đề tài công nghệ sản xuất phân lân nung chảy

đề tài công nghệ sản xuất phân lân nung chảy

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

ĐỀ TÀI :CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN LÂN NUNG CHẢY

PHẦN1 : MỞ ĐẦU

1/ Vai trò của phân bón.

Phân bón là thức ăn của cây trồng, nguồn dinh dưỡng chủ yếu cho cây phát triển Trên từng loại đất, từng loại cây trồng cũng như ở các giai đoạn sinh truởng và phát triển mà cây cần những số lượng và chất lượng khác nhau Theo khối lượng, chất dinh dưỡng có 2 nhóm, đa lượng: nitơ, photpho, kali và vi lượng: Mg, Mn,

Bo, Zn… Theo nguồn gốc, phân bón chia thành hai loại: Phân bón hữu cơ có nguồn gốc từ động thực vật và phân vô cơ được tổng hợp từ các loại hóa chất hoặc khoáng chất phân rã

Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp, phân bón đã góp phần đáng kể làm tăng năng suất cây trồng, chất lượng nông sản Theo đánh giá của Viện Dinh dưỡng Câytrồng Quốc tế (IPNI), phân bón đóng góp khoảng 30-35% tổng sản lượng cây trồng Như vậy cho thấy vai trò của phân bón có ảnh hưởng đến năng suất, sản lượng quốc gia và thu nhập của nông dân thật là to lớn!

2/ Giới thiệu về phân lân nung chảy:

Phân lân nung chảy hay còn gọi là phân lân thủy tinh là một hỗn hợp

photphat silicat(Ca và Mg).Thành phần của phân lân nung chảy gồm chủ yếu là: 4(Ca,Mg)O.P2O5

Ưu điểm của phân lân nung chảy:

Trong thành phần có bổ xung 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 , vv

Silic : tích lũy trên cây hòa thảo ( ngô , lúa , cao lương ) làm cây cứng cáp , giảm sâu bệnh

Mặt khác đây là loại phân có tính kiềm thích hợp với các loại đất phèn ,đất chua Lân trong phân lân tồn tại ở dạng không hòa tan trong nước nên hiệu quả đối với cây trồng chậm hơn phân supe nhưng lại có hiệu quả bền lâu vì không bị chuyển thành dạng cây khó hấp thụ

Với các loại đất có dung tích hấp thụ lớn và giữ lân như đất phù sa chua , đất phèn , đất pheralit chua, …vv thì hiệu quả của lân nung chảy cao hơn rất nhiều so với supe lân

3/.Tình hình sản xuất phân lân nung chảy hiện nay trên thế giới và trong nước.

- Thực tế hiện nay, nhu cầu sử dụng phân bón trong sản xuất nông nghiệp ở các quốc gia là rất lớn.Theo số liệu năm 2006-2007, số lượng phân bòn được sử dụng ở:

Trung Quốc la 48,8 triệu tân

Ấn Độ là 22,045 triệu tấn

Mỹ là 20,821 triệu tấn

EU là 13,86 triệu tân

Việt Nam là 2,604 triệu tấn.Trong đó lượng phân lân sử dụng là 0,634 mới

đáp ứng được 30% nhu cầu sử dụng.

- Muốn đáp ứng được nhu cầu phân bón hiện tại và sự phát triển sản xuất nông nghiệp trong những năm sau này thì không thể theo con đường nhập khẩu ngày một tăng về phân bón mà phải phát triển sản xuất để đáp ứng tối đa nhu cầu của nông nghiệp và cải thiện chất lượng phân bón giúp người nông dân không cần bón nhiều mà vẫn đạt hiệu quả

Một trong những công nghệ sản xuất phân bón mang lại hiệu quả tương đối cao hiện nay la công nghệ sản xuất phân lân bằng phương pháp nhiệt nói chung và phân lân nung chảy nói riêng.Đây là công nghệ đơn giản, đầu tư tư bản thấp,giá thành sản phẩm hạ.Tùy thuộc vào nguyên liệu và phương pháp chế biến mà sản phẩm có hàm lượng 16-36% P2O5 hữu hiệu

PHẦN II TỔNG QUAN

I/ Cơ sở lý thuyết.

