影响磷酸二铵产品总养分含量的因素及计算

王平飞

(云南云天化股份有限公司红磷分公司 云南开远 661699)

云南云天化股份有限公司红磷分公司(以下简称红磷分公司)磷酸二铵装置产能为270 kt/a，以磷酸、液(气)氨为原料生产w(总养分)为60.00%(16- 44- 0)的磷酸二铵(DAP)产品。由于磷矿石中杂质的不同，采用湿法磷酸工艺生产的磷酸质量也不同，导致磷酸二铵产品总养分出现波动，而产品总养分(富裕总养分质量分数≤0.30%)的控制是企业生产成本控制的关键要素，因此在磷酸二铵生产过程中添加一些其他物料是调节产品总养分的重要措施。

1 磷酸含固量变化对产品养分的影响

磷酸含固量是指料浆中的固体总质量除以组成料浆的所有组分的质量，其成分主要是二水石膏(CaSO4·2H2O)、铁铝磷酸盐、氟硅酸盐等。60.00% DAP产品中w(N)为15.70%，w(P2O5)为44.30%，w(总养分)为60.00%，w(水分)为1.50%；所用磷酸质量w(P2O5)为44.00%，w(固)为11.50%；若磷酸的w(固)上升为12.50%，磷酸含固量中w(P2O5)为15.00%，P2O5收率取97.50%，其他组分含量不变，不考虑其他影响因素，1 000.00 kg 60.00% DAP养分变化情况计算如下。

60.00% DAP产品中有效P2O5质量：1 000.00×44.30%=443.00(kg)。

消耗磷酸量：443.00/(97.50%×44.00%)=1 032.63(kg)。

含固量变化值：1 032.63×(12.50%-11.50%)=10.33(kg)。

产品中w(N)：1 000.00×15.70%×100%/(1 000.00+10.33)=15.54%。

产品中w(P2O5)：(1 000.00×44.30%+10.33×15.00%)×100%/(1 000.00+10.33)=44.00%。

产品中w(总养分)：15.54%+44.00%=59.54%。

产品中w(N)变化值：15.54%-15.70%=-0.16%。

产品中w(P2O5)变化值：44.00%-44.30%=-0.30%。

产品中w(总养分)变化值：59.54%-60.00%=-0.46%。

计算结果表明，生产60.00% DAP产品时，若磷酸中w(固)升高或降低1.00%，不考虑其他影响因素，产品中w(N)，w(P2O5)和w(总养分)将分别下降或上升0.16%，0.30%和0.46%。

2 水分含量变化对产品养分的影响

DAP产品的干燥过程是热风将热能以对流的方式直接传给与其接触的湿物料，使湿物料中的水分汽化并将水蒸气带走的过程。当热风炉所提供的高温气流与来自造粒机的湿物料接触时，气固两相间发生热、质同时传递。造粒机的物料到达干燥机头部时，粒子的表面温度低于热风温度，热风将热量传递给粒子，同时热风中的水蒸气分压低于粒子表面的水蒸气分压，粒子中的水被汽化并进入气相中，粒子内部的水分以液态或水蒸气的形式扩散至表面。对于同样的60.00% DAP产品，若产品中w(水分)由1.50%上升至2.50%，1 000.00 kg 60.00% DAP产品养分变化情况计算如下。

水分质量变化值：1 000.00×(2.50%-1.50%)=10.00(kg)。

产品中w(N)：1 000.00×15.70%×100%/(1 000.00+10.00)=15.54%。

产品中w(P2O5)：1 000.00×44.30%×100%/(1 000.00+10.00)=43.86%。

产品中w(总养分)：15.54%+43.86%=59.40%。

产品中w(N)变化值：15.54%-15.70%=-0.16%。

产品中w(P2O5)变化值：43.86%-44.30%=-0.44%。

产品中w(总养分)变化值：59.40%-60.00%=-0.60%。

计算结果表明，生产60.00% DAP产品时，若产品中w(水分)升高或降低1.00%，产品中w(N)，w(P2O5)和w(总养分)将分别下降或上升0.16%，0.44%和0.60%。

