Bài giảng Công nghệ sản xuất phân bón vô cơ - Chương 1: Sản xuất phân lân - Nguyễn Văn Hòa

Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 1
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
I. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
1. Nguyên liệu
1.1. Quặng photphat
Quặng apatit
Khoáng photphorit
Photphat thiên nhiên khác
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 2
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Quặng apatit – 3Ca3(PO4)2.CaX2
• Tinh thể apatit thuộc hệ lục giác, có màu sắc khác
nhau (xanh, xám, vàng lục, lam, tím) tuỳ theo loại
quặng.
• Tỷ trọng: 3,18 – 3,21
• Nhiệt độ nóng chảy: 1400 – 15700C
• Khó tan trong nước
• Thành phần hóa học của tinh quặng apatit: 
42,22% P2O5; 55,59% CaO; 3,77% F 
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 3
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Bảng thành phần của quặng photphat ở các khu vực khác 
nhau, sau khi làm giàu: tuyển nổi hoặc nung.
a cacbon hữu cơ; b photphat Hill, tiểu bang Queensland
c khảo sát của công ty British Sulphur Corporation, 1980
d
Khourigba;
e
Youssoufia–calcined; f khai thác hiện nay.
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 4
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Apatit ở Lào Cai: Loại 1: 33 – 38% P2O5 chiếm 12,5%;
Loại 2: 24 – 26% P2O5 chiếm 45,25%;
Loại 3: 12 – 18% P2O5 chiếm 42,25%;
Loại 4: 8 – 12% P2O5
Thành phần (%) Quặng 1 Quặng 2 Tinh quặng tuyển Quặng 3 Quặng 4
P2O5 32  34 22  24 32  34 14  18 10
CaO 43  46 40  44 37  40 18  22
SiO2 8  16 5  8 12  15 46  50
Fe2O3 1,5  2 1,8  2 1,5  1,7 3,5  4
Al2O3 2  2,5 2  2,5 0,6  1 3,2  4
H2O 12 4 18  22 18
Bảng đặc tính kỹ thuật quặng apatit (Công ty Apatit VN)
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 5
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Khoáng photphorit
• Là khoáng được tạo thành do quá trình trầm tích
của caxiphotphat từ nước biển.
[xCa10P6O24F2 + yCa10P5CO23F3{F2OH}] 
• Màu nâu hoặc nâu vàng.
• Ít hút ẩm, không kết dính nhưng độ phân tán kém.
Các dạng photphat thiên nhiên khác
Phân chim, Xương động vật
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 6
Sơ đồ sản xuất bột photphorit
1-Quạt; 2-Bunke; 3-Giá đỡ và môtơ; 4-Sấy thùng quay; 5-Gầu nâng; 6-
lò đốt; 7-Bunke; 8-Máy nghiền búa; 9-Gầu nâng; 10-Máy nghiền bi và 
sàng; 11-Lọc tay áo; 12-Lọc ly tâm
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 7
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
1.2. Axit sunfuric
Axit sunfuric được sản xuất từ:
- Lưu huỳnh
- Quặng pyrit
- Khí lò luyện kim
- Thạch cao (kết hợp với quá trình sản xuất ximăng)
- Tận dụng axit thải
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 8
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Khoảng 180 triệu tấn H2SO4 được sản xuất (sử dụng)/năm.
Bảng tỷ lệ % sử dụng axit H2SO4 trên thế giới năm 2003
(theo Kitto, 2004).
Sử dụng % tổng tiêu thụ
Sản xuất axit photphoric 48
Sản xuất phân super photphat đơn 8
Sản xuất phân amoni sunfat 7
Xúc tác làm sạch dầu khí 5
Chiết quặng đồng 4
Sản xuất chất màu Titan dioxit 3
Sản xuất giấy, bột giấy 2
Xúc tác metyl metacrylat 2
Chiết quặng tuyển niken 1
Khác 20
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 9
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
1.3. Axit photphoric
Axit photphoric được sản xuất từ apatit theo phương
pháp nhiệt và phương pháp ướt
Thành phần của axit photphoric được sản xuất 
theo phương pháp ướt:
22 – 48% P2O5 1,5 – 3% SO3
0,3 – 2%Fe2O3 0,5 – 1% Al2O3
 0,4% CaO 0,4 – 1,8% H2SiF6
 3% MgO
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 10
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Quặng photphatĐiện Than cốc SiO2 H2SO4 NH3 Kali
P H3PO4 ướt
Photpho
sunfua
Cl2S
Photpho
clorua
H3PO4
nhiệt
Tinh chế
H3PO4
Phân bón
-Dùng trực tiếp quặng
-SSP; TSP;
-MAP; DAP; NPK
Dẫn xuất P
-Hóa chất nông nghiệp
-Chống cháy
-Trung gian
-Phụ gia bôi trơn
-Dược phẩm
Sản phẩm H3PO4
-Cấp độ thực phẩm
-Cấp độ cola
-Cấp độ dược phẩm
-Bán cấp độ
-Pyrophotphoric
-Polyphotphoric
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 11
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
2. Đặc điểm của superphotphat đơn và kép
- Bản chất của quá trình sản xuất superphotphat
- Chất lượng của superphotphat được đánh giá qua
hàm lượng P2O5 tiêu hóa (hữu hiệu, hiệu quả).
