Luận văn nghiên cứu các giải pháp khoa học và công nghệ nhằm nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm hóa chất

  • 56 trang
  • file .pdf
Bé c«ng th−¬ng
trung t©m th«ng tin khoa häc kü thuËt hãa chÊt
B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi cÊp bé
nghiªn cøu c¸c gi¶i ph¸p khoa häc
vµ c«ng nghÖ nh»m n©ng cao chÊt l−îng
vµ kh¶ n¨ng c¹nh tranh cña s¶n phÈm hãa chÊt
Chñ nhiÖm ®Ò tµi: ts . trÇn kim tiÕn
6774
04/4/2008
hµ néi - 2007
TỔNG CÔNG TY HÓA CHẤT VIỆT NAM
Trung tâm Thông tin Khoa học Kỹ thuật Hóa chất
---------------------------------------------------------
§Ò tµi cÊp bé
Nghiªn cøu x©y dùng c¸c gi¶i ph¸p Khoa häc vµ C«ng nghÖ
nh»m n©ng cao chÊt l−îng vµ kh¶ n¨ng c¹nh tranh
cña s¶n phÈm ho¸ chÊt
C¬ quan chñ qu¶n: Bé C«ng Th−¬ng
C¬ quan thùc hiÖn: Trung t©m Th«ng tin KHKT Hãa chÊt
Chñ nhiÖm §Ò tµi: TS. TrÇn Kim TiÕn
Hà Nội, 12/2007
Më ®Çu
Ph©n bãn hãa häc lµ s¶n phÈm kh«ng thÓ thiÕu ®èi víi s¶n xuÊt n«ng
nghiÖp. Cïng víi nh÷ng tiÕn bé vÒ khoa häc, c«ng nghÖ trong lÜnh vùc gièng,
ph©n bãn hãa häc ®· gióp cho n¨ng suÊt c¸c lo¹i c©y trång, bao gåm c¶ c¸c
lo¹i c©y ng¾n ngµy vµ c©y dµi ngµy, c©y l−¬ng thùc, c©y rau qu¶ vµ c©y c«ng
nghiÖp.. . kh«ng ngõng ®−îc t¨ng lªn.
S¶n l−îng c©y trång nãi chung vµ vµ c©y l−¬ng thùc nãi riªng trong thêi
gian qua chñ yÕu t¨ng nhê n¨ng suÊt t¨ng vµ trong t¨ng n¨ng suÊt th× th©m
canh (chñ yÕu th«ng qua sö dông ph©n bãn) gi÷ vai trß quyÕt ®Þnh. C¨n cø
tæng kÕt nghiªn cøu cña c¸c nhµ n«ng nghiÖp ViÖt Nam, trong h¬n 2 thËp kû
võa qua n¨ng suÊt c©y trång t¨ng chñ yÕu nhê sö dông ph©n bãn ho¸ häc. NÕu
−íc tÝnh c¶ ph©n h÷u c¬, hµng n¨m b×nh qu©n ph©n bãn ®· lµm béi thu kho¶ng
35 - 37%. Xu thÕ nµy còng ®óng víi hÇu hÕt c¸c n−íc ®ang ph¸t triÓn.
ë n−íc ta, ngay tõ sau khi hßa b×nh lËp l¹i ë miÒn B¾c, ChÝnh phñ ®·
quan t©m ®Õn viÖc ®Çu t− x©y dùng c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt ph©n bãn hãa häc,
bao gåm nhiÒu lo¹i nh− ph©n ®¹m, ph©n supe l©n, ph©n l©n nung ch¶y.. . phôc
vô cho s¶n xuÊt n«ng nghiÖp. MÆc dÇu ch−a b¶o ®¶m cung øng ®−îc ®Çy ®ñ
tÊt c¶ c¸c lo¹i ph©n hãa häc cho nhu cÇu cña s¶n xuÊt n«ng nghiÖp, song
ngµnh s¶n xuÊt ph©n hãa häc cña n−íc ta ®· cã nh÷ng ®ãng gãp quan träng
vµo viÖc ®¶m b¶o an ninh l−¬ng thùc quèc gia. HiÖn t¹i, bé s¶n phÈm ph©n
hãa häc do ViÖt Nam s¶n xuÊt ®· lªn tíi h¬n 550 lo¹i kh¸c nhau, phï hîp cho
tõng lo¹i c©y trång, víi nh÷ng ®iÒu kiÖn thæ nh−ìng kh¸c nhau vµ ®−îc n«ng
d©n ta rÊt −a chuéng.
Cung øng ph©n bãn ë n−íc ta trong nh÷ng n¨m võa qua t¨ng kh¸ nhanh.
N¨m 2000 tæng l−îng ph©n bãn cung øng lµ 6,547 triÖu tÊn, n¨m 2005 lµ
7,829 triÖu tÊn, trong ®ã ph©n l©n chÕ biÕn lµ gÇn 1,5 triÖu tÊn.
Cã thÓ nãi ë n−íc ta trong nhiÒu thËp kû qua, s¶n xuÊt ph©n bãn hãa häc
lµ mét trong nh÷ng ngµnh lu«n ®−îc −u tiªn ph¸t triÓn. Trong nh÷ng thËp kû
tíi, s¶n xuÊt n«ng nghiÖp cña ViÖt Nam vÉn ®ãng vai trß quan träng trong sù
æn ®Þnh vµ ph¸t triÓn kinh tÕ cña ®Êt n−íc th× s¶n xuÊt ph©n bãn hãa häc tiÕp
tôc ®−îc quan t©m ph¸t triÓn vµ sÏ gi÷ mét vÞ trÝ quan träng trong ngµnh c«ng
nghiÖp hãa chÊt n−íc nhµ.
3
Tuy vËy, so víi tr×nh ®é c«ng nghÖ, thiÕt bÞ cña thÕ giíi trong lÜnh vùc s¶n
xuÊt ph©n l©n chÕ biÕn, còng nh− ®¸p øng nhu cÇu ngµy cµng ®a d¹ng, vµ yªu
cÇu bãn ph©n cã khoa häc nh»m n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông ph©n bãn vµ b¶o
vÖ m«i tr−êng còng ®¸p øng tiÕn tr×nh héi nhËp thÕ giíi vµ khu vùc, ngµnh s¶n
xuÊt ph©n l©n chÕ biÕn n−íc ta ®ang ®øng tr−íc nh÷ng th¸ch thøc lín vÒ ®æi
míi vµ ¸p dông c¸c c«ng nghÖ, thiÕt bÞ hiÖn ®¹i nh»m n©ng cao chÊt l−îng vµ
tÝnh c¹nh tranh cña s¶n phÈm. §Çu t− chiÒu s©u vµ ®æi míi c«ng nghÖ, n©ng
cao n¨ng lùc s¶n xuÊt, ®a d¹ng ho¸ s¶n phÈm trong lÜnh vùc s¶n xuÊt ph©n bãn
nãi vhung, ph©n l©n chÕ biÕn nãi riªng lµ nh÷ng biÖn ph¸p quan träng kÞp thêi
®Ó ®Èy nhanh n¨ng lùc s¶n xuÊt ph©n bãn phôc vô ph¸t triÓn n«ng nghiÖp, ®Æc
biÖt trong giai ®o¹n ph¸t triÓn hiÖn nay.