3 添加其他物料对产品养分的影响

3.1 添加硫酸

红磷分公司硫酸厂生产的浓硫酸质量分数为98.00%，是调节磷酸二铵产品养分(浓硫酸与氨发生化学反应生成硫酸铵)的原料之一。对于同样的60.00% DAP产品，若添加1.00 kg浓硫酸，1 000.00 kg 60.00% DAP产品养分变化情况计算如下。

硫酸铵生成质量：1.00×98.00%×132/98=1.32(kg)。

硫酸铵中N质量：2×14×1.32/132=0.28(kg)。

产品中w(N)：(1 000.00×15.70%+0.28)×100%/(1 000.00+1.32)=15.71%。

产品中w(P2O5)：1 000.00×44.30%×100%/(1 000.00+1.32)=44.24%。

产品中w(总养分)：15.71%+44.24%=59.95%。

产品中w(N)变化值：15.71%-15.70%=0.01%。

产品中w(P2O5)变化值：44.24%-44.30%=-0.06%。

产品中w(总养分)变化值：59.95%-60.00%=-0.05%。

计算结果表明，生产60.00% DAP产品时，若添加1.00 kg硫酸，产品中w(N)将上升0.01%，而w(P2O5)和w(总养分)将分别下降0.06%和0.05%。

3.2 添加硫酸铵

硫酸铵产品中w(N)为21.00%，对于同样的60.00% DAP产品，若添加1.00 kg粉状硫酸铵，1 000.00 kg 60.00% DAP产品养分变化情况计算如下。

硫酸铵中N质量：1.00×21.00%=0.21(kg)。

产品中w(N)：(1 000.00×15.70%+0.21)×100%/(1 000.00+1.00)=15.71%。

产品中w(P2O5)：1 000.00×44.30%×100%/(1 000.00+1.00)=44.26%。

产品中w(总养分)：15.71%+44.26%=59.97%。

产品中w(N)变化值：15.71%-15.70%=0.01%。

产品中w(P2O5)变化值：44.26%-44.30%=-0.04%。

产品中w(总养分)变化值：59.97%-60.00%=-0.03%。

计算结果表明，生产60.00% DAP产品时，若添加1.00 kg粉状硫酸铵，产品中w(N)将上升0.01%，而w(P2O5)和w(总养分)将分别下降0.04%和0.03%。

3.3 添加氯化铵

氯化铵产品中w(N)为25.00%，对于同样的60.00% DAP产品，若添加1.00 kg粉状氯化铵，1 000.00 kg 60.00% DAP产品养分变化情况计算如下。

氯化铵中N质量：1.00×25.00%=0.25(kg)。

产品中w(N)：(1 000.00×15.70%+0.25)×100%/(1 000.00+1.00)=15.71%。

产品中w(P2O5)：1 000.00×44.30%×100%/(1 000.00+1.00)=44.26%。

产品中w(总养分)：15.71%+44.26%=59.97%。

产品中w(N)变化值：15.71%-15.70%=0.01%。

产品中w(P2O5)变化值：44.26%-44.30%=-0.04%。

产品中w(总养分)变化值：59.97%-60.00%=-0.03%。

计算结果表明，生产60.00% DAP产品时，若添加1.00 kg粉状氯化铵，产品中w(N)将上升0.01%，而w(P2O5)和w(总养分)将分别下降0.04%和0.03%。

3.4 添加尿素

尿素产品中w(N)为46.00%，对于同样的60.00% DAP产品，若添加1.00 kg粒状尿素，1 000.00 kg 60.00% DAP产品养分变化情况计算如下。

尿素中N质量：1.00×46.00%=0.46(kg)。

产品中w(N)：(1 000.00×15.70%+0.46)×100%/(1 000.00+1.00)=15.73%。

产品中w(P2O5)：1 000.00×44.30%×100%/(1 000.00+1.00)=44.26%。

产品中w(总养分)：15.73%+44.26%=59.99%。

产品中w(N)变化值：15.73%-15.70%=0.03%。

产品中w(P2O5)变化值：44.26%-44.30%=-0.04%。

产品中w(总养分)变化值：59.99%-60.00%=-0.01%。

计算结果表明，生产60.00% DAP产品时，若添加1.00 kg粒状尿素，产品中w(N)将上升0.03%，而w(P2O5)和w(总养分)将分别下降0.04%和0.01%。

