Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên

: Nguyễn Đình Tưởng

Lớp

: Công nghệ các chất Vô Cơ – K54

Chuyên ngành

: Công nghệ các chất Vô Cơ

I. Nhiệm vụ:
Thiết kế phân xưởng sản xuất phân lân nung chảy năng suất 120.000 tấn/năm đi
từ quặng apatit loại II.

II. Các số liệu đầu:
Thành phần phối liệu:
Apatit
P2O5 CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 F CO2 Ẩm Tổng

% Khối lượng 26,4 42
6,7
8,6
1,4
1,4 2,1 10,7 0,9 100
Secpentin

CaO

MgO

SiO

Al2O3

Fe2O3

H2Okl

NiO Ẩm

Tổn

0,1

g
100

2


% Khối

1,4

33,5

42,2

2,9

7,3

10,4

lượng

2,16

4

Sa thạch

SiO2

CaO

Fe2O3

Ẩm


Tổng

% Khối lượng

96

1,5

0,5

2

100

Nguyễn Đình Tưởng – Công nghệ Các Chất Vô Cơ – K54

1


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy

Than

C

H

O

S


N

Tro

Ẩm

Tổng

% Khối lượng

82,5

1,4

1,3

0,52

1,2

6,3

6,78

100

– Các số liệu khác tự chọn.
III. Nội dung các phần thuyết minh và thực hiện:
1. Tổng quan về hóa học và công nghệ sản xuất phân lân nung chảy.

2. Tính công nghệ: Tính cân bằng chất, cân bằng nhiệt dây chuyền sản xuất phân
3.
4.
5.
6.

lân nung chảy.
Tính thiết bị.
Điện kĩ thuật.
Tính kinh tế.
An toàn lao động.

IV. Các bản vẽ:
•
•
•

Bản vẽ dây chuyền sản xuất .
Bản vẽ thiết bị lò cao và chi tiết.
Bản vẽ máy nghiền bi.

V. Cán bộ hướng dẫn:

PGS.TS Lê Xuân Thành

VI. Thời gian thực hiện nhiêm vụ:
Từ ……………...đến ngày…………………
Trưởng bộ môn

Hà nội, ngày .........tháng...... năm 2015

Cán bộ hướng dẫn

Lê Xuân Thành

Nguyễn Đình Tưởng – Công nghệ Các Chất Vô Cơ – K54

2


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy

MỤC LỤC

Nguyễn Đình Tưởng – Công nghệ Các Chất Vô Cơ – K54

3


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Xuân Thành, người
đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt năm năm học qua.
Cuối cùng em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè, anh chị
những người đã luôn giúp đỡ quan tâm, động viên em trong suốt quá trình học tập
cũng như trong thời gian thực hiện đề tài này.
Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành tốt đề tài, tuy nhiên do thời gian có hạn
cũng như kiến thức còn hạn chế. Em rất mong sự đóng góp ý kiến, chỉ bảo của các

thầy cô và các bạn để em có thể phát triển đề tài này hơn nữa. Một lần nữa em xin gửi
tới tất cả mọi người lời cảm ơn chân thành nhất.
Hà Nội, Ngày tháng năm 2015
Sinh viên

Nguyễn Đình Tưởng

Nguyễn Đình Tưởng – Công nghệ Các Chất Vô Cơ – K54

4


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy

LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam là một nước đang phát triển, có nền nông nghiệp lâu đời (ngành kinh tế
quan trọng hàng đầu). Nền nông nghiệp nước ta đang tiếp tục phát triển theo hướng
đấy mạnh sản xuất hàng hóa với năng suất và chất lượng ngày càng cao. Một trong
những nhân tố thúc đẩy sự phát triển của nông nghiệp chính là ngành công nghiệp sản
xuất phân bón.
Có rất nhiều loại phân bón khác nhau như phân đạm Urê, phân supe photphat,
phân N–P–K,… trong đó không thể không nhắc đến phân lân nung chảy. Phân lân nói
chung là một trong những yếu tố quyết định và đặc biệt quan trọng đối với cây lấy hạt,
góp phần làm tăng hiệu quả của phân Đạm và phân Kali. Riêng phân lân nung chảy
còn có tác dụng chống rét ngăn ngừa sâu bệnh, tăng khả năng cứng cây vì trong lân
nung chảy còn có 1 số nguyên tố vi lượng như Mg, Fe, Cu, Co, Zn,…. mà các loại
phân bón khác không có được.
Trong bản đồ án này em xin đi sâu vào tính toán và thiết kế xưởng sản xuất phân
lân nung chảy. Đây là một trong những nội dung quan trọng trong chương trình đào
tạo kĩ sư nghành hoá nói chung và đặc biêt đối với các kĩ sư hoá Vô Cơ nói riêng.

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, với thái độ làm việc nghiêm túc, chăm chỉ em đã
hoàn thành cuốn đồ án này.
Nội dung cuốn đồ án bao gồm những phần chính: Giới thiệu chung về công nghệ,
cơ sở hoá lý; Tính toán cân bằng chất, Cân bằng nhiệt; Tính toán thiết bị; Điện kỹ
thuật; Tính kinh tế; An toàn lao động.

Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

5


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Đất đai, thời tiết, khí hậu, phân bón là những yếu tố cơ bản đối với cây trồng,
nhưng phân bón là yếu tố trực tiếp đưa năng suất cây trồng lên cao, mang lại hiệu quả
kinh tế cho người sử dụng đất. Theo thống kê thì việc sử dụng phân bón đã làm tăng
năng suất lên 10 – 30% (tùy từng loại cây trồng và đất đai). Với vị trí quan trọng như
vậy, nên hằng năm trên thế giới đã sản xuất nhiều triệu tấn phân các loại trong đó phân
đạm chiếm 53%, phân lân 30%, phân kali 11%.
Nước ta là một nông nghiệp thì phân bón lại càng chiếm một vị trí đặc biệt quan
trọng, do đó nhiều năm nay nhà nước luôn quan tâm đến sản xuất, nhập khẩu các loại
sản phẩm phân bón khác nhau. Trong đó lượng phân lân được sản xuất mới chỉ đạt
30% nhu cầu sử dụng.
Muốn đáp ứng được nhu cầu phân bón hiện tại và sự phát triển sản xuất nông
nghiệp trong những năm sau này, thì không thể theo con đường nhập khẩu ngày một
tăng về phân bón mà phải phát triển sản xuất để đáp ứng tối đa nhu cầu của nông
nghiệp và cải thiện chất lượng phân bón giúp người nông dân không cần bón nhiều mà
vẫn đạt hiệu quả.
Một trong những công nghệ sản xuất phân bón mang lại hiệu quả tương đối cao

hiện nay là công nghệ sản xuất phân lân bằng phương pháp nhiệt nói chung và phân
lân nung chảy nói riêng. Đây là công nghệ đơn giản, đầu tư từ cơ bản thấp, giá thành
sản phẩm hạ. Tùy thuộc vào nguyên liệu và phương pháp chế biến mà sản phẩm có
hàm lượng 16 – 36% P2O5 hữu hiệu.
1. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM
1.1. Thành phần và tính chất của sản phẩm [III, IX]
Phân lân nung chảy là loại phân bón có tính kiềm, không độc, không hút ẩm,
không kết khối, không mùi, rất ít tan trong nước nhưng lại dễ tan trong môi trường axit
yếu như axit xitric 2% hay amoni xitrat. Thành phần của phân lân nung chảy chủ yếu
là hai dạng 4(Ca.Mg)O.P2O5 và 5(Ca.Mg)O.P2O5.SiO2.
Ngoài các thành phần chủ yếu là P2O5, CaO, MgO và SiO2, phân lân nung
chảy còn chứa nhiều nguyên tố khác như Fe, Al, Mn, Co, Cu, Mo. Hàm lượng các
Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

