Tiểu luận công nghệ sản xuất phân lân

Phân bón là thức ăn của cây trồng, thiếu phân cây không thể sinh trưởng và cho năng suất, phẩm chất cao. Phân bón có vai trò rất quan trọng trong việc thâm canh tăng năng suất, bảo vệ cây trồng và nâng cao độ phì nhiêu của đất. Phân lân là một trong ba loại phân bón đa lượng chủ yếu cho cây trồng. Phân lân cung cấp nguyên tố P cho cây dưới dạng ion photphat (PO34). Độ dinh dưỡng của phân lân được đánh giá theo tỉ lệ % khối lượng P2O5 tương ứng với lượng P có trong thành phần của nó. Nước ta lại có nguồn quặng apatit dồi dào để sản xuất phân lân nung chảy (FMP), superphosphate đơn (SSP), superphosphate kép (TSP) và các loại phân lân khác. Mỗi loại phân lân này có những đặc tính riêng trong mối quan hệ với hệ sinh thái thổ nhưỡng, cây trồng với khí hậu ở nước ta. Với đề tài tìm hiểu các loại phân photphat, nhóm em xin trình bày những kiến thức mà chúng em tìm hiểu được về phân lân kết tủa, phân lân nung chảy, phân lân thiêu kết, phân lân khử flo và phân lân urê supperphotphat. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Thanh Phong đã tận tình giúp đỡ chúng em trong thời gian qua để chúng em có thể hoàn thành môn học này. Trong quá trình tìm hiểu đề tài, nhóm chúng em còn hạn chế về nhiều mặt kiến thức và thời gian, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và nhận xét của thầy để kiến thức được hoàn thiện hơn.

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-o0o -TIỂU LUẬN MÔN

LÂN KẾT TỦA, PHÂN LÂN NUNG CHẢY, PHÂN LÂN THIÊU KÊT, PHÂN LÂN KHỬ FLO, PHÂN LÂN URÊ

SUPPERPHOTPHAT

GVHD: Đặng Thanh Phong SVTH:

Nguyễn Thị Thu Trang 2004120053 Nguyễn Chí Linh 2004120269 Thạch Thị Thu Sương 2004120004

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015

MỞ ĐẦU

Phân bón là thức ăn của cây trồng, thiếu phân cây không thể sinh trưởng và chonăng suất, phẩm chất cao Phân bón có vai trò rất quan trọng trong việc thâm canhtăng năng suất, bảo vệ cây trồng và nâng cao độ phì nhiêu của đất

cung cấp nguyên tố P cho cây dưới dạng ion photphat (PO34-) Độ dinh dưỡng củaphân lân được đánh giá theo tỉ lệ % khối lượng P2O5 tương ứng với lượng P có trongthành phần của nó Nước ta lại có nguồn quặng apatit dồi dào để sản xuất phân lânnung chảy (FMP), superphosphate đơn (SSP), superphosphate kép (TSP) và các loạiphân lân khác Mỗi loại phân lân này có những đặc tính riêng trong mối quan hệ với

hệ sinh thái thổ nhưỡng, cây trồng với khí hậu ở nước ta Với đề tài tìm hiểu các loạiphân photphat, nhóm em xin trình bày những kiến thức mà chúng em tìm hiểu được

về phân lân kết tủa, phân lân nung chảy, phân lân thiêu kết, phân lân khử flo và phânlân urê supperphotphat

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Thanh Phong đã tận tình giúp đỡ

chúng em trong thời gian qua để chúng em có thể hoàn thành môn học này Trong quátrình tìm hiểu đề tài, nhóm chúng em còn hạn chế về nhiều mặt kiến thức và thời gian,rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và nhận xét của thầy để kiến thức được hoànthiện hơn

Nhóm xin chân thành cám ơn thầy!