Nguyên liệu chính để sản xuất phân lân nung chảy là apatit và các loại đá olivine , secpangtin,dolomite được nung chảy bằng than cốc ở 1450 – 15000C trong lò cao tương tự lò luyện gang thép

2Ca5F(PO4)3 +SiO2 +H2O = 3Ca3(PO4)2 +CaSiO3 +2HF

Nguyên tố F trong tinh thể quặng apatit được tách ra khỏi nguyên liệu , toàn bộ sảnphẩm chảy lỏng.Dùng một tia nước lạnh áp suất cao làm lạnh đột ngột sẽ tạo ra

Ca3(PO4)2 có cấu tạo tinh thể giống với thủy tinh, đặc biệt dễ hòa tan trong môi trường đồng đất chua

II Đặc điểm sử dụng nguyên,nhiên liệu trong sản xuất phân lân nung chảy.

1/ nguyên liệu

Chất lượng phân lân nung chảy phụ thuộc cơ bản vào chất lượng nguyên liệu đểsản xuất nó.Trong đó quặng photphat là nguyên liệu chính quyết định thành phần dinh dưỡng của sản phẩm

1.1/Quặng phốt phát (quặng apatit).

Quặng apatit có công thức là Ca5X(PO4)3 (X=F,Cl,OH) thông dụng hơn cả vẫn là Floapatit Ca5F(PO4)3 hoặc viết khác đi 3Ca3(PO4)2CaF2.Từ công thức hóa học này

ta thấy quặng apatit chứa các thành phần chủ yếu sau:

CaO:55% P2O5:42% F:3%

Ca5F(PO4)3 thường tồn tại dưới dạng tinh thể hình lục giác nó là tập hợp các tinh thể có kết cấu chắc và mịn Apatit có màu hơi xanh vàng nhạt hay vàng lục.Màu sắcnày là do sự biến đổi thành phần hóa học có trong quặng Apatit có trong lượng riêng 1,5-2,2 tấn(m2).Nhiệt độ nóng chảy 1400-1600oC.Ngoài thành phần chính ra apatit còn có các tạp chất

1.2/Chất trợ dung:

Chất trợ dung sử dụng để sản xuất PLNC là Secpentin (đá xà vân) dolomit, quặng magienit Nhưng ở nước ta thường sử dung đá Sepentin có màu xanh lá cây, xẫm như vỏ chai, xen lẫn nhưng phần đá trắng, loang lổ giống như một mảnh đá rắn Đá xà vân thuộc loại đá siêu bazo hình thành từ lâu đời do những khối nóng chảy trong lòng trái đất theo các kẽ nứt trào lên rồi đông đặc lại.Nó thuộc loại nghèo SiO2 nhưng lại có nhiều khối lượng khác

Đá xà vân có công thức tổng quát: Mg6(Si4O6)(OH)3 , tạp chất thường là Fe, Al,

Ca, Cu, Cr, B, Mo, Ni, Co…chúng thay thế một phần Mg trong công thức tổng quát làm cho đá có nhiều màu sắc khác nhau

*Ngoài nguyên liệu chính trên còn sử dụng thêm một số loại đá và quặng khác nhau như:

sử dụng nó rất hạn chế

2.2/ Dầu Mazut

Dầu mazut là một nhiên liệu cung cấp năng lượng khá lớn, quá trình thao tác dễ

dàng, chất lượng sản phẩm tốt Nhưng chỉ phát triển ở một số nước có công nghệ khai thác dầu mỏ

2.3/ Than.

Than là nguyên liệu được sử dụng rộng rãi nhất, dùng than khó thao tác hơn điện

và dầu Mazut Mặt khác sản phẩm thu được có nhiều tạp chất không được tinh khiết Khi duy trì than cần phải có những yêu cầu sau:

vào lớp vật liệu.Điện vòa lò sinh ra hồ quang điện giữa các điện cực,nhiệt sinh ra

có nhiệt độ 1500 -16000C làm cho phối liệu hóa mềm chảy lỏng

Ưu điểm:

Nhiệt độ cao làm phối liệu được nóng chảy hoàn toàn

Thu được sản phẩm tinh khiết

Đây là loại lò được sử dụng tương đối phổ biến nhất nước ta , vì nhiên liệu sử dụng

là than nên phù hợp với nhiều nước

Ưu điểm:

thao tác dễ dàng

vốn đầu tư xây dựng ít

đặc biệt có thể phát triển được ở các địa phương

Nhược điểm:

Không sử dụng trực tiếp quặng bột được nếu sử dụng dạng bột phải đem đóng bánh

4./ Lựa chọn phương pháp sản xuất.

Dựa vào phương các ưu nhược điểm của các phương pháp sản xuất ở trên Ta thấy phương pháp sản xuất tối ưu nhất là phương pháp lò cao đi từ nguyên liệu là than

5./ Sơ đồ nguyên lý sản xuất phân lân nung chảy:

Lọc bụi

Kẹp hàm

Sản phẩm

Thuyết minh dây truyền.