- P2O5 tiêu hóa, P2O5 tự do, P2O5 tổng.
Photphat 
thiên nhiên
Superphotphat đơn: 16-22% P2O5
tiêu hóa
Superphotphat kép: 44-48% P2O5
tiêu hóa
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 12
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
II. SẢN XUẤT SUPERPHOTPHAT ĐƠN (SSP)
1. Nguyên liệu
H2SO4: 77 – 98% và quặng photphat: P2O5 ≥ 32%
2. Cơ sở hoá lý của quá trình sản xuất
Phản ứng tổng quát của quá trình phân hủy:
2Ca5(PO4)3F + 7H2SO4 + 6,5H2O  3Ca(H2PO4)2.H2O + 7CaSO4.0.5H2O + HF
Thực tế phản ứng trên xảy ra theo 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 5CaSO4 + 3H3PO4 + HF
Giai đoạn 2: Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 + 5H2O 5Ca(H2PO4)2.H2O + HF
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 13
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
2.1. Giai đoạn 1 – Các yếu tố ảnh hưởng
a. Lượng axit H2SO4 tiêu chuẩn (Norma axit) – N
N = 1,61 [P2O5], kg H2SO4 100% /100kg photphat
b. Nồng độ của axit H2SO4
Mức độ
phân hủy,
%
63% % H2SO4
Nồng độ ban đầu của axit còn
phụ thuộc vào phương pháp
sản xuất, nhiệt độ tiến hành,
độ ẩm của quặng 
Trộn (3-7phút) Hoá thành (0,5-4,0h) Ủ (2-6tuần)
Giai đoạn 1 (20-40 phút) Giai đoạn 2
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 14
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
c. Nhiệt độ ban đầu của H2SO4
Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 2,56H2O 3H3PO4 (4,27H2O) + 5CaSO4 + HF 23,3kcal
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:
H2SO4, % 64,0 65,5 67,0 68,5
Nhiệt độ,0C 65 - 70 60 - 70 55 – 65 50 - 60
theo phương pháp gián đoạn, nhiệt độ axit 40 – 500C
d. Mức độ trộn lẫn các cấu tử phản ứng (5-7m/s)
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 15
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
e. Kích thước hạt quặng photphat
90% < 100 mesh
f. Thời gian lưu trong thùng trộn
3 – 7 phút
g. Tạp chất trong quặng
- R2O3: (R2O3/P2O5).100% < 2 – 4%
- MgO: (MgO/P2O5).100% < 6%
- Khoáng CO3
2-: CO2 < 5 – 6%
- Khoáng silicat
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 16
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
2.2. Giai đoạn 2
• Bắt đầu xảy ra khi kết thúc giai đoạn 1
• Phân hủy 20-30% quặng còn lại.
Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 + 5H2O 5Ca(H2PO4)2.H2O + HF
• Tốc độ phản ứng chậm.
• Quá trình xảy ra trong thùng hóa thành (0,5 – 4,0
giờ) và trong kho ủ (2 – 6 tuần, phân huỷ khoảng
15% quặng còn lại).
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 17
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
2.3. Trung hoà SSP
a. Trung hòa bởi tác nhân rắn: Đá vôi, dolomit, bột
photphorit, bột xương, serpentin 
- CaCO3 + 2H3PO4 Ca(H2PO4)2.H2O + CO2
Ca(H2PO4)2 ⇌ CaHPO4 + H3PO4
- 2Ca(OH)2 + Ca(H2PO4)2 Ca3(PO4)2.H2O + 3H2O
- Ca(OH)2 + 2CaHPO4 Ca3(PO4)2.H2O + H2O
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 18
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Dựa vào phương trình phản ứng để xác định hệ số
tiêu hao hóa chất trung hòa tính trên 1 đơn vị P2O5 tự
do (P2O5 trong axit H3PO4) có trong ssp
Tác nhân trung 
hòa
Bột xương Đá vôi, 
đá phấn, vôi
cacbonat Dolomit, 
silicat magie
Tỷ lệ mol 3P2O5 : 7P2O5 CaO : P2O5 CO2 : P2O5 MgO : P2O5
Hệ số tiêu hao 
(kg / 1kgP2O5)
0,429 0,394 0,310 0,282
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 19
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
b. Trung hòa bởi tác nhân khí (amon hóa): là
phương pháp hiệu quả, nâng cao chất lượng của ssp
do tạo hợp chất chứa đạm (2-3% đạm)
- NH3 + H3PO4 NH4H2PO4 + 27 Kcal
0,24kgNH3 1kgP2O5
- 2NH3 + H3PO4 (NH4)2HPO4
0,48kgNH3 1kgP2O5
- (NH4)2HPO4 + CaSO4 (NH4)2SO4 + CaHPO4
3. Các phương pháp sản xuất SSP
3.1. Phương pháp gián đoạn
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 20
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Quặng photphat
Phễu chứa quặng
H2SO4
Cân axitCân quặng
Chảo trộn (2 phút)
Thùng hoá thành
Máy cắt
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 21
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
3.2. Phương pháp liên tục
Quặng 
photphat
Silo
chứa
quặng
Phễu chảy tràng
Gầu
nâng
Cân nạp liệu
Khí thải
Tháp rửa khí
Nước
Dung dịch axit flosilicic
Thiết bị phân huỷ
Băng tải lát (0,5-1,0h)
Kho
Khói thải
H2SO4
Nước
TB trộn
hình nón
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 22
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Ưu điểm của SSP
- Quá trình sản xuất đơn giản, vốn đầu tư thấp. Phù
hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ
- Có thể tận dụng axit H2SO4 thải
- Cung cấp các nguyên tố trung lượng trong phân:
Canxi và Lưu huỳnh
Nhược điểm của SSP
- Hàm lượng P2O5 thấp làm tăng chi phí đóng gói,
vận chuyển, lưu trữ, sử dụng.
