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(fā)中心，云南 昆明 650228）

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所施用的肥料磷源以磷銨產(chǎn)品為主，2021 年全國磷肥產(chǎn)量（以P2O5計(jì)）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(fā)生化學(xué)反應(yīng)，大部分施入土壤中的磷被固定積累在土壤中，從而導(dǎo)致磷肥當(dāng)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(duì)金屬離子有螯合作用、緩釋長(zhǎng)效等特點(diǎn)［4-5］，開發(fā)含聚合磷磷酸二銨（DAP）產(chǎn)品，將聚磷酸銨的螯合、緩釋功能與傳統(tǒng)DAP 產(chǎn)品有機(jī)結(jié)合，可以有效提高新產(chǎn)品的肥料利用效率，對(duì)實(shí)現(xiàn)化肥減量增效的產(chǎn)業(yè)政策要求具有重要意義。另外，通過技術(shù)創(chuàng)新降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，有利于促進(jìn)含聚合磷DAP 新產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。

1 農(nóng)用聚磷酸銨生產(chǎn)方法分析

1.1 固體水溶性聚磷酸銨生產(chǎn)方法比較

常見的固體水溶性聚磷酸銨生產(chǎn)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(yè)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(chǎn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

表1 固體水溶性聚磷酸銨生產(chǎn)方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

1.2 液體聚磷酸銨生產(chǎn)方法分析

常見的液體聚磷酸銨生產(chǎn)方法主要是磷酸氨化法。過磷酸中總P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%～70%，其中20%～30%的P2O5是聚磷酸。過磷酸在管式反應(yīng)器中與氨反應(yīng)，生成的熔融體進(jìn)入混合槽中與水和循環(huán)液混合制得液體聚磷酸銨［13］。優(yōu)點(diǎn)是能耗低，充分利用氨酸反應(yīng)熱；缺點(diǎn)是對(duì)原料品質(zhì)要求高，原料通常為濕法精制磷酸或熱法磷酸。

1.3 小結(jié)

綜上，固體水溶性聚磷酸銨、液體聚磷酸銨的生產(chǎn)工藝均對(duì)原料磷酸的品質(zhì)要求較高，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本較高，限制了聚磷酸銨類肥料產(chǎn)品在國內(nèi)的推廣應(yīng)用。

2 含聚合磷DAP產(chǎn)品開發(fā)

含聚合磷DAP 產(chǎn)品兼具速效、螯合、緩釋等功能特點(diǎn)。（1）速效功能，產(chǎn)品中含有大量的水溶性正磷酸鹽，可以被農(nóng)作物直接吸收，能夠?yàn)檗r(nóng)作物生長(zhǎng)初期提供充足的磷、氮養(yǎng)分。（2）螯合功能，聚合態(tài)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(nóng)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(jìn)磷元素的吸收利用［3］。（3）緩釋功能，聚合態(tài)磷在土壤微環(huán)境中逐步水解為農(nóng)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(nóng)作物對(duì)磷的需求。

云南云天化股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱公司）長(zhǎng)期以來致力于肥料產(chǎn)品功能升級(jí)研究，多年來，在磷銨、復(fù)合肥及尿素等產(chǎn)品功能升級(jí)及新產(chǎn)品開發(fā)方面持續(xù)深耕。在農(nóng)用聚磷酸銨的推廣應(yīng)用方面，公司長(zhǎng)期以來一直高度關(guān)注水溶性聚磷酸銨的肥效特性及功能特點(diǎn)，并積極開展了相關(guān)研究開發(fā)工作。

2.1 含聚合磷DAP產(chǎn)品探索性試驗(yàn)

為了實(shí)現(xiàn)含聚合磷DAP 產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)，公司開展了利用濕法磷酸生產(chǎn)含聚合磷DAP 技術(shù)探索性試驗(yàn)研究，試驗(yàn)總結(jié)如下。

2.1.1 試驗(yàn)原料

濕法濃磷酸，w（總養(yǎng)分）64% DAP 生產(chǎn)用酸，質(zhì)量指標(biāo)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(zhì)量指標(biāo) %

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(yù)熱至100 ℃左右，開始通氨反應(yīng)，物料達(dá)到一定的中和度后，溫度升至150 ℃左右，開始添加適量（磷酸質(zhì)量的10%左右）聚合助劑，物料迅速發(fā)泡，加快攪拌轉(zhuǎn)速。待發(fā)泡平穩(wěn)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(jié)果見表3。

表3 含聚磷酸銨磷銨樣品分析結(jié)果 %

2.1.3 含聚合磷DAP樣品制備

在實(shí)驗(yàn)室，將上述試驗(yàn)制得的含聚磷酸銨的磷銨物料與普通DAP產(chǎn)品（規(guī)格為15-41-0）按比例混合均勻后，進(jìn)行粉碎、造粒。然后，經(jīng)烘干、冷卻后得到含聚合磷DAP樣品，樣品分析結(jié)果見表4。