Quặng apatit, đá secpentin được gia công, đập, nghiền sàng , rửa , phối liệu đúng thành phần và chuyển nạp vào đỉnh lò cùng với nhiên liệu đốt Nhiên liệu đốt là than và khí nóng Phối liệu được đưa vào lò nhờ hệ thống nạp liệu tự động

Phối liệu được nung đến nhiệt độ 14000C ÷ 14500C , ở nhiệt độ này phối liệu bị

chảy lỏng khi nâng nhiệt độ lên 1450 0 C ÷ 1500 0 C độ linh động tăng cao nhờ nhiệt

của than và gió nóng

Liệu lỏng được tháo liên tục ra khỏi lò cao ở đáy lò

Liệu lỏng được tôi đột ngột ngay khi chaye ra khỏi đáy lò với áp lực cao 1,5÷3 atm,có khi đến 5 atm

Bán sản phẩm được chuyển ra qua bãi ráo

Đưa bán sản phẩm vào sấy để đạt độ ẩm < 1% rồi đưa sang thiết bị nghiền, sàng vàthu sản phẩm đạt yêu cầu

Sản phẩm chưa đạt kích thước yêu cầu (805 qua sàng 0,15mm) thì được quay lại nghiền

Phần khí thải của lò cao qua thiết bị lọc bụi , hấp thụ , xử lý làm sạch rồi thải ra ngoài

Xỉ Ni và Fe đưojc chảy xuống đáy của lò cao được tháo ra định kì

Các hạt quặng nhỏ hơn kích thước yêu cầu được thu hồi ép thành viên rồi đưa vòa

lò cao để sản xuất lại

PHẦN II : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

I/ Bản vẽ chi tiết dây truyền công nghệ

II/ Các công đoạn sản xuất.

2.1/chuẩn bị nguyên liệu, nhiên liệu.

Nguyên liệu, nhiên liệu vận chuyển từ nơi khai thác về địa điểm sản xuất có kích thước không đồng đều.Do đó trước khi phối liệu việc cần thiết trước tiên là phải chuẩn bị tốt nguyên nhiên liệu.việc chuẩn bị đó được tiến hành theo các bước sau đây:

2.1.1/ Cỡ hạt.

Trước khi phối liệu nguyên nhiên liệu cần phải tiến hành qua các quá trình gia công cơ học , cỡ hạt gia công tùy thuộc vào đường kính của lò.Nếu cỡ hạt to quá thì quá trình nung luyện lâu, tốn nhiều than,áp suất lò giảm, không đủ để đẩy cột liệu nóng chảy ra ngoài.Nếu cỡ hạt nhỏ quá làm tăng trở lực của lò , dễ gây ra hiện tượng đóng tảng kết khối.Vì vậy cần phải chọn cỡ hạtc pó kích thước phù hợp,cỡ hạt đó phụ thuộc vào kích thước lò nung

Trong thành phần của phân lân nung chảy có 4 thành phần chủ yếu : P2O5 ,

CaO ,MgO , SiO2 Việc khống chế tỉ lệ giữa các thành phần trên liên quan đến nhiệt độ nóng chảy của phối liệu, độ nhớt của phối liệu chảy lỏng , đến thành phần

và chất lượng của sản phẩm Vì thế việc xác định tỉ lệ phối liệu chính xác là một vấn đề rất quan trọng.Muốn vậy trước tiên chúng ta cần phải nghiên cứu tác dụng của từng thành phần trong phối liệu

a/ Đối với P 2 O 5

P2O5 trong thành phần càng cao thì chất lượng phân bón càng tốt Nhưng trong phối liệu mà vượt quá 25% thì nhiệt độ của phối liệu cao, tốn nhiên liệu , tốc độ

kết tinh lớn, thao tác khó khăn ,hiệu suất chuyển hóa không cao.Cho nên trong quặng khi phối liệu tuy chứa P2O5 cao( 38 – 40%).Nhưng thực tế sau khi phối liệu

P2O5 có trong sản phẩm chỉ đạt 18 – 21 % Nếu P2O5 ít quá thì sản phẩm thu được

có hàm lượng P2O5 nhỏ,chất lượng sản phẩm thấp, tốc độ kết tinh chậm.Do đó trong phối liệu thường khống chế P2O5 ≤ 25%

b/ Đối với CaO.