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 23
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
III. SẢN XUẤT SUPERPHOTPHAT KÉP (TSP)
1. Nguyên liệu
H3PO4: 38 – 52% P2O5
Quặng photphat: 95 – 98% < 100 mesh
2. Cơ sở hoá lý của quá trình sản xuất
Phản ứng của quá trình phân hủy:
Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 + H2O = 3Ca(H2PO4)2.H2O + 172,58 Kcal
Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2.H2O + HF
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 24
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Lượng axit tiêu tốn
2 5 2 5
2 5 2 5


soá mol P O trong axit + soá mol P O trong quaëng
 = 0,95 1,0
soá mol CaO trong quaëng
hoaëc
khoái löôïng P O trong axit + khoái löôïng P O trong quaëng
 = 2,41 2,54
khoái löôïng CaO trong quaëng
a. Axit photphoric chứa 54% P2O5. Axit hoá với tỷ lệ mol P2O5 : CaO = 0,97
b. P2O5 hữu hiệu sẽ tăng lên do sự mất mác các chất dễ bay hơi trong quặng; P2O5 hữu hiệu sẽ giảm xuống
do P2O5 trong sản phẩm không tan trong citrat. Hai yếu tố này có thể bù trừ xấp xỉ cho nhau tuỳ thuộc
vào thành phần của quặng photphat và axit.
TABLE. EFFECT OF GRADE AND CaO:P2O5 RATIO OF ROCK ON PROPORTIONS OF ROCK AND PHOSPHORIC ACID ON GRADE OF TSP
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 25
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
3. Các phương pháp sản xuất TSP
3.1. Phương pháp ROP – TSP (Run-Of-Pile TSP)
Axit photphoric
Van từ
Cân cấp liệu
TB trộn hình nón
Quặng 
photphat
Băng tải đai
Thiết bị phân huỷ
Thùng 
quặng
Nước
Tháp rửa
Nước thải
Khí thải
Kho ủ 
Vít cấp liệu
5 – 10 phút
3 – 6 tuần
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 26
Quá trình tạo hạt ROP – TSP sau khi nghiền
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
TSP đã
nghiền
Sàng
Máy
nghiền
Phễu 
chảy 
tràng
Cân 
cấp 
liệu
Air
Fuel
Về kho
Quá cỡ
Máy 
nghiền
Tuần hoàn
Dryer
Steam
Water
Water
Tháp rửa khói
Khí thải
Nước 
thải
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 27
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
3.2. Phương pháp tạo hạt TSP trực tiếp
(quá trình tạo hạt TSP ex-Den)
25 – 45 phút
4-6%W
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 28
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
3.3. Phương pháp tạo hạt TSP trực tiếp từ bùn
H3PO4 (38-
40% P2O5)
TB phản ứng
(900C, khuấy, 30’)
Sàng 
đánh 
bóng
Về 
kho
Tỷ lệ tuần hoàn : sản phẩm = 10-12 : 1 (Blunger)
= 8 : 1 (Rotary drum)
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 29
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Ưu điểm của TSP
- Hàm lượng P2O5 cao nhất (44 – 48% P2O5)
- Một phần hàm lượng P2O5 được bắt nguồn trực
tiếp từ quặng phosphate, một nguồn chi phí tương
đối thấp.
- Cùng một lượng nhất định của axit photphoric, thì
tạo ra lượng P2O5 trong TSP cao hơn so với
ammonium phosphate.
- Quy trình đơn giản, vốn đầu tư nhỏ.
Chương 1 nvhoa102@yahoo.com 30
CHƯƠNG I: SẢN XUẤT PHÂN LÂN
Nhược điểm của TSP
- Tổng hàm lượng dinh dưỡng thấp hơn so với 
amoni phốt phát.
- Tính axit của nó có thể gây ra sự hư hỏng một số 
loại bao.
- Không thích hợp để trộn với urê vì những phản 
ứng gây ra sự suy thoái phân.