含聚合磷磷酸二銨產品生產技術

龍文恒，馬 航，薛河南，萬邦隆，杜建波，劉家琪

（云南云天化股份有限公司 研發中心，云南 昆明 650228）

當前，我國農業生產所施用的肥料磷源以磷銨產品為主，2021 年全國磷肥產量（以P2O5計）為1 684.4萬t［1］。磷肥施入土壤后，磷酸根容易與土壤中的Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+等發生化學反應，大部分施入土壤中的磷被固定積累在土壤中，從而導致磷肥當季利用率低，一般為15%～25%［2-3］。水溶性聚磷酸銨具有溶解度高、對金屬離子有螯合作用、緩釋長效等特點［4-5］，開發含聚合磷磷酸二銨（DAP）產品，將聚磷酸銨的螯合、緩釋功能與傳統DAP 產品有機結合，可以有效提高新產品的肥料利用效率，對實現化肥減量增效的產業政策要求具有重要意義。另外，通過技術創新降低產品的生產成本，有利于促進含聚合磷DAP 新產品的推廣應用。

1 農用聚磷酸銨生產方法分析

1.1 固體水溶性聚磷酸銨生產方法比較

常見的固體水溶性聚磷酸銨生產方法有以下幾種：（1）磷酸-尿素縮合法；（2）聚磷酸氨化法；（3）工業磷酸一銨-尿素聚合法；（4）磷酸脲-尿素聚合法［6-12］。上述幾種聚磷酸銨生產方法的優缺點見表1。

表1 固體水溶性聚磷酸銨生產方法優缺點比較

1.2 液體聚磷酸銨生產方法分析

常見的液體聚磷酸銨生產方法主要是磷酸氨化法。過磷酸中總P2O5質量分數為68%～70%，其中20%～30%的P2O5是聚磷酸。過磷酸在管式反應器中與氨反應，生成的熔融體進入混合槽中與水和循環液混合制得液體聚磷酸銨［13］。優點是能耗低，充分利用氨酸反應熱；缺點是對原料品質要求高，原料通常為濕法精制磷酸或熱法磷酸。

1.3 小結

綜上，固體水溶性聚磷酸銨、液體聚磷酸銨的生產工藝均對原料磷酸的品質要求較高，導致其生產成本較高，限制了聚磷酸銨類肥料產品在國內的推廣應用。

2 含聚合磷DAP產品開發

含聚合磷DAP 產品兼具速效、螯合、緩釋等功能特點。（1）速效功能，產品中含有大量的水溶性正磷酸鹽，可以被農作物直接吸收，能夠為農作物生長初期提供充足的磷、氮養分。（2）螯合功能，聚合態磷能夠螯合土壤中所含的鈣、鎂、鋅、鐵等離子，使土壤中的中微量元素更易被農作物所吸收［14］；形成的螯合物具有較好的水溶性，不易被固定，可提高磷在土壤中的遷移距離，從而促進磷元素的吸收利用［3］。（3）緩釋功能，聚合態磷在土壤微環境中逐步水解為農作物可以吸收的正磷酸鹽，緩慢釋放磷元素［15］，可以滿足中后期農作物對磷的需求。

云南云天化股份有限公司（以下簡稱公司）長期以來致力于肥料產品功能升級研究，多年來，在磷銨、復合肥及尿素等產品功能升級及新產品開發方面持續深耕。在農用聚磷酸銨的推廣應用方面，公司長期以來一直高度關注水溶性聚磷酸銨的肥效特性及功能特點，并積極開展了相關研究開發工作。

2.1 含聚合磷DAP產品探索性試驗

為了實現含聚合磷DAP 產品的規模化生產，公司開展了利用濕法磷酸生產含聚合磷DAP 技術探索性試驗研究，試驗總結如下。

2.1.1 試驗原料

濕法濃磷酸，w（總養分）64% DAP 生產用酸，質量指標見表2；氨源，氣氨、氨水（w（NH3）25%～28%）；聚合助劑。

表2 原料濕法濃磷酸質量指標 %

2.1.2 含聚磷酸銨物料制備

稱取適量濕法濃磷酸于燒杯中，預熱至100 ℃左右，開始通氨反應，物料達到一定的中和度后，溫度升至150 ℃左右，開始添加適量（磷酸質量的10%左右）聚合助劑，物料迅速發泡，加快攪拌轉速。待發泡平穩后，隨即停止加熱、通氨和攪拌，冷卻后得到含聚磷酸銨的磷銨樣品，其分析結果見表3。

