
CO
2
: P

2
O
5
CaO : P
2
O
5
3P
2
O
5
: 7P
2
O
5
Tỷ lệ mol
Dolomit,
silicat manhe
cacbonatĐá vơi,
đá phấn, vơi
Bột xươngTác nhân trung hòa
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
7
4.2 Trung hòa bởi tác nhân NH
3
(amon hóa) là phương pháp hiệu quả, nâng
cao chất lượng của ssp do tạo hợp chất chứa đạm (2-3% đạm)
-NH
3
+ H

3
PO
4
→ NH
4
H
2
PO
4
+ 27 Kcal
0,24kgNH
3
1kgP
2
O
5
-2NH
3
+ H
3
PO
4
→ (NH
4
)
2
HPO
4
0,48kgNH
3

1kgP
2
O
5
(NH
4
)
2
HPO
4
+ CaSO
4
→ (NH
4
)
2
SO
4
+ CaHPO
4
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
8
Quy trình coâng ngheä
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
9
II. Sản xuất superphotphat kép
- Superphotphat kép là phân bón có nồng độ P
2
O
5

cao.
- Superphotphat kép được sản xuất trên cơ sở phân
huỷ quặng photphat bằng axít photphoric
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 4H
3
PO
4
+ H
2
O= 3Ca(H
2
PO
4
)
2
.H
2
O (1)
Ca
5
F(PO
4
)
3

+ 7H
3
PO
4
+ 5H
2
O = 5Ca(H
2
PO
4
)
2
.H
2
O + HF (2)
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
10
Lượng axit tiêu tốn cho 100kg quặng:
22 222
56,1 40,3 159,7 102 142
.100
[]
ab cde
m
H
+
++ +−
=
Trong đó: a, b, c, d, e là hàm lượng % của CaO,
MgO, Fe

2
O
3
, Al
2
O
3
, P
2
O
5
Khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng tăng. Nhiệt độ
thích hợp 75 – 100
0
C, thời gian ủ trong kho khoảng 15 -
30 ngày.
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
11
Quy trình coâng ngheä
15. Axit photphoric
16. Thiết bị đo lưu lượng axit
17. Khí đốt đến xử lý
18. Khí đốt
19. Không khí
20. Super photphat hạt
21. Đá vôi
8. Gầu nâng
9. Sàng
10. Máy nghiền
11. Tải vít xoắn

12. Băng tải
13. Thiết bị trung hòa tang trống
14. Bột photphat
1. Thùng chứa
2. Thiết bị định lượng
3. Thùng chứa cao vị
4. Thùng phản ứng
5. Thiết bị trộn
6. Thiết bị sấy tang trống
7. Buồng đốt
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
12
III. Phânbónđadinhdưỡng
Là loại phân có chứa từ 2 nguyên tố dinh dưỡng trở lên
Phân bón đa dinh dưỡng được chia làm 2 nhóm:
- Phân phức hợp: Tổng hợp bằng phản ứng hoá học
- Phân hỗn hợp: Gia công bằng cách trộn lẫn cơ khí
1,510
Phân đa dinh dưỡng: Lân - Kali
110
041
Phân đa dinh dưỡng: Đạm - Lân
02,51
1,51,51
11,51
1,511
111
Phân đa dinh dưỡng: Đạm – Lân - Kali
K
2

OP
2
O
5
N
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
13
1. Phân phức hợp
Phương pháp sx phân phức hợp được chia thành 2 nhóm:
- Trên cơ sở gia công axit photphoric
- Phân huỷ photphat thiên nhiên bằng axit nitric
1.1 Phân bón phức hợp trên cơ sở axit photphoric
Bản chất của phương pháp này là sự trung hoà H
3
PO
4
bằng
NH
3
và sau đó bổ sung thêm vào sản phẩm 1 lượng nitrat amôn
hay kali clorua
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
14
Khi trung hòa H
3
PO
4
bằng NH
3
:

H
3
PO
4
+ NH
3
= NH
4
H
2
PO
4
(MAP) + Q (4)
H
3
PO
4
+ 2NH
3
= (NH
4
)
2
HPO
4
(DAP) + Q (5)
H
3
PO
4

+ 3NH
3
= (NH
4
)
3
PO
4
(TAP) + Q (6)
P
2
O
5
N
61,8
53,8
48,3
5,1/1
2,5/1
1,7/1
12,2
21,2
26,6
NH
4
H
2
PO
4
(NH

4
)
2
HPO
4
(NH
4
)
3
PO
4
Tỷ lệ P
2
O
5
: NThành phầnTên
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
15
1.2 Phân phức hợp trên cơ sở phân huỷ quặng photphat bằng
axit nitric
Phản ứng phân huỷ
Ca
5
F(PO
4
)
3
+10HNO
3
= 3H

3
PO
4
+ 5Ca(NO
3
)
2
+ HF (7)
Trong những điều kiện nhất đònh, có thể có sự hình thành
Ca(H
2
PO
4
)
2
.H
2
O hoặc CaHPO
4
. Vì vậy, pt pư tổng quát:
Ca
5
F(PO
4
)
3
+ 10HNO
3
= (n-3)H
3

PO
4
+ 0,5nCa(H
2
PO
4
)
2
+ (5-
0,5n)Ca(NO
3
)
2
+ nHNO
3
+ HF (8)
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
16
Tốc độ phân huỷ photphat thiên nhiên bằng axit nitric phụ
thuộc chủ yếu: Nhiệt độ quá trình và lượng axit nitric
Quá trình phân huỷ đều tạo thành các muối hoà tan
Điều kiện gia công dung dòch axit nitric–photphoric thành
phân phức hợp:
Khi phân hủy floapatit đúng theo nomar axit nitric (pt 7) thì
thu được dd có thành phần: 3mol H
3
PO
4
và 5mol Ca(NO
3

)
2
(tương ứng tỷ lệ P
2
O
5
: N = 1,5 : 1) . Để sản xuất phân phức hợp
N: P: K = 1:1:1 phải bổ sung NH
3
(để trung hòa H
3
PO
4
) và muối
kali.
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
17
Trung hòa ion H
+
đầu tiên (pH = 2-2,7):
3H
3
PO
4
+ 5Ca(NO
3
)
2
+ 3NH
3

= 1,5Ca(H
2
PO
4
)
2
+
3NH
4
NO
3
+ 3,5Ca(NO
3
)
2
Tỷ lệ các cấu tử trong hỗn hợp: P
2
O
5
: N = 1,17 : 1
Trung hòa ion H
+
thứ 2 (pH = 5-6):
3H
3
PO
4
+ 5Ca(NO
3
)

2
+ 6NH
3
= 3CaHPO
4
+
6NH
4
NO
3
+ 2Ca(NO
3
)
2
Tỷ lệ các cấu tử trong hỗn hợp: P
2
O
5
: N = 0,95 : 1
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
18
Trung hòa ion H
+
thứ 3 (pH = 8,5-9):
3H
3
PO
4
+ 5Ca(NO
3

)
2
+ 9NH
3
= 1,5Ca
3
(PO
4
)
2
+
9NH
4
NO
3
+ 0,5Ca(NO
3
)
2
Để thu được P
2
O
5
chủ yếu ở dạng hòa tan trong nước cần thiết
phải trung hòa dd đến pH ≤ 3,5-3,8
Như vậy trong hỗn hợp phản ứng có chứa 1 lượng lớn Ca(NO
3
)
2
làm xấu đi tính chất sản phẩm. Do đó cần phải tách nó hoặc biến

nó thành dạng khác
3H
3
PO
4
+ 1,5Ca(NO
3
)
2
+ 4,5NH
3
= 1,5CaHPO
4
+
1,5NH
4
H
2
PO
4
+ 3NH
4
NO
3
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
19
Trong công nghiệp sử dụng các phương pháp:
1) Tách CaO ở dạng CaSO
4
2) Tách CaO ở dạng CaCO