6


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
thành phần trong phân lân nung chảy gồm P 2O5: 15 – 21%, CaO: 30%, MgO: 9 –
14%, SiO2: 23%, F: 1,8%.
Việc hình thành trạng thái thủy tinh vô định hình quyết định chất lượng của sản
phẩm, vì khi đó các thành phần dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng được chuyển từ
dạng khó hòa tan sang dạng dễ hòa tan trong axit xitric do rễ cây tiết ra.
Vai trò của các thành phần chính trong phân lân nung chảy:
•

Lân (P2O5): đóng vai trò quan trọng đối với sinh lý cây trồng, làm cho cây trồng sớm
sinh rễ, nảy mầm, ra hoa, kết trái, tăng lượng tinh bột, chất béo chất đường trong quả,

hạt làm cho quả hạt chóng chín và làm cho cây cứng chắc hơn.

• Magiê (Mg): Đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp của cây, tăng lục diệp
tố cho cây, là chất cần thiết cho việc chuyển hóa axit photphoric, tổng hợp protein,
•

chất béo của cây.
Chất vôi (CaO): Trung hòa các loại axít không cần thiết có trong đất cho cây trồng, cải
tạo đất chua thành đất trung tính, tăng sự hấp thụ Nitơ, tổng hợp protein và chuyển hóa

•

các chất dinh dưỡng của cây.
Silic (SiO2): Tăng sức đề kháng cho cây đối với sâu bệnh, giảm sự mất nước tăng khả
năng chống hạn.
Ngoài ra còn có một số chất vi lượng khác như: Sắt, Đồng, Mangan, Coban,
Molipđen… đóng vai trò rất hữu ích cho cây trồng.
Ở Việt Nam, diện tích vùng đất chua là khá lớn, thích hợp khi sử dụng phân lân
nung chảy. Ngoài ra, với tính chất khó bị rửa trôi, phân lân nung chảy còn thuận lợi
cho quá trình tích lũy dinh dưỡng trong đất.
2. NGUYÊN NHIÊN LIỆU SẢN XUẤT PHÂN LÂN NUNG CHẢY
2.1. Nguyên liệu

[IX, XV]

Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất phân lân nung chảy gồm những quặng
photphat thiên nhiên (chủ yếu là apatit) kết hợp với các chất phụ gia như: secpentin, sa
thạch.
Dưới đây là đặc điểm các nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân nung chảy.
2.1.1. Quặng aptit

Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55


7


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
Là khoáng có công thức cấu tạo là Ca 10F2(PO4)6R2 và Ca5F(P04)3R, (ở đây R là: F,
Cl, OH, CO3), phổ biến nhất là flo apatit. Hàm lượng thành phần trong quặng dao động
như sau:
CaO : 43%

MgO : 1,7–2,0%

P2O5 : 31 – 35%

SiO2 : 2,5 – 3%

Fe2O3 : 1,7 – 2,0%

F

: 1,7–2,0%

Al2O3 : 2 – 2,2%

CO2

: 1,9 – 2,3%

Quặng flo apatit có màu xám, nâu; khối lượng riêng 3,18 ÷ 3,21 g/cm 3, nhiệt
nóng chảy


1400Ο ÷ 1559Ο C

. Quặng tự nhiên chứa nhiều tạp chất. Ở Việt Nam quặng

photphat được sử dụng nhiều trong công nghiệp chủ yếu là loại quặng apatit Lào Cai
gồm 3 loại chủ yếu:
Apatit flo (Apatit loại I): Là quặng đơn khoáng bao gồm những hạt cỡ từ 0,01 ÷
0,06 mm liên kết chặt chẽ với nhau. Quặng đặc trưng bởi độ lỗ hổng cao trong cấu
trúc, hàm lượng P2O5 trung bình từ 35 ÷ 40%. Trong quặng không có mặt của lưu
huỳnh.
Apatit đôlômit (Apatit loại II): rất phổ biến, chiếm phần lớn trữ lượng của mỏ, là
những khối đá màu xám, xám xanh, đặc trưng bởi cấu tạo vi hạt và hạt nhỏ. Trong
thành phần chứa 65 ÷ 70% là apatit, 10 ÷ 30% là cacbonat, 5 ÷ 10% là thạch anh,
cacbonit, nascovit, pyrit. Hàm lượng P2O5 giới hạn từ 22 ÷ 28%.
Apatit thạch anh (Apatit loại III): Dạng đá màng xốp, liên kết với nhau rất yếu,
đôi khi ở trạng thái rời có mầu tím than, vàng. Loại này chứa những hạt thạch anh và
apatit. Hàm lượng P2O5 trung bình từ 16 – 22%.
2.1.2 . Quặng secpentin
Quặng secpentin có công thức cấu tạo là 3MgO.2SiO 2.2H2O. Ngoài ra trong
secpentin còn có một số nguyên tố vi lượng như Ni, Mn, Cu,…. có lợi cho cây trồng.
Secpentin đóng vai trò là chất trợ dung có tác dụng làm giảm dung điểm nóng chảy
của phối liệu, làm giảm tác động của các thành phần có hại (Al 2O3, Fe2O3) dễ tạo thành
thủy tinh hóa tăng chất lượng phân bón. Tỷ lệ của nó trong phối liệu phải tính cho hợp
Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