表4 含聚合磷DAP樣品分析結(jié)果 %

2.2 含聚合磷DAP產(chǎn)品農(nóng)化試驗(yàn)研究情況

為了驗(yàn)證含聚合磷DAP 產(chǎn)品的功能特點(diǎn)，公司分別委托高校和全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心相關(guān)團(tuán)隊(duì)開展了含聚合磷DAP 產(chǎn)品盆栽和田間小區(qū)農(nóng)化試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，相同條件下w（總養(yǎng)分）57%的含聚合磷DAP 產(chǎn)品的肥效超過了w（總養(yǎng)分）64%DAP產(chǎn)品。

（1）盆栽試驗(yàn)：設(shè)立代表性農(nóng)作物的盆栽肥料效應(yīng)試驗(yàn)，以施用64%DAP 優(yōu)等品的處理為對(duì)照，施用聚合率5%～8%的含聚合磷DAP處理為試驗(yàn)組。其中，施用聚合率5%～8%的含聚合磷DAP后，玉米植株長(zhǎng)勢(shì)好，生物量大，主要表現(xiàn)在鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、株高均顯著增大，與對(duì)照相比，鮮質(zhì)量增加35.03%；大豆植株生長(zhǎng)旺盛，植株高，植株質(zhì)量明顯高于對(duì)照，鮮質(zhì)量增加27.00%；白菜施肥后植株生長(zhǎng)旺盛，生物量增大，鮮質(zhì)量增加31.02%。

（2）田間小區(qū)試驗(yàn)：通過開展玉米田間小區(qū)肥效對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)含聚合磷DAP 肥料產(chǎn)品的增產(chǎn)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。試驗(yàn)以施用64%DAP優(yōu)等品的處理為對(duì)照，施用聚合率5%～8%的含聚合磷DAP處理為試驗(yàn)組。其中，施用聚合率5%～8%的含聚合磷DAP處理產(chǎn)量最高，較對(duì)照組增產(chǎn)8.55%。

3 含聚合磷DAP產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)思路

結(jié)合探索試驗(yàn)研究結(jié)果，可依托現(xiàn)有磷銨裝置，通過技改，以生產(chǎn)DAP產(chǎn)品用的濕法磷酸制得含聚磷酸銨的物料，再與生產(chǎn)DAP的料漿混合造粒制得含聚合磷DAP新產(chǎn)品?？刹捎谩肮芊矗ü苁椒磻?yīng)器，下同）A（傳統(tǒng)DAP）+管反B（含聚磷酸銨物料）+造粒機(jī)”的工藝（見圖1）進(jìn)行生產(chǎn)，含聚磷酸銨料漿與傳統(tǒng)磷銨料漿的投料質(zhì)量比為1∶（2～3）。

圖1 含聚合磷DAP產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程

含聚磷酸銨物料生產(chǎn)部分：預(yù)制高溫磷銨料漿（溫度100～110 ℃）+管式反應(yīng)器+聚合助劑制得含聚磷酸銨的磷銨產(chǎn)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(jī)管式反應(yīng)器，通氨進(jìn)行中和反應(yīng)；同時(shí)，通過管式反應(yīng)器上的縮合劑加入口加入聚合助劑，與中和料漿發(fā)生反應(yīng)，聚合得到含聚磷酸銨的料漿。

傳統(tǒng)DAP 生產(chǎn)部分：磷酸先用來洗滌吸收反應(yīng)系統(tǒng)逸出的氨氣，再用來制備磷銨料漿。其余操作按正常生產(chǎn)DAP產(chǎn)品的工藝指標(biāo)進(jìn)行控制。

含聚合磷DAP 生產(chǎn)部分：含聚磷酸銨物料料漿與生產(chǎn)傳統(tǒng)DAP 料漿同時(shí)噴灑在造粒機(jī)物料床層上進(jìn)行造粒，制得含聚合磷DAP產(chǎn)品。

4 結(jié)語

筆者團(tuán)隊(duì)結(jié)合公司磷銨裝置的特點(diǎn)和探索性試驗(yàn)研究情況，提出了含聚合磷DAP 產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，依托現(xiàn)有磷銨裝置進(jìn)行相應(yīng)的技改后，即可生產(chǎn)含聚合磷DAP 產(chǎn)品。該技術(shù)技改難度小，可快速實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

但該生產(chǎn)技術(shù)尚屬于小試試驗(yàn)研究階段的成果，技術(shù)的可靠性還須通過中試和試生產(chǎn)進(jìn)一步驗(yàn)證。建議擇機(jī)開展中試試驗(yàn)研究，推進(jìn)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。