Nghiên cứu xây dựng các giải pháp khoa học và công nghệ nhằm nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm hoá chất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.46 MB, 56 trang )
Bộ công thơng
trung tâm thông tin khoa học kỹ thuật hóa chất
Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ
nghiên cứu các giải pháp khoa học
và công nghệ nhằm nâng cao chất lợng
và khả năng cạnh tranh của sản phẩm hóa chất
Chủ nhiệm đề tài: ts . trần kim tiến
6774
04/4/2008
hà nội - 2007
TNG CễNG TY HểA CHT VIT NAM
Trung tõm Thụng tin Khoa hc K thut Húa cht
Đề tài cấp bộ
Nghiên cứu xây dựng các giải pháp Khoa học và Công nghệ
nhằm nâng cao chất lợng và khả năng cạnh tranh
của sản phẩm hoá chất
Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thơng
Cơ quan thực hiện: Trung tâm Thông tin KHKT Hóa chất
Chủ nhiệm Đề tài: TS. Trần Kim Tiến
H Ni, 12/2007
Mở đầu
Phân bón hóa học là sản phẩm không thể thiếu đối với sản xuất nông
nghiệp. Cùng với những tiến bộ về khoa học, công nghệ trong lĩnh vực giống,
phân bón hóa học đã giúp cho năng suất các loại cây trồng, bao gồm cả các
loại cây ngắn ngày và cây dài ngày, cây lơng thực, cây rau quả và cây công
nghiệp . không ngừng đợc tăng lên.
S
S
ả
ả
n
n
l
l
ợ
ợ
n
n
g
g
c
c
â
â
y
y
t
t
r
r
ồ
ồ
n
n
g
g
n
n
ó
ó
i
i
c
c
h
h
u
u
n
n
g
g
v
v
à
à
v
v
à
à
c
c
â
â
y
y
l
l
ơ
ơ
n
n
g
g
t
t
h
h
ự
ự
c
c
n
n
ó
ó
i
i
r
r
i
i
ê
ê
n
n
g
g
t
t
r
r
o
o
n
n
g
g
t
t
h
h
ờ
ờ
i
i
g
g
i
i
a
a
n
n
q
q
u
u
a
a
c
c
h
h
ủ
ủ
y
y
ế
ế
u
u
t
t
ă
ă
n
n
g
g
n
n
h
h
ờ
ờ
n
n
ă
ă
n
n
g
g
s
s
u
u
ấ
ấ
t
t
t
t
ă
ă
n
n
g
g
v
v
à
à
t
t
r
r
o
o
n
n
g
g
t
t
ă
ă
n
n
g
g
n
n
ă
ă
n
n
g
g
s
s
u
u
ấ
ấ
t
t
t
t
h
h
ì
ì
t
t
h
h
â
â
m
m
c
c
a
a
n
n
h
h
(
(
c
c
h
h
ủ
ủ
y
y
ế
ế
u
u
t
t
h
h
ô
ô
n
n
g
g
q
q
u
u
a
a
s
s
ử
ử
d
d
ụ
ụ
n
n
g
g
p
p
h
h
â
â
n
n
b
b
ó
ó
n
n
)
)
g
g
i
i
ữ
ữ
v
v
a
a
i
i
t
t
r
r
ò
ò
q
q
u
u
y
y
ế
ế
t
t
đ
đ
ị
ị
n
n
h
h
.
.
C
C
ă
ă
n
n
c
c
ứ
ứ
t
t
ổ
ổ
n
n
g
g
k
k
ế
ế
t
t
n
n
g
g
h
h
i
i
ê
ê
n
n
c
c
ứ
ứ
u
u
c
c
ủ
ủ
a
a
c
c
á
á
c
c
n
n
h
h
à
à
n
n
ô
ô
n
n
g
g
n
n
g
g
h
h
i
i
ệ
ệ
p
p
V
V
i
i
ệ
ệ
t
t
N
N
a
a
m
m
,
,
t
t
r
r
o
o
n
n
g
g
h
h
ơ
ơ
n
n
2
2
t
t
h
h
ậ
ậ
p
p
k
k
ỷ
ỷ
v
v
ừ
ừ
a
a
q
q
u
u
a
a
n
n
ă
ă
n
n
g
g
s
s
u
u
ấ
ấ
t
t
c
c
â
â
y
y
t
t
r
r
ồ
ồ
n
n
g
g
t
t
ă
ă
n
n
g
g
c
c
h
h
ủ
ủ
y
y
ế
ế
u
u
n
n
h
h
ờ
ờ
s
s
ử
ử
d
d
ụ
ụ
n
n
g
g
p
p
h
h
â
â
n
n
b
b
ó
ó
n
n
h
h
o
o
á
á
h
h
ọ
ọ
c
c
.
.
N
N
ế
ế
u
u
ớ
ớ
c
c
t
t
í
í
n
n
h
h
c
c
ả
ả
p
p
h
h
â
â
n
n
h
h
ữ
ữ
u
u
c
c
ơ
ơ
,
,
h
h
à
à
n
n
g
g
n
n
ă
ă
m
m
b
b
ì
ì
n
n
h
h
q
q
u
u
â
â
n
n
p
p
h
h
â
â
n
n
b
b
ó
ó
n
n
đ
đ
ã
ã
l
l
à
à
m
m
b
b
ộ
ộ
i
i
t
t
h
h
u
u
k
k
h
h
o
o
ả
ả
n
n
g
g
3
3
5
5
-
-
3
3
7
7
%
%
.
.