8


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy

lý, nếu ít quá thì khó nung luyện, nếu nhiều quá thì dung điểm nóng chảy tăng sinh ra
phản ứng thăng hoa photpho. Ở nước ta loại quặng này có ở Thanh Hóa, Hòa Bình.
2.1.3. Sa thạch
Là chất trợ dung cung cấp SiO 2 cho phối liệu giúp cho việc điều chỉnh các tỷ lệ
phối liệu dễ dàng để có dung điểm nóng chẩy thấp. Tuy nhiên nếu nhiều quá sẽ tăng
dung điểm nóng chảy,gây thăng hoa photpho, khó nung luyện. Nếu SiO 2 quá ít thì tác
dụng phá vỡ mạng tinh thể apatit khó, tốc độ kết tinh nhanh, nhiệt độ nóng chẩy của
phối liệu cao.
2.2. Nhiên liệu
Để nung chảy phối liệu có thể dùng năng lượng điện, dùng nhiệt của than, dầu
mỏ. Đứng đầu kỹ thuật dùng điện có nhiều ưu điểm nhất: có thể điều chỉnh nhiệt độ
trong lò, sản phẩm thu được ít tạp chất, khí lò có ít tạp chất, ít bụi dễ xử lý. Nhưng
phương pháp này chỉ áp dụng đối với nước có nền công nghiệp phát triển, có nguồn
năng lượng điện dồi dào. Nếu sử dụng dầu mỏ thì gặp khó khăn trong việc thiết kế cấu
tạo thiết bị và gia công nguyên nhiên liệu trước khi cho vào lò.
Than là loại nhiên liệu được sử dụng phổ biến nhất trong quá trình đốt lò để sản
xuất phân lân nung chảy, than có chất lượng tốt, hàm lượng chất bốc nhỏ, cường độ
chịu nhiệt cao, nhiệt năng lớn.
Có 2 loại than hiện đang sử dụng là than antraxit, và than cốc
•

Than antraxit: Hàm lượng tro chiếm < 12%, cỡ hạt là 40 ÷ 90mm. Than antraxit có

nhiều ở Quảng Ninh.
• Than cốc: Trữ lượng nhiệt tốt nhất, lượng tro chiếm dưới 18%, cỡ hạt là 40 ÷ 90mm
(dùng trong lò cao), 11 ÷ 30mm (dùng cho lò đốt khí CO).
Dùng than sản phẩm sẽ có lẫn một số tạp chất như tro, xỉ, khí lò ra có nhiều bụi
hơn, xử lý khó hơn. Trong đồ án này loại than được sử dụng là than antraxit, có trữ
lượng lớn ở Quảng Ninh.
3. TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT PHÂN LÂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT

Phân lân sản xuất bằng phương pháp nhiệt được chia làm 3 loại chính: Phân lân
thủy nhiệt, Photphat kiềm nhiệt và phân lân thủy tinh.
Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

9


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
3.1 Phân lân thủy nhiệt

[III – 181]

3.1.1 Thành phần và tính chất
Phân lân thủy tinh được chế tạo từ apatit giàu và cát có chứa chủ yếu dạng α
tricanxi photphat. Tùy thuộc vào thành phần của axit photphat và lượng SiO 2 đưa vào
(20 – 50% khối lượng photphat) hoặc đá vôi mà những photphat khử flo chứa từ 20 –
39% P2O5 tổng; 19 – 36% P2O5 tan trong axit xitric 28 – 55% CaO; 2,7 – 48,7% SiO2;
0,01 – 0,3 F và một số chất khác.
3.1.2 Phương pháp sản xuất
Quá trình sản xuất phân lân thủy nhiệt còn gọi là sản xuất photphat khử flo. Mục
đích của quá trình là tách flo trong mạng tinh thể apatit bền chắc bằng nhiệt và hơi
nước (thủy nhiệt) để thu được những sản phẩm canxi photphat hiệu quả. Ở 1400
-1500oC với sự có mặt của hơi nước, các photphat được khử F hoàn toàn và nhanh
nhất. Phản ứng đầu tiên xảy ra là sự thay thế các ion flo bởi ion hidroxi
Ca5F(PO4)3 + H2O = Ca5(OH)(PO4)3 + HF
Sản phẩm cuối cùng cảu sự phân hủy là tạo thành tricanxi và tetracanxi photphat
2Ca5(OH)(PO4)3 = 2Ca3(PO4)2 + 4CaOP2O5 + H2O
Ở nhiệt độ từ 1400°C – 1500°C tricanxi photphat bị tách ra ở dạng biến thể α và
được giữ ổn định ở nhiệt độ thấp nếu sản phẩm ra được làm lạnh nhanh bằng nước,
SiO2 đưa vào phối liệu sẽ tham gia vào việc phân hủy hyđroxyl apatit.

Người ta đưa thêm SiO2 vào phối liệu (2-50%) SiO2 sẽ tham gia vào phân hủy
hidro apatit
4Ca5(OH)(PO4)3 + SiO2 = 6Ca3(PO4)2 + Ca2SiO4 + H2O
Phương trình tổng quát là:
4Ca5(OH)(PO4)3 + 2H2O + SiO2 = 6Ca3(PO4)2 + Ca2SiO4 + 4 HF
Trong những điều kiện trên vai trò SiO2 rất quan trọng, sự có mặt của SiO2 nhiệt
độ chuyển dạng tricanxi photphat bị hạ thấp và tốc độ chuyển dạng ấy bị giảm và khi
làm lạnh chậm sản phẩm chảy lỏng trong không khí cũng không ảnh hưởng tới những
tính chất của nó. Và đồng thời sự có mặt của SiO 2 quá trình khử flo tăng nhanh hơn
nhiều, bởi nó có khả năng tham gia phá hủy cơ cấu tinh thể apatit.

Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

10


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
Chế tạo phân lân thủy nhiệt có thể bằng phương pháp chảy lỏng hoặc thiêu kết.
Quá trình chế tạo đòi hỏi phối liệu phải được gia công trước khi vào lò và cung cấp
lượng nhiệt lớn, đặc biệt nhiên liệu sử dụng phương pháp này là dầu mỏ cho hiệu quả
tốt nhất. Vì vậy nó sẽ phức tạp hơn phương pháp sản xuất phân lân thủy tinh.
3.2 Photphat kiềm nhiệt

[IX –

74]
3.2.1 Thành phần và tính chất
Photphat kiềm nhiệt thu được bằng cách thiêu kết photphat thiên nhiên đã được
nghiền mịn với các muối và khoáng kiềm (Na2CO3; K2CO3; Na2SO4; K2SO4; xỉ). Thành
phần khí thu được là 18 ÷ 20% P 2O5 (≈ 95% hữu hiệu), 28 ÷ 30% CaO, 12 ÷ 14%