Thành phần CaO trong phối liệu càng lớn thì nhiệt độ nóng chảy của phối liệu càngcao.Như vậy khi có mặt của SiO2 sẽ giảm tác dụng nâng cao nhiệt độ chảy lỏng phối liệu của CaO Nếu CaO quá nhiều thì sẽ làm cho P2O5 trong phố liệu giảm thấp.Do đó trong sản xuất phải khống chế theo tỷ lệ nhất định để đảm bảo tỉ lệ kiềm trong phân lân nung chảy

c./ Đối với SiO 2

SiO2 ngoài tác dụng đã nêu ở trên thì P2O5 và SiO2 quyệt định độ axit của phân bón.ở nhiệt độ lớn hơn 14000C thì tính axit của SiO2 lớn hơn của P2O5 Nhiệt độ càng cao thì tính chất đó càng thể hiện rõ rệt,Lượng SiO2 trong sản phẩm chiếm 20-25%.Tuy không lớn lắm nhưng mà có mặt của SiO2 có tác dụng phá vỡ mạng lưới tinh thể quặng phốt phát và đẩy Flo ra ngoài theo phản ứng:

2Ca5(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2HF

4Ca5F(PO4)3 + 3SiO2 = 6Ca3(PO4)2 + 2CaSiO3 + SiF4

Vì SiO2 có tính chất axit lớn hơn P2O5 trong phối liệu nhiều sẽ làm tổn thất P2O5

tăng lên.Mặt khác SiO2 còn tan lẫn vào tinh thể quặng phốt phát làm cho tinh thể bịbiến dạng dẫn đến làm giảm lực tương tác tạo mạng tinh thể Do đó sẽ làm giảm tốc độ kết tinh và hạ thấp nhiệt độ chuyển dạng

Nếu như hàm lượng tinh thể SiO2 trong phối liệu quá ít thì việc phá vỡ mạng tinh thể khó, tốc độ kết tinh nhanh, nhiệt độ chảy lỏng của phối liệu cao.Ngược lại nếu SiO2 quá nhiều thì hàm lượng P2O5 trong thành phẩm giảm và nhiệt độ nóng chảy của phối liệu tăng cao hiệu suất chuyển hôas giảm và phốt pho dễ bị thăng hoa và tổn thất.Vì vậy cần phải chọn hàm lượng SiO2 trong phối liệu theo tỉ lệ kiềm trong

d./ Đối với MgO

MgO có tác dụng hạ nhiệt độ nóng chảy của phối liệu chảy lỏng có dộ nhớt nhỏ, hạn chế được tốc đọ kết tinh của apatit do Flo và nhôm gây ra Nếu MgO nhiều quá

sẽ làm tăng nhiệt độ chảy lỏng của phối liệu Trong phối liệu MgO chiếm khoảng 20-25% ở nhiệt độ 1450oC nó ở dạng MgO.SiO2, MgO.Al2O3, MgO.Fe2O3 và chủ yếu ở dạng CaO.MgO.SiO2

e./ Đối với Al 2 O 3 và Fe 2 O 3

Nếu trong phối liệu quá nhiều R2O3 sẽ làm cho phối liệu khó chảy lỏng làm cho Flo dễ kết tinh trong Apatit, hiệu suất chuyển hóa giảm(R= Al và Fe) Ngược lại nếu không có chúng đặc biệt là Al cũng làm cho hiệu suất chuyển hóa giảm vì sự

có mặt của chúng sẽ làm hạn chế sự kết tinh của Canxi photphat về trạng thái ban đầu (trạng thái không hiệu quả)

2.1.3./tỉ lệ phối liệu và cách tính phối liệu.

Tỷ lệ cao nhất trong thành phân lân nung chảy là P2O5 ,CaO, MgO,SiO2 chúng chiếm trên dưới 90 % tổng các thành phần.cho nên khi phối liệu phải căn cứ vào 4 thành phần đó Khi nghiên cứu tỷ lệ phối liệu các nhà khoa học đều lấy quặng photphat làm chuẩn để tính toán Do đó tùy từng nơi có các loại quặng khác nhau

mà tỷ lệ phối liệu cũng khác nhau

Ví dụ : - ở Liên Xô dùng quặng apatit trộn với olivine theo các tỉ lệ ; 1 mol P2O5

