高品質飼料磷酸鈣鹽高效生產關鍵技術研發及產業化應用

云南磷化集團有限公司

圖1 動態梯級汽提脫氟裝置

磷是動物機體中極為重要的常量礦物元素。磷酸鈣鹽是唯一可同時補充磷、鈣的飼料添加劑，支撐著畜牧業與漁業的可持續發展，是人類營養與健康的重要保障。傳統飼料磷酸鈣鹽(DCP)生產工藝落后，除雜效率低、成本高，整體工程化水平差，產品磷含量低、水溶性極差、磷相對生物學效價（RBV）低。在云南省“三個一百”重點建設項目支持下，投資20.6億元，歷經11年源頭創新，攻克了高品質飼料磷酸鈣鹽高效生產的“卡脖子”問題，構建了飼料磷酸鈣鹽高效生產新技術體系，建成了全球最大單套高品質飼料磷酸鈣鹽裝置，主要創新點如下：

一是首創了濕法磷酸低成本高效脫除鋁、鎂技術。

篩選出強酸體系下4種元素絡合形成低溶度積的沉淀物，獨創了高選擇性沉淀脫除濕法磷酸中Al3+、Mg2+的藥劑，并開發了與之匹配的大顆粒易沉降循環串級穩態結晶反應器，系統構建高效深度精準定向除雜技術體系。本技術使晶體平均粒徑從10微米增大到36.6微米、Al3+脫除率達到97%、Mg2+脫除率達到71.8%，與傳統石灰沉淀法相比，磷收率從75%以下提高到99.3%，綜合成本降低43.40%，有效解決了Al3+、Mg2+難以低成本沉淀脫除的難題，為后段高效脫氟及鈣鹽反應提供技術保障。

二是原創了減壓濃縮耦合串級汽提高效深度脫氟技術。

基于濕法磷酸中氟以氫氟酸、氟金屬絡合物等形式存在，難以高效深度脫除，創新性開發了減壓濃縮耦合串級汽提脫氟技術，通過合理分配濃縮與汽提脫氟比例，達到低成本高效脫氟目標。減壓濃縮工藝降低濃縮絕對壓強并添加硅基助劑，使高沸點水溶的HF快速轉變為低沸點且不溶于水的SiF4迅速逸出；耦合串級汽提脫氟工藝通過動態分級快速打破氟金屬絡合鍵，解決了氟金屬絡合物解離的“卡脖子”難題，使飼料級脫氟磷酸產量從投產之日100噸/天提高到1000噸/天，建成了全球首套30萬噸P2O5高效濕法磷酸深度脫氟產業化裝置。

三是首創了高濃度料漿短流程生產飼料磷酸鈣鹽強化反應技術。

首次在文丘里反應器中引入攪拌功能，自主研發了新型文丘里反應器，實現了物料在反應器內的紊流混合，通過強化料漿預處理，結合反應槽元，使原料反應更加充分，形成了高效、低能耗、短流程的高品質飼料磷酸鈣鹽產業化技術。料漿固含量由50%提高至67%，完全反應時間由原來的3天降至30分鐘，游離磷酸含量由5%降至0.2%，生產工序由8段縮至6段，單噸產品綜合能耗由120千克標煤降至70千克。生產的高品質飼料磷酸鈣鹽產品水溶磷相比國標提高70%，氟降低33%，多種動物的全項飼養實驗驗證了以DCP為參照，綜合RBV提高至119.87%，糞便磷含量降低10%-26%，即0.67千克高品質飼料磷酸鈣鹽可替代1千克DCP，動物飼養成本下降20%以上。

產業化裝置建成并達標達產，2022年實現銷售58.02萬噸，國內市場占有率達72%，成為國內外最大的單套高品質飼料磷酸鈣鹽生產基地，引領行業發展，建成了科技部“國家磷資源開發利用工程技術研究中心”，建設國家級數字化、綠色工廠1 個，建成院士工作站1個，創建了云南省首批技術創新中心等省級平臺6個，培養“省科技領軍人才”1人、“云南省突出貢獻優秀專業技術人才”2人、“省技術創新人才”6人，晉升高級職稱26人，授權發明專利11件，實用新型11件，發表論文39篇。近兩年累計銷售110.69萬噸，銷售收入42.66億元，利潤9.82億元，累計銷售收入突破108億元。現已出口到26個國家，兩年累計創匯1.47億美元，出口額占國內飼料磷酸鈣鹽產品出口總額的40%以上。社會、生態、經濟效益均顯著，有力推動了云南省乃至全國飼料磷酸鈣鹽行業的科技進步和轉型升級。科研成果經第三方評價，總體達到國際領先水平。

圖2 磷酸凈化裝置