表3 含聚磷酸銨磷銨樣品分析結果 %

2.1.3 含聚合磷DAP樣品制備

在實驗室，將上述試驗制得的含聚磷酸銨的磷銨物料與普通DAP產品（規格為15-41-0）按比例混合均勻后，進行粉碎、造粒。然后，經烘干、冷卻后得到含聚合磷DAP樣品，樣品分析結果見表4。

表4 含聚合磷DAP樣品分析結果 %

2.2 含聚合磷DAP產品農化試驗研究情況

為了驗證含聚合磷DAP 產品的功能特點，公司分別委托高校和全國農業技術推廣服務中心相關團隊開展了含聚合磷DAP 產品盆栽和田間小區農化試驗研究。試驗結果表明，相同條件下w（總養分）57%的含聚合磷DAP 產品的肥效超過了w（總養分）64%DAP產品。

（1）盆栽試驗：設立代表性農作物的盆栽肥料效應試驗，以施用64%DAP 優等品的處理為對照，施用聚合率5%～8%的含聚合磷DAP處理為試驗組。其中，施用聚合率5%～8%的含聚合磷DAP后，玉米植株長勢好，生物量大，主要表現在鮮質量、干質量、株高均顯著增大，與對照相比，鮮質量增加35.03%；大豆植株生長旺盛，植株高，植株質量明顯高于對照，鮮質量增加27.00%；白菜施肥后植株生長旺盛，生物量增大，鮮質量增加31.02%。

（2）田間小區試驗：通過開展玉米田間小區肥效對比試驗，對含聚合磷DAP 肥料產品的增產效果進行評價。試驗以施用64%DAP優等品的處理為對照，施用聚合率5%～8%的含聚合磷DAP處理為試驗組。其中，施用聚合率5%～8%的含聚合磷DAP處理產量最高，較對照組增產8.55%。

3 含聚合磷DAP產品工業化生產技術思路

結合探索試驗研究結果，可依托現有磷銨裝置，通過技改，以生產DAP產品用的濕法磷酸制得含聚磷酸銨的物料，再與生產DAP的料漿混合造粒制得含聚合磷DAP新產品。可采用“管反（管式反應器，下同）A（傳統DAP）+管反B（含聚磷酸銨物料）+造粒機”的工藝（見圖1）進行生產，含聚磷酸銨料漿與傳統磷銨料漿的投料質量比為1∶（2～3）。

圖1 含聚合磷DAP產品生產工藝流程

含聚磷酸銨物料生產部分：預制高溫磷銨料漿（溫度100～110 ℃）+管式反應器+聚合助劑制得含聚磷酸銨的磷銨產品。濃磷酸（清酸）加入中和槽，通入適量氣氨，控制料漿中和度0.30～0.60；通過加熱蒸汽控制料漿溫度在110 ℃左右。然后，用料漿泵將料漿輸送至造粒機管式反應器，通氨進行中和反應；同時，通過管式反應器上的縮合劑加入口加入聚合助劑，與中和料漿發生反應，聚合得到含聚磷酸銨的料漿。

傳統DAP 生產部分：磷酸先用來洗滌吸收反應系統逸出的氨氣，再用來制備磷銨料漿。其余操作按正常生產DAP產品的工藝指標進行控制。

含聚合磷DAP 生產部分：含聚磷酸銨物料料漿與生產傳統DAP 料漿同時噴灑在造粒機物料床層上進行造粒，制得含聚合磷DAP產品。

4 結語

筆者團隊結合公司磷銨裝置的特點和探索性試驗研究情況，提出了含聚合磷DAP 產品生產技術，依托現有磷銨裝置進行相應的技改后，即可生產含聚合磷DAP 產品。該技術技改難度小，可快速實現規模化生產。

但該生產技術尚屬于小試試驗研究階段的成果，技術的可靠性還須通過中試和試生產進一步驗證。建議擇機開展中試試驗研究，推進該技術的產業化應用。