MgO, 28 ÷ 30% SO4 và một số vi lượng khác như Mn. Việc sản xuất phân bón từ loại
xỉ rắn chỉ đơn thuần là đập và nghiền chúng. Thành phần hóa học của xỉ thường không
ổn định với loại xỉ tomat có từ 11 ÷ 13% P 2O5 còn xỉ kiềm mactanh chứa từ 7 ÷ 14%
P2O5.
3.2.2 Phương pháp sản xuất
Khi thiêu kết photphat thiên nhiên và chất kiềm, thạch anh đá vôi ở nhiệt độ cao
sẽ có một loại sản phẩm. Sản phẩm này có photphat khử flo, phân lân thủy nhiệt, phân
lân nung chảy, photphat kiềm. Thành phần P 2O5 trong photphat kiềm tính dễ tan trong
axit xitric và amonixitrat, làm cho thực vật dễ hấp thụ.
Khi có mặt SiO2 và Na2CO3 thì một phân tử CaO trong tricanxi photphat bị thay
thế bởi một phân tử Na2O, còn CaO được giải phóng kết hợp với SiO 2 tạo thành
octhosilicat canxi theo phản ứng:
2 Ca3(PO4)2 + SiO2 + 2 Na2CO3 = 2 (Na2O.2CaO. P2O5) + 2 CaO.SiO2 + 2CO2
Canxi photphat và canxi silicat tạo thành silico photphat ở dạng 5CaO.P 2O5.SiO2
hoặc ở dạng Na2O.4CaO.P2O5.SiO2. Khi dư CaCO3, SiO2 không đủ thì tạo thành tetra
canxi photphat (4CaO.P2O5). Tất cả những hợp chất này cũng hòa tan trong axit xitric,
do vậy P2O5 trong các dạng phân kiềm tính thực vật dễ dàng hấp thụ. Các phản ứng
xảy ra như trong lò khi gia nhiệt:
2Ca5F(PO4)3 + 3Na2CO3 + 2,5SiO2 = 6CaNaPO4 + 0,5SiF4 + 3CO2 + 2Ca2SiO4
Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

11


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
3Ca5F(PO4)3 + 5Na2CO3 = 9CaNaPO4 + 5CaO + CaF + 5CO2
2Ca5F(PO4)3 + 4Na2CO3 + 2SiO2 = 6CaNaPO4 + 2Ca2SiO4 + 2NaF + 4CO2
Sau khi thiêu kết làm lạnh nhanh rồi nghiền mịn được sản phẩm chứa 27,5%
P2O5. Loại phân bón này dung tốt cho đất chua ngoài ra còn có thêm hiệu quả phụ nhờ
các vi lượng cóc trong quặng và nguyên liệu đầu. Phân bón này không hút ẩm, không

kết khối chứa từ 20 – 35% P2O5, trong đó có 90 – 98% hiệu quả.
3.3

Phân

lân

thủy

tinh

[III,IX]
3.3.1 Thành phần và tính chất
Phân lân thủy tinh được chế tạo bằng cách nung chảy phối liệu photphat thiên
nhiên với khoáng magie silicat hoặc đôlômít (khi trong photphat chứa 1 lượng lớn
SiO2). Hàm lượng flo không ảnh hưởng tới P 2O5 hiệu quả – loại này chứa 19,5 –
22,5% P2O5 tổng. Trong đó 19 – 21% hữu hiệu, 9 – 14% MgO, 30% CaO, 23% SiO 2 ,
7,5% R2O và 1,8% F. Sau khi nung làm lạnh, sấy khô nghiền mịn.
3.3.2 Phương pháp sản xuất
Quá trình sản xuất phân lân thủy tinh còn gọi là sản xuất phân lân nung chảy.
Theo phương pháp này phối liệu trước khi vào lò phải qua quá trình gia công đơn giản
là đập nhỏ tới kích thước quy định.
Nhiên liệu sử dụng là than cốc hoặc than antraxit được đưa vào cùng phối liệu
một cách liên tục. Do đó có thể khống chế lượng nhiệt, nhiệt độ có thể thông qua
lượng nhiên liệu đưa vào. Khi mọi điều kiện khác giữ nguyên, phương pháp này có thể
sử dụng quặng nghèo (có thể khống chế hàm lượng P2O5 trong phối liệu ≤ 25%).
Tóm lại: Phương pháp này sản xuất đơn giản, thiết bị đơn giản, phù hợp với tính chất
của nguyên, nhiên liệu sẵn có của nước ta nên ta chọn phương pháp này hay còn gọi là
phương pháp sản xuất phân lân nung chảy.
4. NGUYÊN LÝ SẢN XUẤT PHÂN LÂN NUNG CHẢY

4.1. Nguyên lý sản xuất

[III, IX]

Phân lân nung chảy hay còn gọi là Canxi – Magie – Photphat có thành phần chủ
yếu là photphat, magie và canxi. Nguyên liệu dung để chế tạo gồm có photphat thiên
Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

12


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
nhiên trộng với khoáng chứa MgO, CaO, SiO2 (như secpentin, olevin, đôlômit) theo tỉ
lệ xác định, mang nung chảy ở nhiệt độ cao 1400 – 1500 oC trong lò nhiệt độ cao hoặc
lò điện.
Nghiên cứu sản xuất phân lân nung chảy với quặng apatit Lào Cai, đá trợ dung là
secpentin Thanh hóa và sử dụng than antraxit thay cho than cốc. Thực chất là ta cho
phụ gia (trợ dung) nấu chảy quặng photphat nhằm mục đích làm chuyển dạng cấu trúc
photphat trong apatit ở trạng thái mạng tinh thể sang dạng vô định hình và tan được
axit xitric 2% mà cây trồng hấp thụ được. Phối liệu chảy lỏng từ lò ra được làm lạnh
nhanh bằng nước, thu được bán thành phẩm là các hạt rắn giống như thủy tinh vụn.
Bán thành phẩm hạt sau khi ráo nước mang sấy khô và nghiện mịn (kích thước hạt
không quá 1,1mm) thu được sản phẩm có hàm lượng P 2O5 tan trong axit xitric 2%
được thực vật tiêu hóa (axit xitric do rễ cây tiết ra trong đất).
Trong quá trình nung, magie không dính vào mạng tinh thể của canxi photphat
mà tác dụng của magie thể hiện chủ yếu trong việc tạo những magie silicat dễ nóng
chảy, ngăn ngừa sự kết tinh của flo apatit và chúng có khả năng làm giảm độ nhớt của
phối liệu đã chảy lỏng.
Phối liệu trong lò nhiệt độ cao và có mặt của hơi nước nên có phản ứng thoát flo
khoảng 30% tổng lượng ban đầu. Phản ứng xảy ra như sau:

2 Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3 Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2 HF
4 Ca5F(PO4)3 + 3SiO2 = 6Ca3(PO4)2 + 2CaSiO3 + SiF4
Có thể xảy ra quá trình tạo thành phopho và thăng hoa theo khí lò:
2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 C = 6 CaSiO3 + P4↑ + 10 CO
Ca3(PO4)2 tồn tại ở dạng α và β. Dạng vô định hình α dễ tan, cây dễ hấp thụ,
nhưng được hình thành ở nhiệt độ lớn hơn 1180 oC. Nếu làm lạnh từ từ, dạng α sẽ
không tan kết tinh thành β không tan trong môi trườn axit yếu, do đó không thể dùng
làm phân bón. Khi làm lạnh nhanh sẽ giữ được dạng vô định hình α chưa chuyển thành
dạng tinh thể β. Đó là yếu tố kĩ thuật quan trọng trong sản xuất phân lân thủy tinh.
Việc tính toán thành phần phối liệu mục đích để giảm được dung điểm chảy lỏng
của quặng apatit và nâng cao hiệu suất chuyển hóa, ngăn ngừa sự kết tinh trở lại và
Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