Môc tiªu cña ®Ò tµi nµy lµ : Trªn c¬ së ®¸nh gi¸ ®−îc thùc tr¹ng s¶n xuÊt,
kinh doanh vµ c«ng nghÖ s¶n xuÊt ph©n l©n chÕ biÕn ®Ò xuÊt c¸c ph−¬ng
h−íng ph¸t triÓn c«ng nghÖ nh»m n©ng cao chÊt l−îng vµ tÝnh c¹nh tranh cña
s¶n phÈm ®¸p øng ngµy cµng tèt h¬n nhu cÇu cña s¶n xuÊt n«ng nghiÖp
§Ò tµi nghiªn cøu tËp trung vµo hai s¶n phÈm chñ yÕu cña ph©n l©n chÕ
biÕn ®−îc s¶n xuÊt vµ tiªu thô réng r·i ë n−íc ta lµ ph©n l©n nung ch¶y vµ
ph©n supe phèt ph¸t ®¬n.
Néi dung cña ®Ò tµi nµy ®−îc tËp trung mét sè vÊn ®Ò chñ yÕu sau ®©y:
- Tæng quan vÒ c«ng nghÖ s¶n xuÊt ph©n l©n chÕ biÕn trªn thÕ giíi.
- §¸nh gi¸ thùc tr¹ng t×nh h×nh s¶n xuÊt kinh doanh vµ kü thuËt c«ng
nghÖ s¶n xuÊt ph©n l©n chÕ biÕn t¹i ViÖt Nam.
- Dù b¸o nhu cÇu vµ ®Ò xuÊt ph−¬ng h−íng ph¸t triÓn c«ng nghÖ nh»m
n©ng cao chÊt l−îng vµ tÝnh c¹nh tranh cña c¸c s¶n phÈm ph©n l©n chÕ biÕn.
§Ó thùc hiÖn c¸c néi dung ®· ®Ò ra nhãm nghiªn cøu ®· tiÕn hµnh tæng
quan c¸c tµi liÖu cña HiÖp héi ph©n bãn thÕ giíi vÒ c¸c c«ng nghÖ kü thuËt
thÞnh hµnh, tiªn tiÕn hiÖn nay ®−îc ¸p dông trong lÜnh vùc s¶n xuÊt ph©n l©n
chÕ biÕn, tiÕn hµnh kh¶o s¸t vÒ thùc tr¹ng c«ng nghÖ vµ ®Ò xuÊt cña c¸c doanh
nghiÖp s¶n xuÊt ph©n bãn lín trong n−íc, tæ chøc trao ®æi lÊy ý kiÕn c¸c
chuyªn gia trong ngµnh, trªn c¬ së ®ã tæng kÕt, x©y dùng theo c¸c môc tiªu,
néi dung ®· ®Ò ra.
4
PhÇn mét
Tæng quan vÒ c«ng nghÖ s¶n xuÊt ph©n l©n chÕ biÕn
(supeph«tphat vµ ph©n l©n nung ch¶y) trªn thÕ giíi
Tr−íc khi kh¶o s¸t vÒ lÜnh vùc chÕ biÕn vµ s¶n xuÊt ph©n l©n trªn thÕ giíi
chóng t«i giíi thiÖu s¬ l−îc vÒ nguån nguyªn liÖu cho ngµnh c«ng nghiÖp nµy.
I.1. T×nh h×nh khai th¸c vµ sö dông quÆng ph«tphat trªn thÕ giíi
QuÆng ph«tphat lµ nguån ph«tpho kinh tÕ ®Ó s¶n xuÊt ph©n l©n vµ muèi
ph«tphat. Nh÷ng má ®−îc ph¸t hiÖn ®Çu tiªn ë nam Carolina (Mü) vµo n¨m
1837. ë Algiªri vµ Tuynidi ph¸t hiÖn n¨m 1873. TrÇm tÝch ph«tphat guano ë
quÇn ®¶o Th¸i B×nh D−¬ng t×m thÊy n¨m 1890. Má apatit Lµo Cai ViÖt Nam
®−îc ph¸t hiÖn vµo n¨m 1924. Má apatit K«la (Nga) ®−îc th¨m dß t×m kiÕm
n¨m 1930 [1].
Theo thèng kª tr÷ l−îng quÆng ph«tphat trªn thÕ giíi hiÖn vµo kho¶ng
63,1 tû tÊn P2O5, ®ñ dïng trong 450-500 n¨m. Trong ®ã chØ kho¶ng 20% lµ
quÆng giÇu, cßn quÆng nghÌo chiÕm tíi 80% tæng tr÷ l−îng [2].
VÒ ph©n lo¹i theo cÊu t¹o cña quÆng th× cã tíi 91,6% (57,8 tû tÊn P2O5)
lµ quÆng ph«tphorit, cßn quÆng apatit chØ chiÕm 8,4% (5,3 tû tÊn P2O5)
Nh÷ng khu vùc cã tr÷ l−îng quÆng ph«tphat lín trªn thÕ giíi lµ (triÖu
tÊn P2O5):
Mü : 5.000 Tuynidi: 2.000
SNG: 3.000 C¸c n−íc kh¸c thuéc Ch©u Phi: 7.000
Marèc: 38.000 Ch©u ¸: 2.300
Sahara: 3.700 Ch©u óc: 2.000
Trung Quèc hiÖn cã tr÷ l−îng 1 tû tÊn quÆng ph«tphat (tÝnh theo P2O5)
®øng thø 12 trªn thÕ giíi. Tr÷ l−îng dù b¸o lo¹i quÆng lÉn t¹p chÊt cña Trung
Quèc tíi 10 tû tÊn, xÕp vµo hµng thø hai chØ sau Marèc vµ t©y Sahara. QuÆng
ph«tphat cña Trung Quèc chñ yÕu ë d¹ng trÇm tÝch, tËp trung ë V©n Nam,
Quý Ch©u, Vò H¸n, Hµ B¾c vµ Tø Xuyªn. [3].
5
Trong nhiÒu n¨m qua Trung Quèc hoµn toµn c©n ®èi ®ñ quÆng ph«tphat
vµ ®Õn nay ®· trë thµnh n−íc xuÊt khÈu quan träng, ®øng thø 4 trªn thÕ giíi
sau Marèc, Gioo®ani , Nga vµ ®øng trªn Tuynidi.
ë ViÖt Nam tr÷ l−îng c¸c lo¹i quÆng apatit cña khu má Lµo Cai ®−îc
®¸nh gi¸ nh− sau (b¶ng 1) [4].
B¶ng 1: Tæng hîp tr÷ l−îng c¸c lo¹i quÆng apatit
trong khu má Lµo Cai §¬n vÞ tÝnh : TriÖu tÊn
QuÆng QuÆng QuÆng QuÆng
Vïng th¨m dß Céng
lo¹i I lo¹i II lo¹i III lo¹i IV
1. Tr÷ l−îng th¨m dß:
- Ph©n vïng B¸t X¸t - 35,03 235,84 233,57 290,84 790,28
Ngßi Bo
2. Tr÷ l−îng t×m kiÕm:
- Ph©n vïng Ngßi Bo - 5,33 20,26 24,85 67,62 118,06
B¶o Hµ
3. Tr÷ l−îng dù b¸o:
- ChiÒu s©u 900m, ph©n 5,00 567,0 16,0 1.077,0 1.665,0
vïng B¸t X¸t - Ngßi Bo
Céng 45,36 823,1 247,42 1.435,46 2.573,34
Hµm l−îng P2O5 trung 34,66 22,04 15,08 11,04
b×nh (%)
Ngoµi quÆng apatit cña khu má Lµo Cai cßn cã quÆng ph«tphorit thÊm
®äng Kast¬ ph©n bè ë nhiÒu n¬i nh− L¹ng S¬n, Cao B»ng, Thanh Ho¸, Hoµ
B×nh, Qu¶ng Ninh, Hµ Tiªn... tuy tr÷ l−îng kh«ng lín nh−ng còng gãp phÇn
cho sù ph¸t triÓn c«ng n«ng nghiÖp cña ®Þa ph−¬ng.