Nhóm thực hiệnNHÓM 12

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHÂN LÂN

1.1 Vai trò của phân lân

Lân có vai trò quan trọng trong đời sống của cây trồng Lân có trong thành phầncủa hạt nhân tế bào, rất cần cho việc hình thành các bộ phận mới của cây Lân thamgia vào thành phần các enzim, các protein, tham gia vào quá trình tổng hợp các axitamin Lân kích thích sự phát triển của rễ cây, làm cho rễ ăn sâu vào đất và lan rộng rachung quanh, tạo thêm điều kiện cho cây chống chịu được hạn và ít đổ ngã Lân kíchthích quá trình đẻ nhánh, nảy chồi, thúc đẩy cây ra hoa kết quả sớm và nhiều Lân làmtăng đặc tính chống chịu của cây đối với các yếu tố không thuận lợi: chống rét, chốnghạn, chịu độ chua của đất, chống một số loại sâu bệnh hại v.v…

Ở một số loại đất trên nước ta, lân trở thành yếu tố hạn chế đối với năng suất câytrồng Đặc biệt ở hầu hết các loại đất trồng lúa ở các tỉnh phía Nam Thiếu lân khôngnhững làm cho năng suất cây trồng giảm mà còn hạn chế hiệu quả của phân đạm Hiệu

quả thu được 4,3 – 7,5 kg cà phê nhân, 8,5 kg thóc Ở các vùng đất phèn mới khai

cho cây bị thiếu một số nguyên tố vi lượng Vì vậy, cần bón thêm phân vi lượng, nhất

là Zn

1.2 Mốt số loại phân lân

Có nhiều cách để phân loại lân:

1.2.1 Dựa vào độ hòa tan của các loại lân

Có 3 loại lân:

foomic hay xitrat amôn, phân lân nung chảy, phân lân kết tủa (dicanxi photphat) vàphân lân chậm tan (phân lân axit hóa một phần)

trực tiếp như apatit, photphorit, bột xương động vật

1.2.2 Dựa theo quá trình chế biến

 Phân lân tự nhiên: là sản phẩm khai thác từ các mỏ, nghiền bột đem sử dụng, khôngqua quá trình chế biến Phần lớn phân lân tự nhiên là phân khó hòa tan: apatitphotphorit, vivianit.

CHƯƠNG 2: PHÂN LÂN KẾT TỦA

2.1 Giới thiệu về phân lân kết tủa

Thị trường thế giới thường gọi với tên precipitated (calcium photphote) Thành

giống như vôi bột Trong phân lân kết tủa có tỷ lệ lân nguyên chất cao 27 – 31%, một

vậy cũng không hút ẩm nên dễ bảo quản, nhưng lại tan trong dung dịch xitrat amoni,hiệu quả phân bón đối với đất axit (chua) không kém SP Dùng bón lót, bón thúc

0.001 %, fluo dưới 0,2 %, dùng làm thức ăn gia súc

2.2 Quy trình sản xuất

Ở các nước ôn đới do sợ rằng clo sẽ tích lũy trong đất gây hại cho hệ sinh vậtđất, ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm và làm cho phân ướt nên tìm cách loại

dùng sữa vôi để kết tủa Sản phẩm tạo thành là dicanxi photphat và vì vậy gọi là phânlân kết tủa

Nguyên tắc của phương pháp chế tạo phân lân là dùng sữa vôi (vôi huyền phùtrong nước), hoặc đá vôi huyền phù trong nước để kết tủa dung dịch axit photphoric(chiết), lọc, sấy, sàng được sản phẩm

Hoặc phản ứng gián tiếp:

Ca(OH)2 + Ca(H2PO4)2 + 2H2O  2[CaHPO4.2H2O]

CaCO3 + Ca(H2PO4)2 + 3H2O  2[CaHPO4.2H2O] + CO2

Nếu quá dư CaO, vượt quá tỷ lệ trọng lượng tính theo lý thuyết (CaO : P2O5=0,79), tương ứng độ PH của dung dịch bằng 6,3 sẽ xảy ra phản ứng sau:

4CaHPO4  Ca(H2PO4)2 + Ca3(PO4)2

Như vậy một phần chuyển sang dạng tricanxi photphat không tan trong nướccũng như dung dịch xitrat

Một số tạp chất trong axit xảy ra phản ứng phụ:

H2SO4 + Ca(OH)2  CaSO4.2H2O

H2SiF6 + 3Ca(OH)2  3CaF2 + SiO2 + 4H2O

R2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 + 2H3PO4 + 4H2O  2(RPO4.2H2O) + 3(CaSO4.2H2O)Cũng như với SP, tạp chất kết tủa gây hiệu quả xấu với tính chất hóa học cũngnhư vật lý của sản phẩm

Tốc độ của phản ứng trung hòa rất cao, dễ tạo thành lớp tricanxi photphat trênmặt vôi, ảnh hưởng xấu tới độ hòa tan của vôi, do vậy trong công nghiệp thường đưasữa vôi từ từ vào axit và khuấy trộn rất mạnh

Khi đưa 50 % lượng sữa vôi tính toán vào axit, độ PH của dung dịch khoảng 3,2, bắt đầu kết tủa sản phẩm

3-Tiếp tục đưa sữa vôi, pH tăng lên 4,6 -4,8 từ đó độ pH tăng rất nhanh theolượng sữa vôi đưa vào, dễ kết tủa Ca3(PO4)2

Thực ra tốc độ phản ứng nhanh nhất là với sữa vôi, đến pH = 3,8 – 4 tốc đọpahnr ứng giảm nhanh

mất nước, hình thành muối khan Độ axit sau phản ứng càng cao, khả năng kết tủatricanxi photphat càng ít

Công nghiệp thường dùng sữa vôi với hàm lượng CaO = 50 100 g/l, độ mịn 2

Cũng như phản ứng hệ thống không đồng nhất lỏng rắn phản ứng diễn ra trongmột chuỗi thùng trộn- thường 5 thùng, thời gian dừng ở mỗi thùng từ 40- 60 phút

Sản phẩm qua lọc – thường dùng loại trống quay sấy ở 1000C, cao hơn sẽ tách

CHƯƠNG 3: PHÂN LÂN NUNG CHẢY

3.1 Giới thiệu về phân lân nung chảy

Phân lân nung chảy còn là phân photphat canxi magie nung chảy (Fused calciummagnesim photphate- CMP), là một hỗn hợp photphat silicat (Ca và Mg) Thành phầncủa phân lân nung chảy gồm chủ yếu là:

Chất lượng của phân bón phụ thuộc vào hàm lượng vật chất ở trạng thái thủytinh

3.2 Đặc điểm về nguyên liệu và nhiên liệu sản xuất

Đá secpentin có công thức cấu tạo là 3MgO.2SiO2.2H2O Ngoài ra trong đásecpentin còn có một số nguyên tố vi lượng như Ni, Mn, Cu, … Có lợi cho cây trồng.Kích thước của đá sau khi nghiền đập và sàng để đưa vào lò cao là 11- 90mm.

Ngoài 2 nguyên liệu chính trên, còn sử dụng thêm một số loại đá và quặng khácnhư:

trộn thêm chất kết dính (xi măng 7%) dùng máy ép thành bánh

3.2.2 Về nhiên liệu

Than được sử dụng trong quá trình đốt lò để sản xuất phân lân nung chảy là than

có chất lượng tốt, hàm lượng chất bốc nhỏ, cường độ chịu nhiệt cao, nhiệt năng lớn

Có 2 loại than hiện đang sử dụng là than Antraxit và than cốc

Dương Thanh Hóa

40-90mm (dùng trong lò cao), 11-30mm (dùng cho lò đốt khí CO) Than cốc hiện phảinhập ngoại từ Trung Quốc vì loại than này không có trong nước

3.3 Công nghệ sản xuất phân lân

Một trong những công nghệ sản xuất phân bón mang lại hiệu quả tương đối caohiện nay là công nghệ sản xuất phân lân bằng phương pháp nhiệt nói chung và phânlân nung chảy nói riêng Đây là công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư thấp, giá thành sảnphẩm lại không cao Tùy thuộc vào nguyên liệu và phương pháp chế biến mà sản