13


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
tăng thêm vi lượng cho cây trồng. Nghiên cứu quá trình chảy lỏng phối liệu người ta
chưa phát hiện được tác dụng tương tác giữa cấu tử ban đầu. Điều kiện cần thiết để độ
hòa tan P2O5 cao là phải làm lạnh phối liệu lỏng ra là càng nhanh càng tốt. Tốc độ làm
lạnh nhanh bao nhiêu độ hòa tan P 2O5 càng nhanh bấy nhiêu. Để đạt tốc độ nhanh khi
làm lạnh cần hạ thấp đường kính giọt phối liệu lỏng khi tiếp xúc với nước bằng cách
nung quá nhiệt để hạ thấp độ nhớt của nó. Do đó trong thực tế người ta tiến hành nung
chảy phối liệu ở nhiệt độ 1400°C – 1500°C trong khi nhiệt độ nóng chảy của phối liệu
là 1250°C – 1350°C.
4.2. Ảnh hưởng của các thành phần trong phối liệu

[IX – 79]

Các thành phần trong quặng khoáng đều có ảnh hưởng lẫn nhau vì thế việc xác

định tỷ lệ phối liệu chính xác cần nghiên cứu tính chất, vai trò từng thành phần trong
phối liệu là rất quan trọng.
4.2.1. Ảnh hưởng thành phần P2O5
Lượng P2O5 trong sản phẩm càng cao thì tính chất lượng phân khoáng càng tốt,
nhưng trong phối liệu mà vượt quá 25% thì nhiệt độ nóng chảy của phối liệu sẽ tăng
cao, làm tốn nhiên liệu, tốc độ kết tinh cao, độ nhớt liệu lỏng lớn dẫn đến thao tác khó
khăn, hiệu quả thấp. Cho nên trong quặng photphat có làm lượng P 2O5 cao (tới 38 –
40%) nhưng thực tế sau khi phối liệu thì P2O5 có trong đó ít khi vượt quá 25%, thường
là 18 – 21%.
4.2.2. Ảnh hưởng thành phần CaO
Thành phần CaO có trong phân lân nung chảy làm cho loại phân này có tính chất
ưu việt đối với loại đất chua. Lượng CaO chủ yếu ở dạng dạng Ca 5(PO4)3F trong quặng
apatit. Ngoài ra CaO còn ở dưới dạng CaCO 3 trong quặng apatit và đá vân những rất ít.
Trong phối liệu nếu lượng CaO quá cao sẽ làm tăng dung điểm nóng chảy, cho nên khi
nó có hàm lượng quá cao phải thêm SiO 2 vào để hạ thấp điểm nóng chảy, nhưng phải
chú ý đến lượng SiO2 đưa vào để thành phần P2O5 trong sản phẩm không giảm xuống
quá thấp.
4.2.3. Ảnh hưởng thành phần SiO2 (có trong phụ gia là chủ yếu)

Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

14


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
SiO2 là thành phần rất cần thiết để phối liệu tạo thành dạng thủy tinh. Khi nung
luyện, nếu SiO2 quá ít, tốc độ kết tinh sẽ rất nhanh làm cho hiệu suất chuyển hóa giảm
thấp. Nhưng nếu hàm lượng SiO2 quá cao sẽ làm giảm thành phần P 2O5 trong phối
liệu, đồng thời tăng điểm nóng chảy, và sản phẩm làm ra rất cứng, khó nghiền, chậm
hòa tan. Mặc khác SiO2 và P2O5 là các oxit axit, hàm lượng của chúng sẽ quyết định độ

axit của phân bón.
4.2.4. Ảnh hưởng thành phần MgO
Trong chế tạo phân lân nung chảy MgO có tác dụng hạ thấp nhiệt độ nóng chảy
của phối liệu và làm cho nguyên liệu chảy lỏng có độ nhớt nhỏ mở rộng được phạm vi
phối liệu cũng như hạn chế được tốc độ kết tinh apatit do flo và nhôm gây ra. Nếu hàm
lượng MgO nhiều quá sẽ làm tăng nhiệt độ chảy lỏng của phối liệu.
4.2.4 Ảnh hưởng của các thành phần khác
Trong nguyên liệu còn có nguyên tố khác như Fe, Al, Mn, Cr, … nhưng hàm
lượng rất ít. Ta phải chú ý đến ảnh hưởng của Al và Fe. Hàm lượng Al quá nhiều sẽ dễ
sinh ra chất thủy tinh khó tinh, đồng thời dễ làm cho flo kết tinh trở lại dạng cũ. Khi
phối liệu cần khống chế lượng Al 2O3 nhỏ hơn 5 ÷ 6 % để tính hòa tan trong axit xitric
của phân lân nung chảy không bị ảnh hưởng. Fe 2O3 cũng có hại như nhôm, nhất là quá
trình tạo thành sắt kim loại hấp thụ mất nhiều nhiệt, đồng thời sẽ tác dụng với P 2O5 để
tạo thành dạng photphat sắt rất khó tan. Còn đối với sắt ở dạng FeO thì có thể làm cho
điểm nóng chảy giảm thấp.

4.3 Các quá trình hóa lý xảy ra trong lò cao [IX
– 79]
Sơ đồ cấu tạo lò cao:
1: Chuông nạp liệu
2: Thùng chứa của bộ phận nạp liệu
3: Lớp cách nhiệt của vỏ lò
Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

15


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
4: Gạch chịu nhiệt của vỏ lò
5: Vỏ thân lò

6: Ống phân phối gió
7: Bọc nước làm mát
8: Lớp bột chịu lửa bảo vệ bọc nước
9: Cửa tháo liệu
10: Ống gió vào lò
11: Ống thoát khí
12: Chuông nạp nhiên liệu thứ 2
13: Phễu chứa liệu đỉnh lò
Có thể chia từ đỉnh lò đến đáy lò làm 4 khu vực:
4.3.1 Khu vực đỉnh lò – Khu vực sấy phối liệu
Khu vực này nhiệt độ khống chế trong khoảng nhiệt độ 150 – 700°C. Nếu thấp
hơn hoặc bằng nhiệt độ bay hơi nước sẽ làm ngưng tụ hơi nước, bụi than sẽ bị kết tinh.
Nước kết tinh được thoát ra:
+ Ở nhiệt độ lớn hơn 150°C nhiên liệu vào lò bắt đầu bị bốc hơi
+ Ở nhiệt độ lớn hơn 500°C thì nước kết tinh trong secpentin thoát ra
+ Ở nhiệt độ lớn hơn 650°C thì nước kết tinh bay hết theo khí lò, secpentin
bắt đầu bị phân hủy theo phản ứng:
Phản ứng thoát nước kết tinh ở 550°C:
Mg3Si4O11.3Mg(OH)2.H2O = H2O + Mg3Si4O11.3Mg(OH)2
Ở 650°C:

Mg3Si4O11.3Mg(OH)2 = Mg3Si4O11 + 3 MgO + 3 H2O

Hơi nước tham gia vào phản ứng khử flo:
2 Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3 Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2 HF
4.3.2 Khu vực phân giải muối cacbonat
Nhiệt độ khoảng 730 – 920°C, xảy ra các phản ứng phân giải muối cacbonat và
phán ứng hoàn nguyên kim loại Fe, Ni

Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55


16


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
0

MgCO3

30 C
7
→

MgO + CO2

0

CaCO3

900
C →

CaO + CO2

0

Fe2O3 + 3 C

800
C →


2 Fe + 3 CO2

Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2
NiO + CO =

Ni + CO2

Vì tỷ trọng của Fe và Ni lớn hơn rất nhiều so với tỷ trọng phối liệu nên Fe và Ni
lắng xuống đáy tạo thành xỉ feroniken (xỉ gang niken). Hợp chất này được tháo qua
cửa liệu hoặc đáy lò.
4.3.3. Khu vực hóa mềm và chảy lỏng
Khi nhiệt độ bắt đầu đạt 800°C quặng bắt đầu mềm và tiếp tục mềm dần cho tới
nhiệt độ 1200°C thì nó bắt đầu chảy. Nhưng ở nhiệt độ này quặng vẫn chưa đủ linh
động nếu lấy ra ngay sẽ rất khó khăn và rất chậm.
Tại đây oxy không khí và than cháy mạnh hơn. Trong lò xảy ra các phản ứng
Phản ứng chính:

2 C + O2 =

2 CO

Phản ứng phụ:

C + H2O =

CO + H2

2 CO + O2 =


2 CO2

Và phản ứng khử F, hoàn nguyên Ni và P
2Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2HF
4Ca5F(PO4)3 + 3SiO2 =

6Ca3(PO4)2 + 2CaSiO3 + SiF4

Trong đó một phần CaF2 phản ứng với SiO2 và hơi nước
CaF2 + SiO2 + H2O = CaSiO3 + 2HF
4.3.4 Khu vực quá nhiệt
Nằm từ vùng tâm mắt gió trở xuống (nồi lò).
Nguyên nhiên liệu sau khi được chảy lỏng nhò quá trình cháy tiếp tục được
nâng lên nhiệt độ từ 1300 – 1500°C. Tại nhiệt độ này chất lân sẽ ở trạng thái lỏng và
rất linh động (vô định hình), hiệu suất chuyển hóa cao. Chất lân ở trạng thái này được
Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

17


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
tháo ra bởi 2 cửa ra liệu, làm lạnh đột ngột rồi tôi nhanh bằng nước có áp lực cao (lưu
lượng nước gấp 15–20 lần lượng sản phẩm), ta thu được bán thành phẩm phân lân ở
dạng vô định hình. Bán thành phẩm được nước áp lực cao đẩy về bể tôi.
4.4. Xử lý khí thải
Trong khí thải của lò cao có thành phần độc hại là CO và hợp chất của flo.
Với khí CO ta xử lý bằng phương pháp đốt để tận dụng nhiệt làm nóng khí trước
khi cấp vào lò cao, CO2 tạo thành được thải ra ngoài môi trường.
2 CO + O2 = 2 CO2
Với hợp chất của flo, mà chủ yếu là HF, ta có nhiều phương pháp khác nhau để

xử lý. Nhưng ở đây chỉ xét hai phương pháp là hấp thụ bằng nước và hấp thụ bằng sữa
vôi. Việc lựa chọn phương pháp nào là tùy vào mục đích xử lý khí.
4.4.1. Phương pháp khô
Nguyên tắc: Dùng chất hấp thụ rắn hấp thụ khí flo. Theo nguyên tắc này có thể
dùng 2 cách sau:
•

Dùng CaCO3 để hấp thụ:
CaCO3 + 2HF = CaF2 + CO2 + H2O

(t° = 350°C)

Theo cách này phản ứng hấp thụ không thâm nhập sâu vào các lớp bên trong của
hạt được. Nên sau 1 thời gian ta tiến hành sàng loại bỏ lớp vỏ bên ngoài và lại tiếp tục
sử dụng. Ưu điểm của phương pháp này là quá trình xử lý không có dịch thải, không
có quá trình ăn mòn thiết bị, nguyên liệu dễ kiếm, rẻ tiền. Song phương pháp này
không hiệu quả vì hấp thụ lớp bề mặt chất rắn, chỉ hấp thụ HF không hấp thụ SiF 4
không tiến hành được liên tục. Phương pháp này ít dùng.

•

Dùng NaF để hấp thụ
NaF + HF = NaFHF

(t° = 120°C)

Khi nhiệt độ tăng tới 200°C sẽ có phản ứng nghịch do có thể thực hiện nhả hấp
thụ dễ dàng. Tuy nhiên phương pháp này cũng chỉ hấp thụ được HF. Hơn nữa dùng
phương pháp khô nói chung luôn bị bụi khí lò sẽ bám vào mặt hấp thụ và nhanh chóng
làm mất khả năng hấp thụ. Vì thế phương pháp khô ít dùng trong công nghiệp.

Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

18


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
4.4.2. Phương pháp ướt
Nguyên tắc: Dùng dung dịch (dung môi) có khả năng hấp thụ tưới từ đỉnh tháp
xuống khí lò có chứa flo đi từ dưới lên được dung dịch hấp thụ. Có thể dùng các chất
hấp thụ sau:


Dùng nước để hấp thụ
Ở nhiệt độ thấp nước hấp thụ khí HF rất mạnh . Sản phẩm hấp thụ là axit loãng,

sau khi gia công tiếp sẽ thu được axit có giá trị công nghiệp. Phương pháp này khá phổ
biến vì dễ thực hiện, khả năng làm sạch rất cao. Thu được chất hấp thụ làm sản phẩm
phụ, nguyên liệu dễ kiếm rẻ tiền.


Dùng NaOH hoặc Na2CO3 để hấp thụ
NaOH + HF = NaF + H2O
4 NaOH + SiF4 = 4 NaF + SiO2+ 2 H2O
Na2CO3 + 2 HF = 2 NaF + CO2+ H2O
2 Na2CO3 + SiF4 = 4 NaF + 2 CO2+ SiO2

* Trường hợp nếu dùng NaOH người ta tiến hành tuần hoàn dung dịch như sau:
2 NaF + Ca(OH)2 = 2 NaOH + CaF2 ↓
lọc lấy CaF2 và cho ta dùng dịch tuần hoàn.