Lo¹i ph«tphorit Guan« lµ s¶n phÈm thÊm ®äng cña ph©n chim ë c¸c ®¶o
Hoµng Sa, Tr−êng Sa, hµm l−îng P2O5 ®¹t kho¶ng 12-35%. Theo ®¸nh gi¸ ®Þa
chÊt, tr÷ l−îng cña quÆng nµy t¹i c¸c ®¶o kho¶ng 4,7 triÖu tÊn.
Hai lo¹i ph«tphorit thÊm ®äng Kast¬ vµ ph«tphorit Guan« lµ nh÷ng lo¹i
quÆng ph«tphat c©y trång dÔ hÊp thô, cã thÓ nghiÒn thµnh bét ®Ó bãn trùc tiÕp
cho c©y trång phôc vô n«ng nghiÖp ®Þa ph−¬ng.
6
Trong ba lo¹i h×nh quÆng ph«tphat cña ViÖt Nam chØ cã thµnh hÖ apatit
®«lomit t¹i Lµo Cai lµ cã gi¸ trÞ c«ng nghiÖp, lµ c¬ së nguyªn liÖu chñ yÕu ®Ó
s¶n xuÊt ph©n bãn ë n−íc ta.
VÒ khai th¸c quÆng ph«tphat
QuÆng ph«tphat ®−îc khai th¸c ®Çu tiªn víi l−¬ng t−¬ng ®èi nhá vµo
gi÷a nh÷ng n¨m 1840 ë Anh, Ph¸p, T©y Ban Nha vµ ë Na Uy, §øc vµo n¨m
1860. Sau ®ã ®−îc khai th¸c vµ s¶n xuÊt th−¬ng m¹i [1].
N¨m 2001 s¶n xuÊt vµ tiªu thô quÆng ph«tphat trªn thÕ giíi ®¹t kho¶ng
127,7 triÖu tÊn, hµm l−îng P2O5 trung b×nh lµ 31,4% [5].
Tõ n¨m 2002 s¶n xuÊt quÆng ph«tphat trªn thÕ giíi b¾t ®Çu thêi kú ph¸t
triÓn l©u dµi víi møc t¨ng tr−ëng trung b×nh hµng n¨m 3,2% cho ®Õn n¨m
2007. Møc tiªu thô quÆng ph«tphat thÕ giíi sÏ t¨ng ®Õn kho¶ng 47,5 triÖu tÊn
P2O5 vµo n¨m 2007, t¨ng 20% so víi n¨m 2001.
VÒ s¶n xuÊt quÆng ph«tphat, Ch©u Phi lµ n¬i s¶n xuÊt lín nhÊt, chiÕm
kho¶ng 30% s¶n l−îng thÕ giíi. Mü vµ c¸c n−íc Ch©u ¸ cã tæng s¶n l−îng
kho¶ng 40%. Liªn X« (cò) vµ Trung §«ng còng lµ nh÷ng nhµ s¶n xuÊt lín.
VÒ tiªu thô quÆng ph«tphat. Mü tiªu thô kho¶ng 26% s¶n l−îng quÆng
ph«tphat thÕ giíi. Ch©u Phi vµ c¸c n−íc Ch©u ¸ tiªu thô kho¶ng 31% [5].
I.2. T×nh h×nh chÕ biÕn quÆng ph«tphat
ë nh÷ng n−íc khai th¸c vµ s¶n xuÊt nhiÒu quÆng ph«tphat th× phÇn lín
s¶n l−îng quÆng ®−îc dïng ®Ó s¶n xuÊt ph©n bãn, l−îng nµy chiÕm tíi 85 -
100% s¶n l−îng [2]. ChØ cßn mét phÇn nhá l−îng quÆng ph«tphat dïng ®Ó s¶n
xuÊt c¸c s¶n phÈm kü thuËt nh− ph«tphat dïng cho ch¨n nu«i gia sóc, c¸c lo¹i
muèi ph«tphat kü thuËt, axit ph«tphoric s¹ch, ph«tpho nguyªn tè (b¶ng 2).
B¶ng 2. Tû lÖ khèi l−îng quÆng ph«tphat dïng s¶n xuÊt
Sè Tû lÖ quÆng dïng ®Ó s¶n xuÊt, %
Tªn n−íc S¶n phÈm chñ yÕu
TT Ph©n bãn S¶n phÈm kü thuËt
1 Nga DAP, MAP, NP, NPK, ph«tphat 92 8
ch¨n nu«i vµ kü thuËt H3PO4
s¹ch
2 Ma-rèc DAP, MAP, TSP, ph«tphat kü > 99 <1
7
thuËt
3 Gioocdani DAP 100 -
4 Tuynidi DAP, TSP 100 -
5 Canada MAP 100 -
6 PhÇn Lan NP, NPK, ph«tphat ch¨n nu«i, 83 17
H3PO4 s¹ch
7 Trung Quèc DAP, MAP, NP, NPK, ph©n l©n 98 2
®¬n, ph«tphat ch¨n nu«i vµ kü
thuËt, H3PO4 s¹ch, ph«tpho
vµng
8 Mü DAP, MAP, NP, NPK, ph«tphat 85 15
ch¨n nu«i vµ kü thuËt, axit
H3PO4 s¹ch
Trong khi ®ã ë c¸c n−íc ph¶i nhËp khÈu quÆng ph«tphat l¹i t¨ng tû lÖ
quÆng dïng s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm ph«tphat kü thuËt. §Æc biÖt lµ ë BØ, tû lÖ
quÆng dïng ®Ó s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm kü thuËt chiÕm tíi 86%, cßn l−îng
quÆng ph«tphat dïng s¶n xuÊt ph©n bãn chØ chiÕm 14% (b¶ng 3).
ë n−íc ta, hiÖn nay quÆng apatit chñ yÕu ®−îc dïng ®Ó s¶n xuÊt
supeph«tphat (chiÕm 62%) vµ ph©n l©n nung ch¶y ( 31%), cßn quÆng ®Ó s¶n
xuÊt ph«tpho vµng chØ chiÕm 7%.
B¶ng 3: TØ lÖ sö dông quÆng ph«tphat ë c¸c n−íc nhËp khÈu quÆng.
Tû lÖ quÆng dïng ®Ó s¶n xuÊt, %

Tªn n−íc S¶n phÈm chñ yÕu
TT
Ph©n bãn S¶n phÈm kü thuËt
1 BØ NP, NPK, ph«tphat ch¨n nu«i 14 86
vµ kü thuËt, H3PO4 s¹ch
2 Na-uy NP, NPK 100 -
3 Hµ Lan NP, NPK, ph«tphat ch¨n nu«i 66 34
vµ kü thuËt, H3PO4 s¹ch,
ph«tpho vµng
4 §øc NP, NPK, ph«tphat kü thuËt 70 30
8
I.3. S¶n xuÊt supeph«tphat ®¬n.