Cơ sở của phương pháp là dùng nhiệt nung nóng biến lân từ dạng vô định hình(cây không hấp thụ được, khó tiêu, khó tan) thành dạng vô định hình mà cây có thểhấp thụ được Hiện nay, nước ta có 2 qui trình công nghệ sản xuất phân lân nung chảychính: Công nghệ đưa từ Trung Quốc sang, với việc sử dụng nguyên liệu là quặng

hạt nguyên liệu khi đưa vào lò là 25-80mm

sử dụng nhiên liệu than Antraxit Kích thước hạt nguyên liệu khi đưa vào lò là 90mm

3.3.2 Thuyết minh sơ đồ

Quặng apatit, đá secpentin được đưa về bãi chứa và nhờ máy xúc chuyển về phễucủa máy đập nhằm gia công nguyên liệu về kích thước cần thiết, rồi được qua sàngkhô, sàng ướt để loại bỏ các hạt dưới cỡ Lượng mịn được tập trung vào bãi chứa.Than được chọn lọc, đảm bảo chất lượng và kích cỡ chuyển về lò cao

Đem phối trộn quặng apatit với các chất phụ gia theo một tỉ lệ nhất định Trong

lò cao diễn ra các quá trình sấy, hóa mềm chảy lỏng và quá nhiệt, chuyển hoá quặng ở

thành dạng vô định hình Nguyên liệu lỏng được lấy ra và được làm lạnh đột ngột

Sấy

bằng nước có áp lực cao (lưu lượng nước gấp 15-20 lần sản phẩm) nhằm phá vỡ tinh

98% trong axit citric 2% chứa trong dịch mà cây tiết ra) thu được bán thành phẩmphân lân

Quá trình này chủ yếu là kết quả hình thành trạng thái thủy tinh vô định hình Ở

lỏng linh động, mạng tinh thể bị phá vỡ, sau đó nguyên liệu lỏng được làm lạnh độtngột để chất lỏng không trở về trạng thái ban đầu (tinh thể bền vững), rồi được cầntrục múc từ bể tôi bán thành phẩm đưa vào phễu chứa, nhờ hệ thống băng tải đưa vềbãi ráo Ta thu được sản phẩm ở dạng thủy tinh

Quá trình tạo phân nung chảy thực chất là quá trình chuyển hóa -Ca3(PO4)2 từdạng kết tinh thành dạng “ thủy tinh”

được đi gia công chế biến theo yêu cầu:

+ Để sản xuất lân nghiền: bán thành phẩm được chuyển vào máy nghiềnđến độ mịn 50-70% tùy theo yêu cầu của sản xuất

+ Để sản xuất lân hạt: bán thành phẩm

được chuyển sang sàng thu được sản phẩm

hạt

Sản phẩm được đóng bao nhãn, xếp kho,

xuất cho khách hay chuyển sang tổ sản xuất

4.Gạch chịu nhiệt của vỏ lò

5.Vỏ thân lò

6.Ống phân phối gió

7.Bọc nước làm mát

8.Lớp bột chịu lửa bảo vệ bọc nước

9.Cửa tháo liệu

10.Ống gió vào lò

11.Ống thoát khí

12.Chuông nạp nhiên liệu thứ 2

13.Phễu chứa liệu đỉnh lò

Các quá trình hóa lý xảy ra trong lò cao:

Có thể chia từ đỉnh lò đến đáy lò làm 4 khu vực:

làm ngưng tụ hơi nước, bụi than sẽ bị kết tinh Nước kết tinh được thoát ra Ở nhiệt độlớn hơn 1500C nhiên liệu vào lò bắt đầu bị bốc hơi

bị phân hủy theo phản ứng:

Ở các nhiệt độ lớn hơn 6500C sẽ tạo thành 3Mg2SiO4 theo phản ứng:

2(3MgO.2SiO2)  3Mg2SiO4+2MgSiO3

phản ứng hoàn nguyên kim loại Fe, Ni

Fe2O3 + 3CO  2Fe + 3CO

Vì tỷ trọng của Fe và Ni lớn hơn rất nhiều so với tỷ trọng phối liệu nên Fe và Nilắng xuống đáy tạo thành xỉ feroniken (xỉ gang niken) Hợp chất này được lấy ra ở cửatháo liệu hoặc đáy lò

