颜 鑫

    (湖南化工职业技术学院化学工程学院 湖南株洲 412004)

    化工生产中有些化学反应是一步完成的,有些分为两步、三步甚至多步才能完成,这些分步反应常有一个显著的特点,就是两步或多步反应相加应等于总反应。普通过磷酸钙(简称过磷酸钙,亦称普钙)是一种最常用的水溶性速效磷肥,主要成分是水合磷酸二氢钙[Ca(H2PO4)2·H2O,又称磷酸一钙]和CaSO4,其生产原理由两步组成[1-2]。第一步由H2SO4分解磷矿粉[主要成分是氟磷酸钙Ca5(PO4)3F]产生H3PO4、CaSO4和HF,第二步由产生的H3PO4与剩余的磷矿粉反应生成Ca(H2PO4)2·H2O和HF,化学反应过程如下:

    第一步:Ca5(PO4)3F+5H2SO4→5CaSO4+3H3PO4+HF↑

    (1)

    第二步:Ca5(PO4)3F+7H3PO4+5H2O→5Ca(H2PO4)2·H2O+HF↑

    (2)

    总反应:2Ca5(PO4)3F+7H2SO4+3H2O→7CaSO4+3Ca(H2PO4)2·H2O+2HF↑

    (3)

    副反应:Ca5(PO4)3F+2H3PO4+10H2O→5CaHPO4·2H2O+HF↑

    (4)

    3Ca5(PO4)3F+H3PO4+10H2O→

    5Ca3(PO4)2·2H2O+3HF↑

    (5)

    第一步反应中的CaSO4为CaSO4·1/2H2O,第二步反应结束后才转化为无水CaSO4,为了简化反应过程,直接用无水CaSO4代替。在实际生产中,这两步反应是过磷酸钙生产过程的两个不同阶段,也是在不同反应器中进行的。第一步反应主要在混合器中进行,是快速放热反应,反应时间仅为1～6 min,所需时间取决于磷矿粉的种类及粒径、H2SO4的浓度及温度、混合器类型等;磷矿粉主要为粉碎至D90通过0.15 mm(100目)筛的磷灰石或磷块岩粉末,混合器通常采用立式。第二步反应在化成室和熟化仓库中进行,化成室又分为回转化成室、皮带化成室、链板化成室等,化成时间需要20～60 min,仓库熟化时间需要7～30 d,才能使磷矿粉的总分解率达到94%～96%,所需时间取决于磷矿粉的种类及粒径、H2SO4的浓度及温度、化成器类型等 ......