I.3.1. S¶n xuÊt supeph«tphat ®¬n trªn thÕ giíi.
Nh− ®· biÕt supeph«tphat ®¬n (single superphosphate, viÕt t¾t lµ SSP)
®−îc ®iÒu chÕ b»ng c¸ch ph©n gi¶i quÆng ph«tphat bëi mét l−îng axit
sunphuric kh«ng ®ñ ®Ó liªn kÕt toµn bé l−îng canxi cã trong quÆng thµnh
canxi sunphat.
Supeph«tphat gåm 2 pha: pha r¾n chøa c¸c ph«tphat canxi, magiª, s¾t,
nh«m vµ canxi sunphat chñ yÕu ë d¹ng CaSO4. L−îng pha r¾n chiÕm ®Õn 65 -
72% trong ®ã 50-55% lµ canxi sunphat. Pha láng chñ yÕu gåm dung dÞch axit
ph«tphoric b·o hoµ m«n«canxiph«tphat. ChÊt l−îng cña supeph«tphat ®−îc
®¸nh gi¸ bëi hµm l−îng P2O5 h÷u hiÖu gåm c¸c d¹ng hîp chÊt hoµ tan trong
n−íc nh− H3PO4, Ca(H2PO4), Mg(H2PO4) vµ c¸c d¹ng hoµ tan trong xitrat nh−
CaHPO4, MgHPO4, ph«tphat s¾t vµ nh«m.
NhiÒu t¸c gi¶ [6] cßn cho r»ng supeph«tphat chøa l−îng ®¸ng kÓ l−u
huúnh (10 - 12%) cÇn thiÕt cho c©y trång. Nh− ®· biÕt trong dinh d−ìng thùc
vËt l−u huúnh cã tíi 8 chøc n¨ng nh−: tæng hîp axit amin chøa S, cÊu t¹o
clorophil, ho¹t ho¸ protein, tæng hîp vitamin, t¹o glucozit (thµnh phÇn chñ yÕu
cña c¸c lo¹i dÇu thùc vËt) t¹o mïi cho dÇu, t¨ng kh¶ n¨ng chÞu l¹nh, chÞu h¹n
cho c©y trång. V× vËy theo luËt ph©n bãn cña Mü tÊt c¶ c¸c lo¹i ph©n bãn ph¶i
ghi hµm l−îng S trªn bao b× s¶n phÈm. Ngoµi ra, canxi sunphat trong
supeph«tphat cßn cã t¸c dông c¶i thiÖn tÝnh chÊt c¬ lý cña nh÷ng vïng ®Êt c¸t
ven biÓn, ®Êt c¸t nöa kh« c»n cã ®é thÊm n−íc cao.
Tõ tr−íc n¨m 1800 ®Õn 1842 ë Ch©u ¢u ng−êi ta ®· axit ho¸ x−¬ng,
th−êng dïng axit sunphuric ®Ó c¶i thiÖn tÝnh chÊt hoµ tan cña ph«tpho. N¨m
1842 Lawes ë Rothamsted ®· ®−îc c«ng nhËn s¸ng chÕ vÒ s¶n xuÊt
supeph«tphat. N¨m 1853 cã 14 nhµ m¸y s¶n xuÊt supeph«tphat ë Anh. S¶n
xuÊt supeph«tphat ®· ®−îc chÊp nhËn vµo cuèi nh÷ng n¨m 1840 vµ nh÷ng
n¨m 1850 ë Mü vµ mét sè n−íc kh¸c [1].
Sau h¬n 100 n¨m supeph«tphat lµ lo¹i ph©n dÉn ®Çu thÕ giíi. Chóng
chiÕm −u thÕ ë Mü tõ nh÷ng n¨m 1870 ®Õn 1964 vµ ®Ønh cao vµo n¨m 1952.
Sau ®ã chóng bÞ thay thÕ bëi supeph«tphat ba (triple superphosphate, viÕt t¾t lµ
TSP) hay cßn gäi lµ supeph«tphat kÐp trong thêi gian ng¾n gi÷a nh÷ng n¨m
9
1964 - 1967. §Õn n¨m 1994 tiªu thô supeph«tphat gi¶m chØ chiÕm 4,8% trong
tæng sè 4,5 triÖu tÊn P2O5 dïng cho c©y trång ë Mü.
HiÖn kh«ng cã sè liÖu thèng kª vÒ s¶n l−îng c¸c lo¹i ph©n supeph«tphat
®¬n ë c¸c n−íc trªn thÕ giíi. Nh−ng theo mét sè tµi liÖu ®· ®−îc c«ng bè th×
hiÖn nay c¸c n−íc cßn s¶n xuÊt nhiÒu lo¹i ph©n nµy lµ Trung Quèc, ViÖt Nam,
Nga, Kazactan, Ud¬bekistan, Azecbaidan, Niu DiL©n...
ë Trung Quèc s¶n l−îng supeph«tphat biÕn ®éng kh«ng ®¸ng kÓ trong
thêi gian dµi (b¶ng 4). Supeph«tphat ®¬n chiÕm 56,7% trong toµn bé l−îng
P2O5 chÕ biÕn [7].
B¶ng 4: S¶n l−îng supeph«tphat ë Trung Quèc, triÖu tÊn P2O5
Lo¹i ph©n 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Supeph«tphat ®¬n 3,914 3,849 4,182 4,263 3,604 3,672
Supeph«tphat kÐp 0,100 0,119 0,138 0,189 0,261 0,185
Cßn ë In®onªsia còng lµ n−íc s¶n xuÊt nhiÒu lóa g¹o nh−ng s¶n l−îng
supeph«tphat gi¶m dÇn qua c¸c n¨m, trong khi s¶n xuÊt urª l¹i t¨ng (b¶ng 5) [8].
B¶ng 5: T×nh h×nh s¶n xuÊt supeph«tphat ®¬n ë In®onesia, ngµn tÊn
S¶n l−îng 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
C«ng suÊt 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200
S¶n l−îng 867 986 789 650 849 511 488
Supeph«tphat kÐp ®−îc s¶n xuÊt ë In®«nªsia tõ n¨m 1980, nh−ng tõ
n¨m 1994 nh−êng cho supeph«tphat ®¬n ®Ó tr¸nh sö dông qu¸ møc, g©y t¸c
®éng ®Õn chÊt l−îng ®Êt.