ứng với 3 – 5 mol CaO, 1-2 mol MgO và 1 – 2 mol SiO2

Ở Mỹ áp dụng tỉ lệ quặng lân / olivine =2/1

ở Nhật tỉ lệ này là 3,5/1

ở Việt Nam trong sản xuất phân lân nung chảy hiện nay thì phối liệu quặng apatit

có với quặng secpentin theo tỷ lệ MgO /P2O5 = 2- 3

độ kiềm :MgO+CaO SiO 2 =1,8 – 2,7

với tỷ lệ này để hạ thấp nhiệt độ nóng chảy của phối liệu hạn chế tổn thất P2O5 và đạt mức độ chuyển hóa cao nhất ) MgO/CaO 0,5 – 1.Căn cứ vào các quan hệ này người ta tính toán được tỉ lệ của mỗi loại nguyên liệu cần phối liệu

Ngoài ra người ta còn xác định tỉ lệ than so với nguyên liệu như sau:

+ Nếu dùng than cốc : y – trọng lượng than

X - trọng lượng đá secpentin

100 - trọng lượng apatit

(Nói chung về than có phối liệu 20- 30% trọng lượng của hỗn hợp nguyên liệu)

Để tính toán tỉ lệ phối liệu người ta thành lập bảng thành phần sau:

Loại nguyên

nhiên liệu

Tỉ lệ phần trọng lượng

Từ bảng trên ta có thể tính đương lượng thành phần trong quặng như sau:

3.1/ quá trình nung luyện

Đã từ lâu có nhiều giả thuyết về quá trình nung luyện sản xuất phân lân nung chảy.Xong gần đây các nhà khoa học đã đi tới một số ý kiện thống nhất :Qúa trình nung luyện là một quá trính lý hóa phức tạp, trong đó quá trình lí học là chủ yếu vì bản chất của quá trình là sự thay đổi mạng lưới tinh thể dưới tác dụng của nhiệt , quá trình này xảy ra theo 3 giai đoạn : Tăng nhiệt, hóa mềm chảy lỏng , và quá nhiệt

1 khu vực tăng nhiệt

2 khu vực hóa mềm

Chảy lỏng

3 khu vực quá nhiệt

Không khí được thổi vào lò cao qua

các mặt gió phân phối khí đều đặn theo

góc độ nhất định ( mặt gió chính đặt

xiên góc , mặt gió phụ đặt vuông

góc )theo chiều cao của cột liệu mà

nhiệt độ tăng dần từ trên xuống dưới

Khu vực tăng nhiệt ( khu vực 1) có

nhiệm vụ bốc hơi nước và đốt cháy cao

hợp chất hữu cơ , tại đây nguyên nhiên

liệu được sấy khô , khí lò ra được làm

lạnh

Khu vực 2 ( khu vực hóa mêm chảy

lỏng , tại khu vự này than cháy mãnh

liệt nhiệt độ đạt đến nhiệt độ nóng chảy

của phối liệu và làm chi phối liệu hóa

mềm chảy lỏng hay nói cách khác là

tại đây phối liệu chuyển từ trạng thái

rắn sang trạng thái lỏng

Khu vực 3 ( khu vực quá nhiệt) tại khu vực này không chế cao hơn nhiệt độ nóng chảy của phối liệu 100-1500C nhằm mục đích cho phối liệu nóng chảy hoàn toàn.Không khí đi vào gặp than xảy ra phản ứng oxy hóa :

C + O2 =CO2 + 97.800 Kcal

C + O2 = 2CO + 59.400 Kcal

C + CO2 =CO - 30.400 Kcal

Ở nhiệt độ cao còn có các phản ứng sau:

2Ca5(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2HF

4Ca5F(PO4)3 + 3SiO2 = 6Ca3(PO4)2 + 2CaSiO3 + SiF4

2Ca3(PO4)2 + 10C + 6SiO2 = 6 CaSiO3 + P4 + 10CO

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

NiO + C = Ni + CO

Tất cả các kim loại tách ra được lấy ra ở đáy lò cao.( nhưng chủ yếu là Ni)

3.2/ Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nung luyện.

3.2.1 Yếu tố nhiệt độ.

Đây là yếu tố chủ yêu ảnh hưởng đến quá trính nung luyện Nếu nhiệt độ cao thì quá trình nung luyện dễ dàng ,màng tinh thể phá vỡ hoàn toàn , phối liệu được hóa mềm chảy lỏng hoàn toàn.Nếu nhiệt độ thấp quá thì không đủ nhiệt độ để phối liệuchảy lỏng.Vì thế không thể khống chế nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của phói liệu.Do đó vấn đề đặt ra là cần phải nghiên cứu đúng điểm của phối liệu để quy định chế độ nhiệt cần khống chế cho thích hợp