介绍聚磷酸铵的生产及应用

聚磷酸铵(简称APP)是化学组成类似、结构和性质有一定区别的一类无机聚合物。聚磷酸铵有结晶型和无定形(玻璃态)2种固体形态。结晶型聚磷酸铵具有Ñ~Ö6种晶型,Ñ型和Ò型晶型较为常见。Ñ型结构为亚稳定状态,结构表面粗糙,氧键置于表面,Ò型结构链较长且伴有交联结构,故Ñ型水溶性优于Ò型,但Ò型结构比Ñ型要稳定。不同晶型结构的聚磷酸铵可用X射线粉末衍射来鉴别,在适当温度下可相互转化。

聚磷酸和无水氨分别经管道进入反应器,反应器内配有搅拌装置,使酸与无水氨混合。聚磷酸的氨化是放热反应,需在反应器内部安装蛇形冷却管进行冷却,但温度不能太低,防止产物粘在冷却管壁上。产物从反应器底部出来,进入固化器,再经过冷却、粉碎即得产品。反应器内的搅拌速度、温度、压力和反应时间对产物的组成有较大影响。搅拌速度加快、反应器内氨压力增大,有利于反应时间缩短,氨化程度增大,所得产品为聚合度小于10的低聚物,可用于液体肥料和阻燃浸渍剂。随后对该工艺进行了部分改进,原料采用P2O5质量分数为83%~90%的聚磷酸,熔融状态的产物从反应器底部出来,静置冷却24h,加水溶解析出白色结晶,过滤,干燥得成品,滤液副产物为液体肥料。

中国自20世纪80年代以来,对采用工业尿素和磷酸合成聚磷酸铵进行了研究。将一定比例磷酸和尿素均匀混合预热,放入箱式聚合炉内发泡、聚合和固化,得白色疏松的固体,经冷却、粉碎得产品。该法设备简单,投资少,但生产出的聚磷酸铵聚合度低,是目前中小企业普遍采用的生产方法。影响产品质量和产率的因素为配料比、反应温度、反应时间等。在该法中,尿素使用量少,缩合不完全,聚合度低;尿素使用量多,氨的损失增大,且不易固化。加热温度过高,完成缩聚的时间缩短,脱氨的速度加快,同时氨的损失也越大;而温度过低,所得产品聚合度也低,且稳定性差。泡沫层的高度容易导致温度不均匀,反应速度不一。聚合时间的长短也同样影响产品的质量,且聚合时间过长,设备生产能力下降,能耗增加。

聚磷酸铵含有农作物生长所需的氮、磷2种元素,其N质量分数为14.6%~22.8%、P2O5质量分数为57.7%~73.2%,是一种高浓度含氮、磷肥料。低聚合度聚磷酸铵由于水溶性好,养分易于被作物吸收利用,常制成农用固体肥料和液体肥料形式,作为高浓度肥料使用。聚磷酸铵不能被植物直接吸收,而是在土壤中缓慢水解成正磷酸盐后,才能被植物吸收,水解速率随温度和时间的增加而增加。国外常见的聚磷酸铵肥料是液体浓缩物形式肥料,如牌号CL-10-34-0,CL-8-24-0等。在聚磷酸铵生产工艺中,熔融态产品固化前加水冷却过滤,低聚合度的滤液可用作液体肥料,其具有氮磷含量高、pH近乎中性、盐析温度低、对一些金属离子有螯合作用等特点,可以作为基肥添加一些微量元素提高肥效。

近年来,中国逐渐重视聚磷酸铵的研发,重点集中在聚磷酸铵的/一高一低0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型无机阻燃剂的原料;对于低聚合度的聚磷酸铵,主要是作为高浓度肥料,尤其是全水溶性肥料的产品开发。

高聚合度聚磷酸铵作为无机磷阻燃剂系列重要品种之一,单独使用或与其他添加剂一起配成阻燃体系,都表现出优良的阻燃性能。随着工艺技术的改进,生产成本的降低,以聚磷酸铵为主剂的阻燃剂将得到较快的发展。

低聚合度聚磷酸铵是一种性能优良、安全高效的高浓度肥料。随着中国节水农业的发展,水溶性聚磷酸铵必将得到更广泛的应用。

 

 

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