I.3.2. Ph¶n øng ho¸ häc chÝnh trong s¶n xuÊt supe l©n
Ph¶n øng ho¸ häc chñ yÕu x¶y ra khi trén quÆng phèt ph¸t ®· nghiÒn mÞn
víi axit sunphuric trong s¶n xuÊt supe l©n cã thÓ ®¹i diÖn b»ng ph−¬ng tr×nh
s¶n xuÊt sau:
10
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 + H2O Ca(H2PO4)2.H2O + 2CaSO4 + 108,44 kcal
Ph¶n øng diÔn ra víi 2 giai ®o¹n: (1) Axit sunphuric ph¶n øng víi mét
phÇn quÆng t¹o thµnh axit ph«tphoric vµ sunfat canxi vµ (2) axit phètphoric ®·
t¹o thµnh ë giai ®o¹n mét phÈn øng víi quÆng phèt ph¸t t¹o thµnh m«n« canxi
phètph¸t. Hai ph¶n øng x¶y ra ®ång thêi, nh−ng ph¶n øng thø nhÊt hoµn thµnh
nhanh chãng trong khi ph¶n øng thø hai tiÕp diÕn trong vµi ngµy hoÆc vµi
tuÇn. Sunph¸t canxi chñ yÕu ë d−íi d¹ng khan. §a sè quÆng phètph¸t lµ quÆng
flo apatit vµ flo ph¶n øng víi axit sunphuric t¹o thµnh HF. Sau ®ã HF sÏ ph¶n
øng víi silic cã trong ®a sè c¸c lo¹i quÆng phètph¸t, mét phÇn sÏ bay h¬i ë
d¹ng SiF4. PhÇn cßn l¹i cã thÓ t¹o thµnh c¸c flosilicate hoÆc c¸c hîp chÊt kh¸c
n»m l¹i trong supe l©n. Th−êng kho¶ng 25% flo hoÆc h¬n tho¸t ra d−íi d¹ng
khÝ vµ ph¶i ®−îc thu håi nh»m tr¸nh « nhiÔm m«i tr−êng. Trong mét sè tr−êng
hîp ®−îc thu håi d−íi d¹ng c¸c muèi cña flo ®Ó b¸n, nh−ng th−êng chñ yÕu lµ
sö dông thiÕt bÞ röa ®Ó tËp trung dung dÞch vµo bÓ vµ trung hoµ b»ng v«i hoÆc
®¸ v«i råi th¶i bá.
§Ó c¶i thiÖn tÝnh chÊt ho¸ lý cña s¶n phÈm supe l©n thu ®−îc sau thïng
ph¶n øng (thïng ho¸ thµnh)ng−êi ta cã mét sè c¸ch sö lý kh¸c nhau. T¹i
Kotka (PhÇn Lan) ng−êi ta trén vµo supe l©n t−¬i mét l−îng nhÊt ®Þnh quÆng
apatit mÞn trong qu¸ tr×nh ñ ®· gãp phÇn lµm gi¶m axit tù do trong s¶n phÈm.
HiÖu qu¶ cña supe l©n Kotka nh×n chung b»ng l−îng t−¬ng øng supe l©n céng
quÆng phèt ph¸t bæ sung ®−îc ph©n huû riªng rÏ.
I.3.3. Ph−¬ng ph¸p s¶n xuÊt
S¶n xuÊt supe l©n bao gåm 3 (hoÆc 4) c«ng ®o¹n sau ®©y :
1. QuÆng phètph¸t ®· nghiÒn mÞn (90% < 100 mesh) ®−îc trén víi
axit sunphuric. Víi lo¹i quÆng cã hµm l−îng 34% P2O5 th× ®Þnh møc tiªu
hao kho¶ng 0,58 kg axit sunphuric (100%)/1 kg quÆng. Axit sunphuric
th−¬ng m¹i cã nång ®é tõ 77% ®Õn 98%. Axit th−êng ®−îc pha lo·ng ®Õn
nång ®é 68% - 75% H2SO4 tr−íc khi ®−îc trén víi quÆng hoÆc khi sö
dông thiÕt bÞ trén h×nh c«n, n−íc sÏ bæ sung thªm vµo. Khi pha lo·ng axit
®Æc sÏ to¶ ra nhiÒu nhiÖt. NhiÒu nhµ m¸y tiÕn hµnh lµm nguéi axit trong
c¸c thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt ®Õn kho¶ng 70oC tr−íc khi sö dông.
2. Bïn tõ thïng trén ®i vµo phßng ho¸ thµnh, t¹i ®©y bïn ho¸ r¾n do
tiÕp tôc ph¶n øng vµ qu¸ tr×nh kÕt tinh mono canxi phètph¸t. Supe phèt
11
ph¸t ®i ra khái phßng ho¸ thµnh sau kho¶ng 0,5 – 4 giê víi nhiÖt ®é vµo
kho¶ng 100oC.
3. Supe l©n t−¬i ra khái phßng ho¸ thµnh vµ ®−îc b¨ng t¶i ®−a vµo
kho chÊt ®èng ®Ó ñ, th−êng th× thêi gian lµ 2-6 tuÇn phô thuéc vµo b¶n chÊt
quÆng, tû lÖ phèi trén vµ c¸c ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt. Trong qu¸ tr×nh ñ, ph¶n
øng dÇn hoµn thµnh. Axit tù do, Èm vµ l−îng quÆng ch−a ph©n huû gi¶m vµ
hµm l−îng P2O5 h÷u hiÖu, tan trong n−íc t¨ng. Khèi supe l©n ®ãng r¾n vµ
nguéi dÇn. Sau thêi gian ñ, s¶n phÈm tï kho ®−îc ®−a vµo m¸y nghiÒn vµ
sµng trªn m¸y sµng nghiªng víi kÝch cì kho¶ng 6 mesh.
4. Trong tr−êng hîp cÇn t¹o h¹t, supe l©n cã thÓ ®−îc t¹o h¹t tr−íc
hoÆc sau khi ñ. T¹o h¹t tr−íc khi ñ cã −u ®iÓm h¬n do cÇn Ýt h¬n n−íc hoÆc
h¬i. Sau t¹o h¹t s¶n phÈm ®−îc sÊy trong thiÕt bÞ sÊy trùc tiÕp vµ sµng.
Trong nhiÒu n¨m supe l©n chØ ®−îc s¶n xuÊt b»ng ph−¬ng ph¸p gi¸n
®o¹n, tuy nhiªn ®a sè c¸c nhµ m¸y hiÖn nay ®Òu ®iÒu chÕ theo ph−¬ng ph¸p
trén vµ ho¸ thµnh liªn tôc.
12
13
I.3.4. §Æc tÝnh s¶n phÈm:
Tiªu chuÈn cña C«ng ®ång chung Ch©u ¢u 76/116/EEC qui ®Þnh Supe
phèt ph¸t ®¬n ph¶i cã hµm l−îng P2O5hh (tan trong dung dÞch citrate am«n) Ýt
nhÊt lµ 16% trong ®ã Ýt nhÊt 93% tan trong n−íc. Supe l©n cã thÓ ë d¹ng bét
®Ó lµm nguyªn liÖu s¶n xuÊt c¸c lo¹i ph©n NPK, bãn trùc tiÕp hoÆc ë d¹ng h¹t
(2-4mm). Ph©n l©n cã thÓ vËn chuyÓn ë d¹ng rêi hoÆc ®ãng bao.
Tiªu chuÈn ViÖt Nam TCVN 4440:2004 qui ®Þnh c¸c chØ tiªu chÊt l−îng
cña supe phosphat ®¬n nh− sau:
Tªn chØ tiªu Møc
1. Ngo¹i quan Kh«, mÞn, kh«ng kÕt
khèi thµnh côc
2. Hµm l−îng anhydrit phosphoric 16,5
(P2O5) h÷u hiÖu, %, kh«ng nhá h¬n
3. Hµm l−îng axit tù do (tÝnh chuyÓn ra 4,0
P2O5),%, kh«ng lín h¬n
4. §é Èm, %, kh«ng lín h¬n 12,0
Chi phÝ s¶n xuÊt supe l©n rêi, tÝnh theo hµm l−îng P2O5 t−¬ng ®−¬ng víi
chÝ phÝ trong ®iÒu chÕ supe phètph¸t kÐp (TSP). Tuy nhiªn chÝ phÝ tÝnh theo
®¬n vÞ P2O5 nµy sÏ t¨ng kh¸c biÖt khi ®ãng bao, vËn chuyÓn vµ l−u kho do
khèi l−îng supe l©n yªu cÇu t¨ng h¬n hai lÇn so víi TSP.
