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1、料浆法重过磷酸钙养分的精确计算周金花（宜兴申利化工有限公司，江苏 宜兴 214257） 摘 要：通过对料浆法重过磷酸钙生产反应的理论分析，推导出重过磷酸钙养分的计算公式，并建立电子表格，快速计算不同酸矿比下的成品重过磷酸钙的理论养分；精确计算重过磷酸钙成品的养分避免产品不合格，同时又可节约原料成本。关键词：料浆法重过磷酸钙；养分；公式推导；快速计算 中图分类号：TQ127.2 文献标识码：B 文章编号：10091904(2011)0300 04料浆法重过磷酸钙养分估算一般为：成品总P2O5的质量分数w(P2O5)=m(磷酸)w(P2O5)酸m(矿粉)w(P2O5)矿/m(磷酸)m(矿粉)m(磷
2、酸)w(H2O) 酸 采用估算法推导的成品总P2O5含量，由于受所使用的磷酸杂质含量及矿粉（浆）杂质含量的影响，经常会与实际生产养分有很大的误差，而对于重过磷酸钙生产企业来说，产品实际养分低于设定值会造成产品的不合格，偏高太多又间接造成P2O5资源的浪费。从降低重过磷酸钙生产成本的角度来说，估算法显然满足不了生产的要求，所以整理一种准确计算重过磷酸钙成品养分的方法是十分必要的。1 料浆法重过磷酸钙成品养分的推算过程1.1 料浆法重过磷酸钙原料分析料浆法重过磷酸钙原料及其各组分分析数据见表1。浓缩磷酸中除纯H3PO4外还包括Mg（H2PO4）2H2O、FePO42H2O、AlPO42H2O、Ca
3、SO42H2O、H2SiF6、游离H2SO4、及微量Na2SiF6、K2SiF6等盐类化合物。对应分析项目为： MgO、Fe2O3、Al2O3、CaO、F、SO42、Na2O、K2O、SiO2等，由于Na2O、K2O含量较低，实际生产时Na2O和 K2O不列入分析范围。表1 重过磷酸钙原料分析数据原料名称组分质量分数/1密度/ gmL1P2O5MgOFe2O3Al2O3CaOSO42FCO2烧失量水分浓磷酸abcdFghI磷矿粉JKLMQRST 注：斜体字母表示分析结果数值。1.2 重过磷酸钙反应理论CaCO3+ H2SO4+ H2O = CaSO42H2O+CO2CaF2+ H2SO4+2H
4、2O= CaSO42H2O+2HFCa5(PO4)3F+7H3PO4+5H2O= 5Ca(H2PO4)2H2O+HFCaCO3+2H3PO4= Ca(H2PO4)2H2O+CO2MgCO3+2H3PO4= Mg(H2PO4)2H2O+CO2Fe2O3+2H3PO4+ H2O = 2FePO42H2OAl2O3+2H3PO4+ H2O = 2AlPO42H2O4HF+ SiO2 =SiF4+2H2O6HF+ H2SiO3= H2SiF6+3H2O2H2SiF6+H2SiO3=3SiF4+3H2OH2SiF6= SiF4+2HF磷矿粉分析项目烧失量是指CO2含量，所以以上所有碳酸盐参与的反应均可看
5、成两步反应，第一步，磷矿粉中CO2的脱除；第二步，磷矿粉脱除CO2后与酸反应，具体为：CaO+ H2SO4+ H2O = CaSO42H2O （1）CaF2+ H2SO4+2H2O= CaSO42H2O+2HF（2）Ca5(PO4) 3F+7H3PO4+5H2O = 5Ca(H2PO4)2H2O+ HF（3）CaO+2H3PO4 = Ca(H2PO4)2H2O （4）MgO+2H3PO4= Mg(H2PO4)2H2O （5）Fe2O3+2H3PO4+H2O=2FePO42H2O （6）Al2O3+2H3PO4+ H2O=2AlPO42H2O （7）4HF+ SiO2 = SiF4+2H2O （