3
3) Tách CaO ở dạng muối kép 3[Ca(NO
3
)
2
.4H
2
O].HNO
3
2. Phân hỗn hợp
Có 2 phương pháp sản xuất:
- Trộn đơn giản
- Trộn tạo hat
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
20
3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHÂN HỖN HP
3.1 Phương pháp sử dụng biểu đồ tam giác
3.2 Phương pháp toán học
Dạng toán 1: Chế tạo phân bón hỗn hợp có tỷ số
N:P
2
O
5
:K
2
O = A:B:C từ các loại phân đơn biết trước.
Gọi a, b, c lần lượt là hàm lượng (%) của các chất
dinh dưỡng có trong phân bón hỗn hợp.
Gọi x, y, z lần lượt là hàm lượng (%) của các phân
đơn ban đầu cần trộn để được phân hỗn hợp.

12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
21
Hàm lượng (%) các chất dinh dưỡng trong mỗi
loại phân đơn ban đầu được ký hiệu như sau:
c
3
b
3
a
3
Phân đơn 3
c
2
b
2
a
2
Phân đơn 2
c
1
b
1
a
1
Phân đơn 1
K
2
OP
2
O

5
N
Chất dd
Phân
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
22
Mối liên hệ giữa các thông số:
a = a
1
.x/100 + a
2
.y/100 + a
3
.z/100 (1)
b = b
1
.x/100 + b
2
.y/100 + b
3
.z/100 (2)
c = c
1
.x/100 + c
2
.y/100 + c
3
.z/100 (3)
a/b = A/B (4)
a/c = A/C (5)

x + y + z = 100 (6)
Ví dụ 1: Chế tạo phân bón hỗn hợp có tỷ số N:P
2
O
5
:K
2
O = 2:2:1 từ
ba loại phân đơn sau: Photphat amon (14%P
2
O
5
, 2,5%N), sulfat
amon (21%N) và muối kali (42%K
2
O)
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
23
- Gọi n, p, k là hàm lượng N, P
2
O
5
, K
2
O trong phân đơn ban đầu
- Gọi N, P, K là hàm lượng N, P
2
O
5
, K

2
O cần có trong phân hỗn
hợp.
C – Trọng lượng chất trơ cần bổ sung để đưa hỗn hợp đạt đến 1
đơn vò trọng lượng
Dạng toán 2: Nếu trong trường hợp yêu cầu đặt ra
không phù hợp với hàm lượng các nguyên tố dinh
dưỡng trong phân bón hỗn hợp, thì sẽ tính như sau:
Như vậy, để chế tạo 1 tấn (1T) phân hỗn hợp sẽ
chứa 1 lượng sau đây các thành phần:
C + N/n + P/p + K/k = 1T
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
24
Ví dụ 3: Chế tạo phân bón hỗn hợp N-P
2
O
5
-K
2
O =
10-10-10
Dạng toán 3: Khi dùng phân phức hợp để chế tạo
phân hỗn hợp cần phải cân bằng các cấu tử dinh
dưỡng trong phân phức hợp, từ đó lựa chọn chất bổ
sung hợp lý cho phân hỗn hợp.
Ví dụ 2: Chế tạo phân bón hỗn hợp N-P
2
O
5
-K

2
O = 5-
10-10 từ ba loại phân đơn sau: superphotphat đơn
(20%P
2
O
5
), sulfat amon (20,5%N) và muối kali
clorua (60%K
2
O)
12/7/2010 604005 - Chuong 4 Bai 2
25
Ví dụ 4: Chế tạo phân bón hỗn hợp N-P
2
O
5
-K
2
O =
10-20-20 từ mono amon photphat (11%N, 48%P
2
O
5
)
muối KCl (60%K
2
O) và chất thứ 3.
Tỷ lệ N:P
2

O
5
trong mono amon photphat 11:48 = 0,23
Tỷ lệ N:P
2
O
5
yêu cầu trong phân hỗn hợp 10:20 =0,5
Vì vậy, xem mono amon photphat là nguồn cung cấp
P
2
O
5
và cần phải bổ sung cho hỗn hợp bằng những hợp
chất có chứa đạm.