I.3.5. Mét sè nghiªn cøu ph¸t triÓn trong s¶n xuÊt supeph«tphat
trªn thÕ giíi
D−íi ®©y lµ nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu c¶i tiÕn ®· vµ ®ang ®−îc sö
dông vµo s¶n xuÊt supeph«tphat:
ë Ud¬bekistan cã lo¹i ph«tphorit Taskur chÊt l−îng thÊp, chøa 16,2%
P2O5, 46,2% CaO, 17,7% CO2, 7,8% SiO2. NÕu dïng lo¹i ph«tphorit nµy ®Ó
s¶n xuÊt supeph«tphat ®¬n th× chÊt l−îng s¶n phÈm chØ cßn 11%P2O5 vµ tiªu
hao nhiÒu axit sunphuric n¨ng suÊt nhµ m¸y gi¶m tõ 47 xuèng 25,44 ngµn tÊn
(tÝnh theo P2O5). Supeph«tphat l¹i kh«ng t¹o h¹t ®−îc v× qu¸ nhiÒu kho¸ng sÐt.
Ng−êi ta ®· ph¶i röa vµ xö lý nhiÖt lo¹i photphorit nµy ®Ó thu ®−îc lo¹i
nguyªn liÖu nh− sau (b¶ng 6) [9].
14
B¶ng 6: Thµnh phÇn ho¸ häc cña ph«tphorit Taskur, % khèi l−îng
Lo¹i quÆng P2O5 CaO MgO CO2 R2O3 SO3 F H2O SiO2
QuÆng nguyªn khai 17,0 44,6 0,83 15,0 2,71 3,02 1,7 1,92 11,84
Tinh quÆng röa 24,0 46,2 0,94 9,1 0,83 3,80 2,8 1,10 7,60
Tinh quÆng xö lý nhiÖt 25,0 48,2 0,50 1,3 1,60 2,60 2,7 0,98 8,73
KÕt qu¶ nghiªn cøu thùc nghiÖm ®· t×m ®−îc nh÷ng th«ng sè c«ng nghÖ
tèi −u cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt supeph«tphat tõ tinh quÆng röa nh− sau:
Nång ®é axit H2SO4 % : 60 (®èi víi tinh quÆng xö lý nhiÖt lµ 62%)
NhiÖt ®é trong thïng trén, 0C: 70 - 75
Thêi gian trén, phót: 5-6
Thêi gian l−u trong thïng ho¸ thµnh, h: 1 - 1,5
NhiÖt ®é trong thïng ho¸ thµnh, 0C: 115 - 120
HÖ sè ph©n gi¶i ph«tphat, % : 90,6
Thêi gian ñ, ngµy: 6
Tiªu hao NH3 ®Ó trung hoµ
(so víi l−îng supephotphat), %: 2
pH cña s¶n phÈm am«nho¸: 3,6 - 4,0
NhiÖt ®é s¶n phÈm ra khái m¸y sÊy; 0C: 75 - 105
§é Èm cña s¶n phÈm, %: 1,5
Hµm l−îng P2O5 tæng, %: 14,5
Hµm l−îng P2O5 h÷u hiÖu, %: 14,2
Hµm l−îng Nit¬, %: 1,1
KÝch th−íc h¹t 1 - 4 mm, %: 89
Nhá h¬n 1mm, %: 10
Lín h¬n 6mm, %: 1
15
C«ng tr×nh nµy ®· ®−îc ¸p dông vµo s¶n xuÊt t¹i hai nhµ m¸y
supephotphat Kokand vµ Samakand ë Ud¬bekistan tõ n¨m 2002.
Mét c«ng tr×nh kh¸c nghiªn cøu sö dông axit sunphuric th¶i cña s¶n
xuÊt hy®ro ho¸ xóc t¸c ªtylen vµ iz«-propylen ë nhµ m¸y cao su tæng hîp
Sumgant cã nång ®é 35 - 65% H2SO4 vµ c¸c t¹p chÊt h÷u c¬ 0,6 - 1% (ký hiÖu
lµ axit 1) vµ axit sumphuric th¶i cña s¶n xuÊt alkyl ho¸ izobutan b»ng butylen
ë nhµ m¸y chÕ biÕn dÇu má N«v«-Bakin (Nga) chøa 75 - 90% H2SO4 vµ ®Õn
12% t¹p chÊt h÷u c¬ (ký hiÖu lµ axit 2).
Do nång ®é axit sunphuric thÊp nªn ph¶i tiÕn hµnh qu¸ tr×nh s¶n xuÊt
supephotphat theo hai giai ®o¹n: Giai ®o¹n ®Çu ph©n gi¶i apatit b»ng axit 1 ®Ó t¹o
b¸n thµnh phÈm supephotphat, sau ®ã ph©n gi¶i tiÕp b»ng axit 2. Tû lÖ axit 1: axit
2 dao ®éng tõ 55 : 45 ®Õn 75 : 25.
S¶n phÈm thu ®−îc chøa 20,3 - 20,6% P2O5 h÷u hiÖu, hÖ sè thu håi s¶n
phÈm sau khi sÊy ®¹t 70 - 72%, ®é bÒn c¬ häc cña h¹t ®¹t 1,6 - 1,7 MPa.
¸p dông c«ng nghÖ míi nµy cho phÐp gi¶m gi¸ thµnh s¶n phÈm vµ ®¹t
hiÖu qu¶ kinh tÕ cao [10].
§Ó t¨ng c−êng qu¸ tr×nh ph¶n øng gi÷a apatit vµ axit sunphuric trong
s¶n xuÊt supeph«tphat ng−êi ta còng ®· nghiªn cøu dïng phô gia bæ sung vµo
qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ. Nh− ®· biÕt ph¶n øng gi÷a axit sunphuric vµ quÆng
ph«tphat th−êng t¹o thµnh líp vá canxi sunphat bao bäc xung quanh h¹t
quÆng lµm cho ph¶n øng x¶y ra kh«ng hoµn toµn. HÖ qu¶ lµ hiÖu suÊt ph¶n
øng thÊp, pha láng kh«ng kÕt tinh tèt cßn l¹i trong khèi ph¶n øng lµm cho s¶n
phÈm dÝnh bÕt.
Mét trong nh÷ng phô gia ®· ®−îc nghiªn cøu lµ hçn hîp muèi am«n
sunphat vµ biam«n sunphat víi tû lÖ 1:1, phô gia nµy ®−îc bæ sung vµo hçn
hîp ph¶n øng tõ 6 ®Õn 15% tÝnh theo khèi l−îng axit sunphuric. KÕt qu¶
nghiªn cøu cho thÊy khi bæ sung phô gia vµo hçn hîp ph¶n øng lµm gi¶m ®é
qu¸ b·o hoµ cña pha láng nªn kÝch th−íc tinh thÓ canxi sunphat t¨ng, líp
mµng canxi sunphat dÔ thÈm thÊu h¬n, mÆt kh¸c phô gia cßn lµm t¨ng ho¹t ®é
cña ion H+ trong pha láng dÉn ®Õn hÖ sè ph©n gi¶i quÆng apatit t¨ng tõ
92,32% ®Õn 98%. S¶n phÈm thu ®−îc chøa 20,35% P2O5 tæng sè, 19,95%
P2O5 h÷u hiÖu, ngoµi ra cßn chøa 1,16% N lµ nguån chÊt dinh d−ìng cho c©y
trång [11].