Dùng dung dịch NH3 để hấp thụ
NH3 + HF = NH4F
4 NH3 + 3 SiF4+ 2 H2O = 2 (NH4)2SiF6 + SiO2
(NH4)2SiF6 + 4 NH3 + H2O = 6 NH4F + SiO2
Dùng dung dịch NH3 tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn vì sau khi hấp thụ thu được hợp

chất chứa flo có nhiều ứng dụng lớn trong công nghiệp, song nhược điểm lớn là
nguyên liệu khó kiếm, giá thành cao.


Dùng sữa vôi để hấp thụ
Ca(OH)2+ 2 HF = CaF2↓ + 2 H2O
Ca(OH)2+ CO2 = CaCO3↓ + H2O
Ca(OH)2+ 2 HF = CaF2↓ + H2O + CO2

Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

19


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
Ca(OH)2+ SiF4 = 2 CaF2↓ + SiO2 + 2CO2
Khi dùng sữa vôi ngoài tác dụng hấp thụ flo còn hấp thụ SO2, P2O5 tạo thành các
hợp chất CaSO4; Ca3(PO4)2 làm cho dung dịch hấp thụ có nhiều tạp chất khó tinh chế
để thu hồi sản phẩm phụ.
Qua phân tích trên ta có thể dùng phương pháp hấp thụ bằng nước để hấp thụ HF
khi ta có phương pháp thu hồi HF, còn nếu ta chỉ xử lý khí lò để đảm bảo môi trường
thì dùng sữa vôi là phù hợp. Trên thực tế thì ít khi thu hồi flo trong khí lò vì nồng độ
nhỏ (chỉ khoảng 30% flo trong quặng thoát ra).

5. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
5.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất phân lân nung chảy

5.2 Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ
Apatit, sa thạch, secpentin được mua về nhà máy bằng ô tô và tàu hỏa được bốc
dỡ xuống bãi chứa, kho chứa (1). Phương thức bốc dỡ bằng cơ giới hóa – thiết bị tháo
dỡ chuyên dùng. Sau đó nguyên liệu được đưa tới gia công theo kích thước quy định
chủ yếu là apatit. Từ bãi chứa, quặng nguyên liệu được đưa tới bunke (2), qua băng tải
xích (3) cấp liệu cho máy kẹp (4). Sau đó qua băng tải (5) tới máy sàng khô (6) kiểu
thùng quay.

Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

20


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
Phần quặng nhỏ ≤ 25 mm và bột dưới sàng được đưa tới nơi tập kết (11). Phần
quặng trên sàng được tiếp tục qua băng tải sang hệ thống sàng rung kết hợp rửa bằng
nước (8). Quặng trên sàng sạch được băng tải và bộ phận phân phối cấp cho các bunke
(10) dự trữ cho lò cao.
Phần bột dưới sàng và H2O rửa đi ra bể chứa (12) sau đó được tận dụng cùng
quặng vụn khô (11) được tận dụng đưa qua máy ép (13), ép thành viên (120 × 80 – 100
mm). Sau khi thời gian đóng rắn cần thiết và được vận chuyển tới tiếp cho lò cao.
Than antraxit được mua về tháo dỡ ở bãi chứa sau đó cũng được đưa lên
bunke dự trữ cấp cho lò cao. Kích thước của nguyên, nhiên liệu tiêu chuẩn là:
Quặng apatit

: 40 – 120 mm


Quặng secpentin

: 25 – 100 mm

Than antraxit

: 40 – 100 mm

Sa thạch

: 25 – 100 mm

Quặng ép

: 120 × (80 – 100) mm

Từ bunke vào bãi chứa nguyên nhiên liệu được cân đong chính xác bằng thủ
công hoặc cân goòng định lượng (60) theo một tỷ lệ phối liệu và nhiên liệu nhất định
cấp cho lò cao (18) bằng hệ thống tời skíp (17) và hệ thống nạp liệu có đỉnh lò cao. Tại
đây phối liệu được nung luyện, chảy lỏng, quá nhiệt và được tháo liên tục ra máng tôi
ở đáy lò bằng 2 cửa ra liệu (19) nhờ nhiệt của than và nhiệt của gió nóng cấp vào lò.
Liệu lỏng được tôi nhanh bằng nước lạnh, áp lực 1,5 – 3at tạo ra bán thành phẩm
dạng thủy tinh theo máng tôi ra bể vớt bằng vít vật liệu (19). Xỉ chứa niken và một
lượng nhỏ sắt kim loại ở đáy dưới cùng, sẽ được tháo định kỳ bằng cửa tháo xỉ niken.
Khí lò thoát ra theo đường ống ở đỉnh lò có mang theo bụi và nhiệt độ khoảng 150 –
230°C qua xiclon lọc bụi (42) để loại bụi.
Thành phần khí lò có: CO; SO2; CO2; SO2; HF; SiF4... sẽ được đưa sang lò đốt
CO (43), tại đây khí CO được đốt cháy nhằm tận dụng nhiệt giải phóng để gia nhiệt
cho không khí trước khi vào lò cao. Khí ra khỏi lò đốt CO được đưa sang hệ thống lọc
bụi tĩnh điện (45) các hạt bụi có lẫn trong khí tại đây được làm sạch triệt để, sau đó

được đưa sang thiết bị rửa và làm nguội khí (46). Khí sau khi đã được làm sạch và làm
Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

21


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
nguội tới nhiệt độ thích hợp được đưa sang tháo hấp thụ (47) và (51) để xử lý, thu hồi
khí SiF4 và HF. Khí khi ra khỏi các thiết bị hấp thụ có cuốn theo các giọt lỏng sẽ được
tách bởi các tháp tách giọt (50) và (53) và qua quạt hút (61) đẩy vào ống khói (54) rồi
phóng không ra ngoài.
Các dung dịch hấp thụ được tại các tháp hấp thụ thu được ở đáy tháp ta đưa về bể
chứa (49). Vì nồng độ dung dịch thu được còn nhỏ, để tăng nồng độ dung dịch ta dùng
(48) bơm tuần hoàn dung dịch đã thu được cho tháp hấp thụ (1) khi không có nhu cầu
thu hồi HF ta có thể dùng các thiết bị (55), (56), (57) để xử lý nước trước khi thải ra
môi trường.
Quá trình hấp thụ khí ở đây là ngược chiều, trực tiếp giữa pha lỏng và pha khí.
Buồng đốt CO cũng là trao đổi nhiệt giữa nhiệt đốt khí lò với không khí lạnh được thổi
vào lò bằng quạt cao áp. Quá trình trao đổi nhiệt ở đây là giữa khí và khí thông qua
thành ống gang. Không khí lạnh đi qua ống gang và khí nóng đi ra ngoài ống gang.
Trao đổi nhiệt gián tiếp, bụi thu hồi ở (42) được đưa đi tận dụng ép đóng bánh. Bán
sản phẩm được vít vớt liệu (19) với khỏi bể vớt liệu qua băng tải (18),(20) đưa ra bãi
ráo (23). Phần bán sản phẩm còn trong dịch thải từ bể vít qua bể lắng (22) tiếp tục
được vớt thu hồi lên bãi ráo bằng cầu trục (21).
Từ bãi ráo bán sản phẩm được cấp vào máy sấy (26) nhờ máy ủi tiếp liệu và băng
tải (24) bunke chứa (25). Ở đây là máy sấy thùng quay, sấy trực tiếp thùng xuôi dòng
bằng không khí nóng. Bán sản phẩm đạt tiêu chuẩn sau sấy ≤ 1% độ ẩm, được đưa lên
Bunke (30) nhờ gầu tải (29) cấp liệu bằng máy tiếp liệu đĩa (31) vào máy nghiền bi
(32). Qua nghiền bi sản phẩm đạt độ mịn tiêu chuẩn qua sàng 0,15mm được đưa lên hệ
thống Silo chứa (34) nhờ băng tải (33) và qua máy đóng bao (35) sau đó được băng tải