3.5 添加磷石膏

磷石膏是红磷分公司磷酸厂生产高浓度磷复肥时的工业副产品，主要成分是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)，其w(P2O5)≤0.70%。对于同样的60.00% DAP产品，若添加1.00 kg粉状磷石膏，1 000.00 kg 60.00% DAP产品养分变化情况计算如下。

磷石膏中P2O5质量：1.00×0.70%=0.007(kg)。

产品中w(N)：1 000.00×15.70%×100%/(1 000.00+1.00)=15.68%。

产品中w(P2O5)：(1 000.00×44.30%+0.007)×100%/(1 000.00+1.00)=44.26%。

产品中w(总养分)：15.68%+44.26%=59.94%。

产品中w(N)变化值：15.68%-15.70%=-0.02%。

产品中w(P2O5)变化值：44.26%-44.30%=-0.04%。

产品中w(总养分)变化值：59.94%-60.00%=-0.06%。

计算结果表明，生产60.00% DAP产品时，若添加1.00 kg粉状磷石膏，产品中w(N)，w(P2O5)和w(总养分)将分别下降0.02%，0.04%和0.06%。

3.6 添加DAP不合格品

在生产或包装过程中，难免会出现因产品内在质量或外在质量不合格的DAP产品，一般将其作为原料重新添加至生产系统，此时将造成DAP产品养分发生变化。

3.6.1 添加63.50% DAP不合格品

由于63.50% DAP不合格品养分含量较高，会产生DAP产品养分含量偏高的现象。对于同样的60.00% DAP产品，若添加10.00 kg粒状63.50% DAP不合格品[w(N)为17.50%，w(P2O5)为46.00%，w(总养分)为63.50%，w(水分)为1.50%]，1 000.00 kg 60.00% DAP产品养分变化情况计算如下。

DAP不合格品中N质量：10.00×17.50%=1.75(kg)。

DAP不合格品中P2O5质量：10.00×46.00%=4.60(kg)。

产品中w(N)：(1 000.00×15.70%+1.75)×100%/(1 000.00+10.00)=15.72%。

产品中w(P2O5)：(1 000.00×44.30%+4.60)×100%/(1 000.00+10.00)=44.32%。

产品中w(总养分)：15.72%+44.32%=60.04%。

产品中w(N)变化值：15.72%-15.70%=0.02%。

产品中w(P2O5)变化值：44.32%-44.30%=0.02%。

产品中w(总养分)变化值：60.04%-60.00%=0.04%。

计算结果表明，生产60.00% DAP产品时，若添加10.00 kg粒状63.50% DAP不合格品，产品中w(N)，w(P2O5)和w(总养分)将分别上升0.02%，0.02%和0.04%。

3.6.2 添加56.50% DAP不合格品

由于56.50% DAP不合格品养分含量较低，会产生DAP产品养分含量偏低的现象。对于同样的60.00% DAP产品，若添加10.00 kg粒状56.50% DAP不合格品[w(N)为14.20%，w(P2O5)为42.30%，w(总养分)为56.50%，w(水分)为1.50%]，1 000.00 kg 60.00% DAP产品养分变化情况计算如下。

DAP不合格品中N质量：10.00×14.20%=1.42(kg)。

DAP不合格品中P2O5质量：10.00×42.30%=4.23(kg)。

产品中w(N)：(1 000.00×15.70%+1.42)×100%/(1 000.00+10.00)=15.69%。

产品中w(P2O5)：(1 000.00×44.30%+4.23)×100%/(1 000.00+10.00)=44.28%。

产品中w(总养分)：15.69%+44.28%=59.97%。

产品中w(N)变化值：15.69%-15.70%=-0.01%。

产品中w(P2O5)变化值：44.28%-44.30%=-0.02%。

产品中w(总养分)变化值：59.97%-60.00%=-0.03%。

计算结果表明，生产60.00% DAP产品时，若添加10.00 kg粒状56.50% DAP不合格品，产品中w(N)，w(P2O5)和w(总养分)将分别下降0.01%，0.02%和0.03%。

4 结语

通过理论计算出各种原料的投加对60.00% DAP产品养分的影响数值，然后对操作人员进行技能培训，使得红磷分公司270 kt/a磷酸二铵装置生产的60.00% DAP产品的富裕养分控制取得了较好的效果。