16
Ng−êi ta cßn nghiªn cøu bæ sung c¸c kho¸ng chÊt chøa nguyªn tè vi
l−îng nh− bo, mangan hoÆc c¸c muèi vi l−îng vµo supephotphat nh»m n©ng
cao hiÖu qu¶ sö dông cña chóng.
C¸c chÊt phô gia hoÆc biÕn tÝnh kh¸c còng ®−îc nghiªn cøu trªn c¬ së
am«n sunphat vµ bét secpentin.
Phô gia am«n sunphat ®−îc sö dông trong c¸c c«ng ®o¹n sau:
- Khi ph©n gi¶i quÆng ph«tphat, dïng am«n sunphat thay thÕ mét phÇn
axit sunphuric. Am«n sunphat lµ chÊt th¶i cña s¶n xuÊt caprolactam ®−îc
dïng thay thÕ 4 - 6% axit sunphuric ®Ó ph©n gi¶i quÆng apatit. Khi ®ã ph¶n
øng xÈy ra theo ph−¬ng tr×nh tæng qu¸t sau [12]:
48 Ca5F(PO4)3 + 168 H2SO4 + 7 (NH4)2SO4+ 65 H2O =
65 Ca (H2PO4). H2O + 14NH4H2PO4 + 175 CaSO4 + 48 HF.
Víi møc thay thÕ 4 - 6% axit sunphuric b»ng am«n sunphat thu ®−îc
s¶n phÈm chøa 21,15 - 21,07% P2O5 tæng sè; 19,76 - 19,64% P2O5 h÷u hiÖu vµ
1,32 - 1,55% N ë d¹ng m«n«am«ni ph«tphat.
- Dïng dung dÞch am«n sunphat cïng víi n−íc am«niac ®Ó t¹o h¹t.
Trªn c¬ së nghiªn cøu kü møc ®é trung hoµ axit ph«tphoric tù do bëi NH4+ vµ
nhiÖt ®é sÊy ®Õn chÊt l−îng s¶n phÈm (chñ yÕu lµ hµm l−îng P2O5 h÷u hiÖu,
P2O5 hoµ tan trong n−íc, hÖ sè thu håi s¶n phÈm t¹o h¹t, ®é bÒn h¹t) c¸c t¸c
gi¶ [13,14] nhËn thÊp r»ng: am«n sunphat lµ chÊt liªn kÕt bæ trî vµ t¹o thµnh
cÇu nèi gi÷a c¸c phÇn tö cña h¹t nªn lµm t¨ng ®é bÒn c¬ häc, sù t¹o h¹t x¶y ra
®ång ®Òu h¬n. Khi bæ sung 8 - 10% am«n sunphat (so víi supephotphat bét)
thu ®−îc kÕt qu¶ cao nhÊt, thu håi h¹t s¶n phÈm ®¹t 85%, ®é bÒn c¬ häc ®¹t
25Kg/cm2. §iÒu kiÖn cÇn thiÕt ®Ó trung hoµ axit ph«tphoric tù do lµ pH = 3,4-
4,2, nhiÖt ®é sÊy 100-1100C s¶n phÈm chøa 20-21% P2O5 h÷u hiÖu vµ 1,5 -
2,0% N.
ë Niu DiL©n, ng−êi ta t¹o h¹t supeph«tphat sau ®ã bäc h¹t b»ng bét
secpentin cho hiÖu qu¶ rÊt tèt. H¹t supeph«tphat kh«ng cÇn ph¶i sÊy, chØ sau 2
- 3 ngµy líp bét secpentin ph¶n øng víi axit ph«tphoric tù do trong
supeph«tphat t¹o thµnh líp vá cøng ch¾c rÊt thuËn lîi cho viÖc b¶o qu¶n vµ
bãn r¾c. Nh− vËy supeph«tphat h¹t kh«ng nh÷ng chøa P2O5 h÷u hiÖu mµ cßn
cã mét l−îng magiª ë d¹ng ph«tphat hoµ tan.
17
Nh÷ng c¶i tiÕn vÒ c«ng nghÖ s¶n xuÊt
ë Trung Quèc th−êng phæ biÕn quy tr×nh nghiÒn quÆng ph«tphat theo
ph−¬ng ph¸p −ít. Nh− vËy sÏ gi¶m ®−îc bôi trong x−ëng chuÈn bÞ nguyªn
liÖu. Ngoµi ra l−îng n−íc th¶i ë c«ng ®o¹n hÊp thô khÝ flo còng ®−îc tuÇn
hoµn sö dông trong c«ng ®o¹n nghiÒn quÆng.
ë Ud¬bekistan ng−êi ta ®· tiÕn hµnh chuyÓn ®æi nhµ m¸y s¶n xuÊt
supeph«tphat ®¬n sang s¶n xuÊt supeph«tphat giÇu trªn c¬ së quÆng
ph«tphorit Karatau lµ lo¹i quÆng chøa cacbonat t−¬ng tù nh− quÆng apatit lo¹i
II Lµo Cai cña ViÖt Nam [15].
Thµnh phÇn ho¸ häc cña quÆng ph«tphorit Karatau nh− sau (%) P2O5:
24,5-25,13; CaO: 39,0-39,7; MgO: 3,2-3,5; CO2: 6,3-8,0; F: 2,6-3,0; SiO2:
15-16. Tû lÖ CaO:P2O5 cao ( ®Õn 1,59) nªn khi chiÕt b»ng axit sunphuric ®Ó
s¶n xuÊt axit ph«tphoric sÏ sinh l−îng b· th¶i ph«tphogip lín, chÊt cßn l¹i
kh«ng tan trong axit cao nªn khã läc t¸ch b· ph«tphogip. NÕu dïng lo¹i quÆng
nµy ®Ó s¶n xuÊt DAP th× gi¸ thµnh sÏ ®¾t gÊp 2 lÇn so víi s¶n phÈm DAP cña
Nga s¶n xuÊt tõ tinh quÆng apatit Khibin.
Sù chuyÓn ®æi sang s¶n xuÊt supeph«tphat giÇu lµ rÊt phï hîp, v× kh«ng
dïng toµn bé l−îng quÆng nµy ®Ó s¶n xuÊt axit ph«tphoric trÝch ly vµ chØ dïng
mét nöa sè quÆng nµy ®Ó ®iÒu chÕ H3PO4, phÇn quÆng cßn l¹i ®−îc ph©n gi¶i
bëi hçn hîp axit H2SO4 vµ H3PO4.
Khi tû lÖ axit H2SO4: H2PO4 n»m trong kho¶ng tõ 2 ®Õn 1 sÏ thu ®−îc
s¶n phÈm supeph«tphat giÇu víi hµm l−îng c¸c chÊt dinh d−ìng nh− sau (%):
P2O5 tæng sè: 25,1 - 32,2; P2O5 h÷u hiÖu: 24,5 - 31,5; P2O5 tan trong n−íc:
20,5 - 29,6; N: 2,8 - 3,7.
Ng−êi ta ®· tÝnh to¸n trªn 1 ®¬n vÞ P2O5 h÷u hiÖu thÊy r»ng khi s¶n xuÊt
supeph«tphat giÇu ®· gi¶m ®−îc 18 - 20% l−îng axit sunphuric vµ gi¶m ®−îc
35-45% l−îng b· th¶i ph«tphogip so víi s¶n xuÊt DAP. S¶n phÈm hoµn toµn
c¹nh tranh ®−îc trªn thÞ tr−êng.