6、8）理论上F逸出主要以SiF4的形式，以上所有产生HF均留在干基料浆中继续参加式（8）反应，所以以上反应后干基发生质量变化的有式（1）、（2）、（3）、（6）、（7）、（8）。1.3 理论酸矿比的确定1.3.1磷酸第一氢离子浓度的计算磷酸第一氢离子主要由H3PO4、H2SO4、H2SiF6提供，其中一个H3PO4分子提供一个氢离子、一个H2SO4分子提供二个氢离子、一个H2SiF6提供二个氢离子。1、H3PO4 提供H含量的计算：浓缩磷酸化验P2O5含量包括H3PO4所含P2O5及Mg（H2PO4）2H2O、FePO42H2O、AlPO42H2O三种杂质所含P2O5，推算H3PO4含量先要推算
7、出以上三种杂质消耗P2O5，计算及结果列于表2。表2 杂质消耗磷酸中P2O5的计算结果计算项目Mg(H2PO4)2H2OFePO42H2OAlPO42H2O杂质中P2O5质量分数60%38%44%杂质的相对分子质量236.3186.86158对应化验组分MgOFe2O3Al2O3对应化验组分的相对分子质量40.3159.7102杂质消耗的磷酸中P2O5质量分数(236.3/40.33)0.6 b=3.52b(2186.86/159.7)0.38 c=0.89c(2158/102)0.44 d=1.36d则由H3PO4提供P2O5的质量分数w(P2O5)酸=（a3.52b0.89c1.36d）由
8、H3PO4提供第一H的质量分数1= w(P2O5)酸/711 =（a3.52b0.89c1.36d）/712、H2SO4提供H含量的计算：SO42主要有两种存在形式，CaSO42H2O和H2SO4，CaSO42H2O对应化验组分是CaO（相对分子质量56）。CaO消耗SO42的质量分数w(SO42)石膏 =(f/56)96=96 f /56H2SO4消耗SO42的质量分数w(SO42)酸=g96 f /56H2SO4提供第一H的质量分数2 = w(SO42)酸/961=（g96 f /56）/963、由于成品存在3%4%游离酸，计算时H2SiF6提供H可看成为成品中的游离酸，所以不需列入计算。
9、4、浓缩磷酸第一氢离子质量分数=1+2。1.3.2 理论酸矿比计算1、 根据文献1，计算每100 g矿粉需要的磷酸质量m磷酸=(2Q/56.12K/40.32L/159.72M/102J/142)100/ =(0.036Q0.05K0.013L0.02M0.014J)100/2、理论酸矿比N理论N理论= m磷酸/ (100)表示每吨矿粉理论所需磷酸立方数(m3/t)或每克矿粉理论所需磷酸毫升数(mL/g)。3、根据理论酸矿比确定实际反应酸矿比 N实际。1.4 根据物料平衡计算反应物干基质量变化m1、计算基准（1）参加反应的磷矿粉质量为100 g；（2）参加反应的磷酸质量为100 N实；（3）磷
10、矿粉转化率。2、计算过程根据实际生产数据统计，在整个重钙生产中，参加反应的磷酸和磷矿中的F，只有矿中总F量的25%是通过气相回收出系统的，其余全部留在重钙成品中。100 g磷矿粉参加反应，反应产物干基质量相对于反应物的变化只有反应式（1）、（2）、（6）、（7）、（8）产生的质量变化及烧失量的脱出。矿粉中CaO有三种存在形式即Ca5 (PO4) 3 F、CaCO3、CaF2。纯的Ca5 (PO4) 3 F 中CaO、F、P2O5的质量比为280：19：213。（2）式CaF2中F的质量百分数为S19J/213，（2）式消耗的H2SO4质量为（S19J/213）96/(192)=2.526S0.