(36) đưa đi xếp kho chứa (37).
Tại các nhà máy sấy, nghiền, bunke sản phẩm đều có phát sinh bụi do sản phẩm
lúc này đã khô và nhỏ. Hệ thống thiết bị (38), (39), (40), (41) lọc phân ly thu hồi bụi
sản phẩm bằng các tổ hợp xiclon và trước khi thải ra môi trường còn được qua tháp
rửa bằng nước mục đích thu hồi triệt để và vệ sinh môi trường. Sản phẩm được đi tiêu
thụ bằng các loại phương tiện giao thông.

Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

22


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy

CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG CHẤT VÀ NHIỆT
1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO LÒ CAO
1.1. Tính phối liệu lò cao
Nguyên, nhiên liệu, phụ gia dùng cho lò cao gồm có: Quặng Apatit loại II, quặng
secpentin, sa thạch và than Antraxit.
Các nguyên, nhiên liệu có thành phần sử dụng cho ở bảng sau:
Bảng 1: Thành phần quặng Apatit
Apatit
% Khối

P2O5
26,4

CaO
42


MgO
6,7

SiO2 Al2O3 Fe2O3
8,6
1,4
1,4

F
2,1

CO2
10,7

Ẩm
0,9

Tổng
100

lượng
Bảng 2: Thành phần quặng Secpentin
Secpentin
% Khối

CaO
1,4

MgO
33,5


SiO2
42,2

Al2O3 Fe2O3
2,9
7,3

H2Okl
10,4

NiO
0,14

Ẩm
2,16

Tổng
100

lượng
Bảng 3: Thành phần Sa Thạch
Sa thạch

SiO2

CaO

Fe2O3


Ẩm

Tổng

% Khối lượng

96

1,5

0,5

2

100

Bảng 4: Thành phần than
Than

C

H

O

S

N

Tro


Ẩm

Tổng

% Khối lượng

82,5

1,4

1,3

0,52

1,2

6,3

6,78

100

1.1.1 Tính tỷ lệ phối liệu
Việc phối liệu cần tính toán sao cho hàm lượng P 2O5 dễ tiêu trong sản phẩm là
cao nhất, hạ thấp được nhiệt độ nóng chảy của phối liệu để tiết kiệm được nhiên liệu
đồng thời hạn chế được tốc độ kết tinh, nâng cao hiệu suất chuyển hóa thành thủy tinh.
Vì vậy việc tính toán phối liệu phải căn cứ vào thành phần các chất trong quặng đem
Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55


23


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
vào lò. Qua nghiên cứu và thực tế sản xuất phân lân nung chảy người ta thấy rằng:
Trong phối liệu đem vào sản xuất phân lần nung có các thành phần chỉ yếu sau: P 2O5,
CaO, MgO, SiO2.
Do vậy việc tính toán phối liệu ta căn cứ vào 4 thành phần chính đó.
Ta có các thành phần chính trong nguyên liệu đưa vào lò như sau: (tính theo gốc ướt):
Bảng 5: Hàm lượng các thành phần chính trong nguyên liệu
% Trọng lượng
(ướt)

P2O5

CaO

MgO

SiO2

26,4

42
1,4
1.5

6,7
33,5


8,6
42,2
96

Nguyên liệu
Apatit
Secpentin
Sa thạch

Theo các số liệu thu được trong quá trình thí ngiệm và thực tế sản xuất. Người ta
thấy tỷ lệ các thành phần trên như bảng tính sau là tốt nhất:
Thành phần
Tỷ lệ phần tử

P2O5
1

CaO
3÷4

MgO
2÷3

SiO2
2÷3

Khi tính các tỷ lệ này, người ta thường đơn giản hóa thành các quan hệ tỷ lệ theo
[IX – 78]
MgO + CaO
SiO2


= 1,8 ÷ 2,7

Tỷ lệ này thường gọi là tỷ lệ kiềm.

MgO
= 2 ÷3
P2O5
Tỷ lệ này gọi là tỷ lệ Magie photphat.

MgO
= 0,5 ÷ 1
CaO
Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

24


Đồ án tốt nghiệp phân lân nung chảy
Tỷ lệ này gọi là tỷ lệ Magie canxi.
Theo các tỷ lệ trên, ta sẽ tránh được trường hợp photpho thăng hoa và hạ thấp
nhiệt độ nóng chảy của phối liệu, đồng thời hiệu suất hòa tan của P 2O5 trong axit xitric
2% là cao nhất.
Trên cơ sở đó em đã chọn các số liệu ban đầu sau:

MgO
= 2,5
P2O5

Tỷ lệ mol:


và

SiO2
=3
P2O5

Ta chọn lượng quặng Apatit là 100 kg, lượng secpentin là x (kg) và lượng sa
thạch là y (kg). Khi đó la lập được hệ phương trình sau:

MgO ( 100 × 0, 067 + 0,335 x ) ×142
=
= 2,5
P2O 5
100 × 0, 264 × 40

(1)

SiO2 ( 100 × 0, 086 + 0, 422 x + 0,96 y ) × 142
=
=3
P2O5
100 × 0, 264 × 60

(2)

Trong đó : 142 – phần tử gam của P2O5
40 – phần tử gam của MgO
60 – phần tử gam của SiO2
56 – phần tử gam của CaO

Giải hệ phương trình:
Từ phương trình (1) ta được x = 35,500 (kg)
Thay giá trị của x và phương trình (2) và giải ra ta được y = 10,300 (kg)
Vậy 1 mẻ phối liệu (tính cho 100kg apatit) cho vào lò cao sẽ là:





Lượng apatit cục: 100 kg
Lượng secpentin: 35,500 kg
Lượng sa thạch: 10,300 kg
Tổng cộng : 145,80 kg

1.1.2. Tính lượng than cần sử dụng để nung chảy 1 mẻ liệu
Lượng than cần sử dụng tính theo công thức:
Nguyễn Đình Tưởng – Công Nghệ Các Chất Vô Cơ K55

25