磷酸脲母液重结晶技术研究

何春云，钟 鸥，张 敏

（云南云天化红磷化工有限公司，云南 开远 661699）

磷酸脲（UP）是一种无机精细化工产品。每生产磷酸脲1 t将副产母液1.00 ～1.12 t。UP 母液一般可用于磷铵、复合肥或尿基过磷酸钙生产，但从生产实际来看，存在以下几个问题：磷酸与尿素结合在低温下具有一定的稳定性，对氨的吸收有一定的负面影响，而高温下（≥80 ℃）UP 母液又易分解，N含量会有大量损失；UP母液中w（H2O）高达50%，对生产中水平衡产生一定影响；GB 10205—2009 标准中磷铵氮含量测定采用氨态氮的分析方法，酰胺态氮无法检测；UP 母液的物性，决定了用其生产的产品存在难以干燥、吸潮结块等问题。

本研究将磷酸脲装置副产UP母液通过浓缩再结晶工艺转化为磷酸脲产品，质量指标达到GB/T 27805—2011《工业磷酸脲》标准，解决了UP母液难消化制约生产的难题，提高了装置运转率，提升了企业竞争力。

1 技术方案

根据效益最大化原则及市场导向，通过对UP母液继续浓缩、重结晶的可行性进行分析研究，最大程度消耗UP母液。对剩余的UP母液，根据其全溶性特点，用于速效液体肥，最终全部消化UP母液。

2 实验研究

2.1 原料及仪器

原料：UP母液（w（P2O5）21.88%、w（N）11.22%，相对密度1.312），云南红磷川科化工有限公司；磷酸（w（P2O5）≥46%，w（固）≤0.1%），云南云天化红磷化工有限公司；尿素（w（N）≥46%），云南水富云天化有限公司。实验设备：水环式真空泵、电动搅拌器、旋转真空浓缩蒸发仪、可控干燥箱等。

2.2 重结晶工艺条件实验

1） 最佳反应温度及时间

称取UP 母液1 000 g 倒入3 000 mL 圆底烧瓶中，安装于旋转真空浓缩蒸发仪上，采用水环式真空泵抽真空，在真空度为0.02 ～0.07 MPa，水浴加热温度60 ～ 95 ℃下进行真空浓缩反应［1］。

随着温度的升高，在75 ～90 ℃时，UP 母液产生大量泡沫，在浓缩时伴有氨味，说明当温度过高时会产生氮的损失，而且溶液黏稠无法结晶及过滤；而温度低于60 ℃时所需浓缩时间过长，能耗偏高。UP 母液蒸发浓缩的最佳温度为70 ℃，最佳反应时间为1.0 ～1.5 h。

2） 最佳氮磷质量比

通过分析测定UP 母液中的氮、磷含量，结合理论及实际消耗值，计算出所需加入的磷酸及尿素量［2］，再在70 ℃蒸发浓缩1 h，考察氮磷质量比对浓缩结晶过程的影响（见表1）。

表1 氮磷质量比对结晶过程的影响

从结晶情况来看，UP 母液中氮磷质量比对蒸发浓缩结晶影响很大。在相同温度及反应时间条件下，1 000 g UP 母液中磷酸加入量控制在337 ～365 g时所得到的结晶量最大。

3） 最佳结晶相对密度

不同的结晶相对密度将直接影响生产的可行性以及母液的消耗。取UP 母液1 000 g，根据最佳氮磷质量比加入磷酸337 ～365 g，在70 ℃下进行真空蒸发浓缩。不同液体蒸发量下物料相对密度及结晶、过滤情况见表2。

表2 蒸发后相对密度对结晶的影响

从实验情况来看，相对密度控制在1.55 ～1.60对物料结晶、过滤最好。相对密度过高，物料发黏，影响过滤及结晶；相对密度过低，增加母液量。

4） 循环实验

取UP 贮槽母液1 000 g，根据最佳氮磷质量比加入磷酸337 ～365 g，真空浓缩、冷却结晶、过滤，取样分析。过滤母液返回第二次实验UP 母液中，混匀后根据N、P 含量及相对密度计算得出磷酸或尿素加入量进行循环实验，结果见表3。

表3 循环实验产品质量指标

由表3可知，UP母液蒸发浓缩后，滤液还可以循环利用，在最佳控制条件下可以得到养分含量合格的磷酸脲产品（GB/T 27805—2011 指标要求见表4），但产品中的F含量会随着循环次数的增加而升高。

表4 GB/T 27805—2011《工业磷酸脲》指标要求

2.3 生产小试

在最佳条件下进行生产小试，UP 母液投料量控制在0.5 t/h时，结果见表5。

由表5 可知，生产出的磷酸脲产品质量合格，最终滤液量约为250 kg，可消耗50%母液量。由于装置问题，闪蒸浓缩时真空度达不到预期目标值（0.06 ～0.07 MPa），所以蒸发温度比预计值高。受结晶时间及搅拌强度影响，结晶颗粒较小。

表5 生产小试数据

3 结论

（1）从实验及小试情况来看，利用UP 母液通过浓缩结晶生产工业磷酸脲在生产上是可行的，质量指标可达到GB/T 27805—2011指标要求。

（2）严格控制物料中的氮磷质量比及浓缩液相对密度是浓缩结晶的关键。

（3）控制一定的真空度及温度，可有效缩短物料的蒸发浓缩时间，并消除跑、冒现象。

（4）重结晶后产品晶形较小，结晶工艺还有待进一步研究。

（5）随着UP母液的不断循环使用，产品中F含量升高，可将剩余的UP母液用于生产液体叶面肥。