11、225J，并使质量增加m2=（S19J/213）18/19=0.947S0.0845J(1)式中H2SO4质量为参与反应的磷酸提供硫酸总质量减去（2）式消耗的H2SO4质量，即等于g96 f /56) N实（S19J/213）96/(192)，并使质量增加m1=（g960f /56）N实0.947S+0.0845J18/96=0.1875（g1.714f）N实0.1776 S+0.0158 J(3)式使质量增加m3=L(90/213)(6)式使质量增加M4=L(18/159.7)=0.1127 L(7)式使质量增加M5=M(18/102)=0.1765 M(8)式使质量增加M6=0.25S(1
12、04+218)/(194) =0.4605 Sm= m1+ m2+ m3+ m4+ m5 + m6 T1.5 未加中和剂的重过磷酸钙干基养分计算（1）参加反应的磷矿粉质量为100 g；（2）参加反应的磷酸质量(g)为100N实际；（3）参加反应的磷酸中水的质量(g)为N实际i。 （4）反应产物中P2O5的总质量为参与反应的总P2O5质量G总磷=N实际aJ（5）反应产物中总有效P2O5的质量G有效磷=N实际a J（6）未加中和剂的重过磷酸钙干基总质量G=100100 N实N实i m（7）未加中和剂的重过磷酸钙干基理论推算养分w(P2O5)总=( G总磷/ G)100%w(P2O5)有效=( G有
13、效磷/ G)100%2 重过磷酸钙成品养分的快速推算建立电子表格，输入以上推导公式，并参照复合肥的养分计算方法，建立加中和剂后的成品养分推算表格。重过磷酸钙成品养分的推算结果如表3表5所示。表3 重过磷酸钙原料酸矿分析数据（组分质量分数） 1原料名称P2O5MgOFe2O3Al2O3CaOSO42FCO2烧失量H2O密度/ gmL1浓磷酸abcdfghi403.40.10.3814.50.831.61.55磷矿粉JKLMQST31.23.40.380.58463.288.9注：表中数据为输入数据。表4 重过磷酸钙干基养分推算表（未加中和剂）数据项目推算公式计算结果实际酸矿比N实际/mLg输入数
14、据1.7矿粉转化率/1输入数据80%H3PO4提供第一H质量分数1 /1 (a3.52b0.89c1.36d)/710.39 H2SO4提供第一H质量分数2 /1 g/96f/560.03 磷酸中第一H质量分数/1 120.42100 g矿粉理论用酸量m磷酸/g100(0.036Q0.05K0.013L0.02M0.014J)/342.78 理论酸矿比N理论/mLgm磷酸/(100)2.21 m1/g0.1875（g1.714f）N实际0.1776S0.0158J1.29 m2/g0.947S0.0845J0.47 m3/g0.423 J13.19 m4/g 0.1127L0.03 m5/g
15、0.1765M0.08 m6/g 0.4605S1.51 反应物干基质量变化m/g m1m2m3m4m5m6T13.19反应用磷酸质量/g 100N实际263.50 磷酸中水的质量/gN实际i83.27 反应产物干基质量G /gN实际（100i）100m284.89 反应产物中总P2O5质量G总磷/g N实际aJ136.56 反应产物中有效P2O5质量G有效/g N实际aJ130.33 理论干基养分w(P2O5)总/1（G总磷/G）100%47.93%理论干基养分w(P2O5)有效/1（G有效/G）100%45.75%表5 加中和剂后重过磷酸钙养分计算结果 1石灰加入量3.50% 钙镁磷肥加入
16、量4.50% w(P2O5)总w(P2O5)有效w(H2O)w(P2O5)总w(P2O5)有效w(H2O)46.24%44.14%2%46.31%44.23%2%注：中和剂加入量为输入数据，钙镁磷肥中w(P2O5)有效12%。根据表格推导出的理论酸矿比结合实际生产设定实际操作的酸矿比，并根据实际操作经验确定中和剂的用量，输入实际操作的酸矿比和中和剂的用量，快速推算出设定酸矿比下的成品的养分，即总P2O5质量分数和有效P2O5质量分数。修正实际操作的酸矿比，直至推算养分接近订单设定养分。3 重过磷酸钙成品分析结果与推算结果的误差从2010年12月份开始利用以上表格指导生产至今，我公司已生产重过磷
17、酸钙近50 kt，根据对推算成品养分与实际生产养分统计比对，推算成品养分与实际生产养分误差为：总P2O5的推算结果与实际分析结果有正负偏差，误差在0.4%（质量分数）内。在用石灰作中和剂时，有效P2O5的推算结果比实际分析结果高，但没有超过0.4%（质量分数）；在用钙镁磷肥作中和剂时，有效P2O5的推算结果实际分析结果有正负偏差，误差在0.3%（质量分数）内。4 结论利用以上表格快速推算重过磷酸钙成品养分，在很大程度上减少了我们工艺计算人员的工作量，同时又能准确计算成品养分，减少成品的不合格，节约原材料成本。参考文献：1 江善襄等.磷酸、磷肥、复混肥料M.北京：化学工业出版社，1999：703.23作者简介：周金花（1975年-），女，江苏宜兴人，大专，工程师，1997年毕业于北京化工大学化学工程系，1997年2006年在江苏灵谷化工从事工艺技术工作，2006年至今担任宜兴申利化工复合肥事业部工艺主管。（收稿日期：20110317）