động nếu lấy ra ngay sẽ rất khó khăn và rất chậm

Tại đây oxy không khí và than cháy mạnh hơn Trong lò xảy ra các phản ứng:

Ca10F2(PO4) + 3(3MgO.SiO2.2H2O)  3(3MgO.3CaO.SiO2.P2O5.CaF) + 6H2O

CaF2 + SiO2 + H2O  CaSiO3 + 2HF

Nguyên nhiên liệu sau khi được chảy lỏng nhờ quá trình cháy tiếp tục được nânglên nhiệt độ từ 1300-15000C Tại nhiệt độ này, chất lân sẽ ở trạng thái lỏng và rất linhđộng (vô định hình), hiệu suất chuyển hóa cao Chất lân ở trạng thái này được tháo rabởi 2 cửa tháo liệu, làm lạnh đột ngột rồi tưới nhanh bằng nước có áp lực cao (lưulượng nước gấp 15-20 lần lượng sản phẩm), ta thu được bán thành phẩm phân lân cóchất lân ở dạng vô định hình tan tốt trong axit xitric 2% có trong thành phần của nhựacác cây tiết ra, giúp cây hấp thụ tốt Bán thành phần được nước áp lực cao đẩy về bểtôi

3.3.3 Ưu điểm của phân lân nung chảy

Trong thành phần có bổ sung nhiều nguyên tố dinh dưỡng trung lượng như:

 Mg: chất chủ yếu tạo nên diệp lục tố của cây, giúp cây tổng hợp P, đường và chất béo.Đất đồi thoái hóa, đất xám và đất bạc màu, đất phù sa sông thường thiếu Mg Nó rất

có lợi cho phẩm chất của cây lấy đường, cây lấy dầu, cây họ đậu, …

hơn phân supe nhưng lại có hiệu quả bền lâu vì không bị chuyển thành dạng cây khóhấp thụ

pheralit chua, … thì hiệu quả của lân nung chảy cao hơn rất nhiều so với supe lân.3.3.4 Vấn đề ô nhiễm trong quá trinh sản xuất phân lân nung chảy và phương pháp

giải quyết

3.3.4.1 Khí thải

Các khí này rất độc hại đến môi trường và sức khỏe con người

Để xử lý khí thải, hỗn hợp khí được đưa qua tháp phân ly bụi, ở đây bụi được

dịch sữa vôi được lắng xuống tại bể chứa hấp thụ, khí thải được tiếp tục đi vào tháptách nước để tách nước trước khi vào lò đốt CO Tại lò đốt diễn ra quá trình cháy:

Sau đó khí thải theo ống khói và thải ra môi trường.Nhiệt độ đốt CO được tậndụng để nung gia nhiệt cho không khí cấp vào lò nhờ quạt cao áp Khí nóng khi ra

làm tăng hiệu suất lò cao, vừa giảm được tiêu hao nhiên liệu

3.3.4.2 Chất thải rắn

Chất thải rắn trong sản xuất phân lân chủ yếu là quặng mịn, trung bình cứ 1 tấnphân bón tỉ lệ loại bỏ sẽ vào khoảng 0,25- 0,35 tấn quặng mịn Quặng mịn sinh ratrong quá trình đập nguyên liệu, sàng nguyên liệu trước khi đưa vào lò cao để nunglên

Trước đây, lượng quặng mịn thường vứt bỏ, làm cho bãi thải chứa quặng mịnngày một cao như núi, vừa gây ô nhiễm môi trường, vừa lãng phí tài nguyên, vừa tănggiá thành sản phẩm Hiện nay, ở một số nhà máy, điển hình là nhà máy phân lân Văn

Điển, có giải pháp là tạo chất kết dính vô cơ đóng bánh toàn bộ lượng quặng mịn thải

ra thành nguyên liệu đạt tiêu chuẩn theo kích cỡ nguyên liệu đưa vào lò cao Quặngmịn quay trở lại sản xuất giúp tận dụng gần 300.000 tấn quặng mịn đưa vào sản xuất.Lượng chất thải rắn từ chỗ tồn đọng nhiều năm không kiểm soát được, nay đã vơi dần

và trở thành nguyên liệu phục vụ sản xuất, vừa tiết kiệm tài nguyên, vừa giải quyết ônhiễm môi trường, vừa hạ giá thành sản phẩm