I. 4. S¶n xuÊt ph©n l©n nung ch¶y
I.4.1. C«ng nghÖ s¶n xuÊt ph©n l©n nung ch¶y
18
Ph©n Canxi magiª phètph¸t hay cßn gäi lµ ph©n l©n thuû tinh, ph©n l©n
nung ch¶y (PLNC) cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ phètpho, canxi vµ magiª.
Nguyªn liÖu s¶n xuÊt ph©n l©n nung ch¶y lµ hçn hîp quÆng phèt ph¸t
trén víi kho¸ng magiª silicat (secpentin, olivine) theo mét tû lÖ nhÊt ®Þnh.
Phèi liÖu ®−îc nung ch¶y ë nhiÖt ®é cao 1450 - 1500oC trong lß ®iÖn hoÆc lß
cao (dïng than cèc hoÆc than ®¸). Phèi liÖu ch¶y láng tõ lß ra ®−îc lµm l¹nh
nhanh b»ng n−íc vµ thu ®−îc b¸n thµnh phÈm lµ c¸c h¹t r¾n trong nh− thuû
tinh. B¸n thµnh phÈm sau khi r¸o n−íc ®−îc mang ®i sÊy kh« vµ nghiÒn mÞn,
s¶n phÈm thu ®−îc cã P2O5 tan trong axit xitic 2% ®−îc thùc vËt tiªu ho¸.
Trong s¶n xuÊt ph©n l©n nung ch¶y, chÊt phô gia chñ yÕu cho vµo quÆng
ph«tphat lµ c¸c d¹ng magiª silicat hydrat ho¸, nh− secpentin
3MgO.2SiO2.2H2O. Tû lÖ gi÷a quÆng ph«tphat vµ magiª silicat phô thuéc vµo
d¹ng vµ chÊt l−îng nguyªn liÖu. Ph©n l©n nung ch¶y cã c¸c thµnh phÇn kh¸c
nhau, tuy nhiªn ®Ó cã lo¹i s¶n phÈm cã ®é tan tèt nhÊt cÇn ph¶i gi÷ tØ lÖ mol
nh− sau: 9CaO.3P2O5.CaF2.9MgO.9SiO2. ViÖc lµm l¹nh nhanh khèi ph©n l©n
nãng ch¶y lµ mét giai ®o¹n quan träng cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, ¸p suÊt cña
n−íc lµm l¹nh cÇn gi÷ ë møc kh«ng nhá h¬n 0,4 - 0,5 MPa vµ møc n−íc dïng
lµm l¹nh kh«ng d−íi 15 - 30m3/T ph©n l©n nung ch¶y.
MÇu s¾c cña ph©n l©n nung ch¶y phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè: nhiÖt ®é
cña qu¸ tr×nh nung ch¶y, thiÕt bÞ nung, vËt liÖu lãt lß, chÊt l−îng cña quÆng
ph«tphat vµ c¸c chÊt phô gia, c¸c t¹p chÊt trong nguyªn liÖu. Nh−ng yÕu tè
quan träng ®Ó gi÷ cho mÇu s¾c cña s¶n phÈm æn ®Þnh lµ duy tr× tû lÖ nhÊt ®Þnh
c¸c thµnh phÇn chÝnh cña phèi liÖu vµ nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh nung ch¶y. Tuy
nhiªn mµu s¾c vµ ®é hoµ tan cña ph©n l©n nung ch¶y lµ 2 tÝnh chÊt ®éc lËp víi
nhau.
Nghiªn cøu qu¸ tr×nh nung ch¶y phèt ph¸t thiªn nhiªn víi kho¸ng silic¸t
magiª, ng−êi ta ch−a ph¸t hiÖn ®−îc t¸c dông t−¬ng t¸c gi÷a c¸c cÊu tö ban
®Çu. Magiª còng kh«ng ®Ýnh vµo m¹nh tinh thÓ cña nh÷ng silicat canxi
phètph¸t. T¸c dông cña magiª ®−îc thÓ hiÖn chñ yÕu trong viÖc t¹o thµnh
nh÷ng magiª silic¸t dÔ ch¶y láng, ng¨n ngõa sù kÕt tinh cña flo apatit vµ
chóng cã kh¶ n¨ng lµm gi¶m ®é nhít cña phèi liÖu ®· ch¶y láng.
ViÖc chuyÓn phètph¸t thµnh tr¹ng th¸i hoµ tan trong axit xitric g¾n liÒn
víi sù t¹o thµnh tr¹ng th¸i thuû tinh v« ®Þnh h×nh.
19
§· x¸c ®Þnh ®−îc r»ng trong hÖ RO-Al2O3-SiO2-P2O5 nh÷ng thuû tinh
trong ®ã tû sè ph©n tö MgO vµ CaO b»ng 2 cã kh¶ n¨ng kÕt tinh nhá nhÊt.
Lµm l¹nh nhanh lµ ®iÒu kiÖn cÇn thiÕt cña ®é tan P2O5 cao. Tèc ®é lµm l¹nh
cµng lín bao nhiªu, ®iÒu nµy ®¹t ®−îc b»ng c¸ch gi¶m ®−êng kÝnh giät phèi
liÖu ch¶y láng ®−îc tiÕp xóc víi n−íc, ®é tan cña P2O5 cµng cao bÊy nhiÖu. H¹
thÊp ®é nhít cña phèi liÖu ch¶y láng b»ng c¸ch nung qu¸ nhiÖt nã (cao h¬n
nhiÖt ®é nãng ch¶y kho¶ng 150oC cã kh¶ n¨ng h¹ thÊp ®−êng kÝnh cña giät
láng. Do ®ã trong thùc tÕ ng−êi ta tiÕn hµnh nung ch¶y phèi liÖu ë 1450 -
1500oC (nhiÖt ®é nãng ch¶y cña phèi liÖu 1250 - 1350oC). ViÖc lµm l¹nh
chËm phèi liÖu láng (®Æc biÖt thÊp h¬n 750oC, nghÜa lµ nhiÖt ®é chuyÓn P2O5
hoµ tan thµnh d¹ng kh«ng tan) sÏ h¹ thÊp nhanh chãng ®é hoµ tan cña P2O5.
Qu¸ tr×nh h×nh thµnh tr¹ng th¸i thuû tinh kh«ng nh÷ng chØ ®èi víi thµnh
phÇn phèt ph¸t mµ cßn thÊy ë nh÷ng thµnh phÇn kh¸c trong phèi liÖu nh−
CaO, MgO, SiO2..., nh÷ng thµnh phÇn nµy trong quÆng kho¸ng ë d¹ng kÕt tinh
rÊt khã tan nh−ng sau khi h×nh thµnh tr¹ng th¸i thuû tinh chóng cã thÓ hoµ tan
t−¬ng ®èi cao vµ cã hiÖu qu¶ vÒ mÆt ph©n bãn ®èi víi thùc vËt.
ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao vµ cã h¬i n−íc quÆng phèt ph¸t cã hiÖn t−îng
tho¸t kho¶ng 80% tæng l−îng flo ban ®Çu:
2 Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3 Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2 HF (1)
4 Ca5F(PO4)3 + 3 SiO2 = 6 Ca3(PO4)2 + 2 CaSiO3 + SiF4 (2)
20