新型肥料聚磷酸铵的发展与应用.doc

新型肥料聚磷酸铵的发展与应用 第4期汪家铭:新型肥料聚磷酸铵的发展与应用 新型肥料聚磷酸铵的发展与应用 汪家铭 (川化集团有限责任公司,四川成都610301) 摘要:聚磷酸铵是一种性能优良的非卤阻燃剂,近年来开始逐渐进入化肥使用领域,在农业上是 配制高浓度液体多功能复合肥料一种很好的原料,并具有一定的缓释与螯合作用,符合当前复合肥 料高效化,液体化,缓效化,专用化,多成分化和多功能化的发展趋势.本文介绍聚磷酸铵的物化性 能,制取工艺,生产现状及其在农业生产中作为新型肥料使用的应用前景,并对国内聚磷酸铵今后 的发展提出了一些建议. 关键词:聚磷酸铵;性能;制取;应用 doi:10.3969d.issn.1007-2217.2009.04.001 聚磷酸铵,又称多聚磷酸铵或缩聚磷酸铵,英 文名ammoniumpolyphosphate.简称APP,属无毒 产品.是链状含磷,氮的无机聚合物.它广泛用于 塑料,橡胶,纤维,木材,纸张,作无机阻燃处理剂, 也用于配制膨胀性防火涂料,用于船舶,火车,电 缆及高层建筑的防火处理.还用于生产干粉灭火 剂,用于煤田,油井,森林大面积灭火,以及用于生 产饲料添加剂,液体洗涤剂,粘接剂,离子交换 剂_】].此外.作为一种新型肥料,聚磷酸铵目前已 开始越来越多地进入化肥使用领域,特别是大量 用作配制高浓度液体复合肥料的基础磷肥. 1物化性能 聚磷酸铵外观为白色粉末,是一种含氮和 磷的聚磷酸盐,化学式(NH,PO),分子通式为 (NH)(轭)Pn0(3n+1].当n为l0～20时,它为水溶 性,称为短链APP或水溶性聚铵,易潮解,常温下 容易结块,但不影响产品性能与使用;当n大于 20时,它为难溶性,称为长链APP或水不溶性聚 铵,不易潮解,不溶于水,但同其他助剂有良好的 互溶性.聚磷酸铵按其聚合度可分为低聚,中聚以 及高聚3种类型,其聚合度越高,水溶性越小,反 之则水溶性越大;按其结构可以分为结晶形和无 定形,结晶态聚磷酸铵为长链状水不溶性盐.有I 到V型5种变体[2].水溶性聚铵和水不溶性聚铵 的技术指标见表l. 收稿日期:20o9一O8—21 表1水溶性聚铵和水不溶性聚铵的技术指标 聚磷酸铵具有化学稳定性好,吸湿性小,分散 性优良,比重小,毒性低等优点.其聚合度不同,用 途也不同.一般来说,聚合度较低的产品是水溶性 的,用作肥料或者作为织物处理剂,食品添加剂使 用.聚合度高的水不溶性的长链聚铵可作为塑料 和涂料的阻燃剂使用[3]. 近年来.我国逐渐开始重视聚磷酸铵的研究 和应用,重点集中在对聚磷酸铵的一高一低聚 合度的开发工作.对于高聚合度聚磷酸铵,主要是 作为新型无毒无机阻燃剂的原料.而对于低聚合 度的聚磷酸铵.主要是作为高浓度肥料,尤其是全 水溶性复合肥料的产品开发[4]. 2制取工艺 2.1制取聚磷酸铵 聚磷酸铵的生产方法很多.常见的生产方法 主要有磷酸尿素缩合法,磷酸铵盐尿素缩合法以 及磷酸铵五氧化二磷聚合法3种[5]. 2.1.1磷酸尿素缩合法 2杭州化工2009年12月2009.39(41 它是将一定质量配比的磷酸和尿素加入到反 应釜中混合溶解,通常磷酸与尿素的摩尔比为 1:1.5—2.0,然后置于沸腾床进行沸腾聚合.在物 料发泡后,调节排氨量,保持沸腾床内氨压在9-3 ～ 46.6kPa,控制反应温度在140—200cc.随着 温度的上升,物料聚合固化,继续控制温度和压 力,保温,最后冷却出料,得到松脆的白色产物,将 该产物粉碎至需要的粒度后即得到产品.在反应 中,尿素既是氨源,又起到缩聚剂的作用,保持反 应物在气相中有足够的氨浓度和促进聚磷酸铵 的脱水缩聚. 该法是目前中小企业普遍采用的生产方法. 用于生产水溶性短链聚磷酸铵,工艺简便易行.过 程参数要求容易实现,投资少,操作安全,但所得 产品聚合度不高,只能用作肥料和防火涂料.不能 用作塑料的阻燃剂.此外.采用尿素作缩合剂,在 高温下尿素会迅速分解,短时间内排出大量的气 体,会使反应过程中大量发泡从而极易溢料,导致 反应器的单体体积产量过低.还需要设置较大型 的废气回收装置,既增加了设备投资,也给生产带 来许多麻烦. 2.1.2磷酸铵盐尿素缩合法 它采用的磷酸铵盐可以是磷酸二氢铵,也可 以是磷酸氢二铵,或者是两者的混合物.它与磷 酸尿素缩合法相比,除初始原料不同外,后期生 产工艺基本相同.磷酸二氢铵和尿素按摩尔比1: 2进行混合.放入箱式聚合炉内在220℃左右的 高温下缩合反应1h,通常在聚合过程中加入一 定量的溶剂,如液体石蜡.在合成过程中通人流 动的氨气.磷酸铵盐和尿素在湿氨条件下进行聚 合,反应较为完全,经过冷却,粉碎即得到聚磷酸 铵产品. 该法较好地保持了反应过程中的氨环境,反 应温度比磷酸尿素缩合法高,能够较好地控制产