Ngoài ra, phải kể đến lượng bụi sinh ra trong quá trình nghiền nguyên liệu, saukhi sàng khô, người ta xử lý bằng cách tiến hành sàng ướt để khử bụi tận gốc

Để xử lý bụi phát sinh trong quá trình sấy bán thành phẩm, tiến hành tạo ẩm hợp

lý cho nguyên liệu (để lượng ẩm < 5%), để không phải qua công đoạn sấy nữa

Với bụi phát sinh trong quá trình nghiền sàng và đóng bao bì sản phẩm, ở côngđoạn này người ta lắp đặt 6 hệ thống xyclon rửa bụi, 4 hệ thống hút, xử lý bụi máyđóng bao bì thu hồi triệt để bụi, không để cho bụi phát sinh ra ngoài đảm bảo cho môitrường

Lượng bụi lại đem rửa qua lắng lọc trong hệ thống thu hồi làm phân lân mịn

làm nguyên liệu trong sản xuất HF, nguyên liệu trong quá trình sản xuất gốm sứ Chất thải rắn khác là xỉ Ni, Fe trong quá trình nung lò cao Lượng xỉ này đượctháo ra định kì sau mổi mẻ nung nguyên liệu

3.3.4.3 Nước thải

Nước thải phát sinh trong quá trình: làm lạnh lò cao, sàng ướt nguyên liệu trướckhi vào lò, bơm nước làm lạnh nguyên liệu lỏng, nước của quá trình trung hòa khíthải

Phương án xử lý: phải lắp đặt hệ thống thu triệt để các nước thải trên dẫn ra các

bể lọc

- Đối với nước thải từ việc làm lạnh lò cao, sàng ướt nguyên liệu trước khi vào

lò, bơm nước làm lạnh nguyên liệu có thể dẫn trong cùng một đường ống , trong nướcchủ yếu là bụi quặng nên sau khi qua các bể lắng lọc thu triệt để lượng bụi này để cóthể quay trở lại làm nguyên liệu như quặng mịn Còn nước sau khi đã được xử lý cóthể tuần hoàn trở lại làm 3 nhiệm vụ: làm lạnh lò, sàng ướt nguyên liệu, bơm nước

làm lạnh liệu lỏng Nước này qua bộ phân trao đổi nhiệt để hạ đến nhiệt độ theo yêucầu.

H2S + Ca (OH)2  CaS2 + H2ONước sau quá trình này có độ pH nằm trong vùng axit sẽ dẫn qua bể trung hòa đểđạt đến môi trường trung tính rồi mới được thải ra môi trường Thực tế nước này cóchứa một số nguyên tố vi lượng nên được phép thải ra môi trường thủy sinh có lợi chothủy vật

Nước thải có độ pH từ 6,5- 7,5 vì lượng khí HF trong nước thải chỉ được xácđịnh một cách tương đối nên quá trình trung hòa nước thải bằng sữa vôi không thếlàm được một cách triệt để Nước thải sau khi sử lý có thể hơi kiềm hơn hoặc hơi axithơn Biện pháp sử lý là cho lượng nước thải đi qua một bể trung hòa lần cuối cùng đểđảm bảo lượng nước thải thải ra môi trường là trung tính

3.3.4.5 Ô nhiễm môi trường đất

Tình trạng chung là nông dân Việt Nam sử dụng phân bón không hợp lí, bón quánhiều làm lượng phân mà cây không hấp thụ được sẽ tồn dư trong đất quá lâu trởthành một nhân tố gây ô nhiễm, làm biến đổi thành phần đất, mất cân bằng các yếu tốtrong đất

Chính vì thế đòi hỏi cả nhà sản xuất và người sử dụng phải có ý thức bảo vệ môitrường, sản xuất sạch và sử dụng hợp lý