X
X
u
u
t
t
h
h
ế
ế
n
n
à
à
y
y
c
c
ũ
ũ
n
n
g
g
đ
đ
ú
ú
n
n
g
g
v
v
ớ
ớ
i
i
h
h
ầ
ầ
u
u
h
h
ế
ế
t
t
c
c
á
á
c
c
n
n
ớ
ớ
c
c
đ
đ
a
a
n
n
g
g
p
p
h
h
á
á
t
t
t
t
r
r
i
i
ể
ể
n
n
.
.
ở nớc ta, ngay từ sau khi hòa bình lập lại ở miền Bắc, Chính phủ đã
quan tâm đến việc đầu t xây dựng các nhà máy sản xuất phân bón hóa học,
bao gồm nhiều loại nh phân đạm, phân supe lân, phân lân nung chảy . phục
vụ cho sản xuất nông nghiệp. Mặc dầu cha bảo đảm cung ứng đợc đầy đủ
tất cả các loại phân hóa học cho nhu cầu của sản xuất nông nghiệp, song
ngành sản xuất phân hóa học của nớc ta đã có những đóng góp quan trọng
vào việc đảm bảo an ninh lơng thực quốc gia. Hiện tại, bộ sản phẩm phân
hóa học do Việt Nam sản xuất đã lên tới hơn 550 loại khác nhau, phù hợp cho
từng loại cây trồng, với những điều kiện thổ nhỡng khác nhau và đợc nông
dân ta rất a chuộng.
C
C
u
u
n
n
g
g
ứ
ứ
n
n
g
g
p
p
h
h
â
â
n
n
b
b
ó
ó
n
n
ở
ở
n
n
ớ
ớ
c
c
t
t
a
a
t
t
r
r
o
o
n
n
g
g
n
n
h
h
ữ
ữ
n
n
g
g
n
n
ă
ă
m
m
v
v
ừ
ừ
a
a
q
q
u
u
a
a
t
t
ă
ă
n
n
g
g
k
k
h
h
á
á
n
n
h
h
a
a
n
n
h
h
.
.
N
N
ă
ă
m
m
2
2
0
0
0
0
0
0
t
t
ổ
ổ
n
n
g
g
l
l
ợ
ợ
n
n
g
g
p
p
h
h
â
â
n
n
b
b
ó
ó
n
n
c
c
u
u
n
n
g
g
ứ
ứ
n
n
g
g
l
l
à
à
6
6
,
,
5
5
4
4
7
7
t
t
r
r
i
i
ệ
ệ
u
u
t
t
ấ
ấ
n
n
,
,
n
n
ă
ă
m
m
2
2
0
0
0
0
5
5
l
l
à
à
7
7
,
,
8
8
2
2
9
9
t
t
r
r
i
i
ệ
ệ
u
u
t
t
ấ
ấ
n
n
,
,
t
t
r
r
o
o
n
n
g
g
đ
đ
ó
ó
p
p
h
h
â
â
n
n
l
l
â
â
n
n
c
c
h
h
ế
ế
b
b
i
i
ế
ế
n
n
l
l
à
à
g
g
ầ
ầ
n
n
1
1
,
,
5
5
t
t
r
r
i
i
ệ
ệ
u
u
t
t
ấ
ấ
n
n
.
.
Có thể nói ở nớc ta trong nhiều thập kỷ qua, sản xuất phân bón hóa học
là một trong những ngành luôn đợc u tiên phát triển. Trong những thập kỷ
tới, sản xuất nông nghiệp của Việt Nam vẫn đóng vai trò quan trọng trong sự
ổn định và phát triển kinh tế của đất nớc thì sản xuất phân bón hóa học tiếp
tục đợc quan tâm phát triển và sẽ giữ một vị trí quan trọng trong ngành công
nghiệp hóa chất nớc nhà.
3
Tuy vậy, so với trình độ công nghệ, thiết bị của thế giới trong lĩnh vực sản
xuất phân lân chế biến, cũng nh đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng, và yêu
cầu bón phân có khoa học nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón và bảo
vệ môi trờng cũng đáp ứng tiến trình hội nhập thế giới và khu vực, ngành sản
xuất phân lân chế biến nớc ta đang đứng trớc những thách thức lớn về đổi
mới và áp dụng các công nghệ, thiết bị hiện đại nhằm nâng cao chất lợng và
tính cạnh tranh của sản phẩm. Đầu t chiều sâu và đổi mới công nghệ, nâng
cao năng lực sản xuất, đa dạng hoá sản phẩm trong lĩnh vực sản xuất phân bón
nói vhung, phân lân chế biến nói riêng là những biện pháp quan trọng kịp thời
để đẩy nhanh năng lực sản xuất phân bón phục vụ phát triển nông nghiệp, đặc
biệt trong giai đoạn phát triển hiện nay.
Mục tiêu của đề tài này là : Trên cơ sở đánh giá đợc thực trạng sản xuất,
kinh doanh và công nghệ sản xuất phân lân chế biến đề xuất các phơng
hớng phát triển công nghệ nhằm nâng cao chất lợng và tính cạnh tranh của
sản phẩm đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu của sản xuất nông nghiệp
Đề tài nghiên cứu tập trung vào hai sản phẩm chủ yếu của phân lân chế
biến đợc sản xuất và tiêu thụ rộng rãi ở nớc ta là phân lân nung chảy và
phân supe phốt phát đơn.
N
N
ộ
ộ
i
i
d
d
u
u
n
n
g
g
c
c
ủ
ủ
a
a
đ
đ
ề
ề
t
t
à
à
i
i
n
n
à
à
y
y
đ
đ
ợ
ợ
c
c
t
t
ậ
ậ
p
p
t
t
r
r
u
u
n
n
g
g
m
m
ộ
ộ
t
t
s
s
ố
ố
v
v
ấ
ấ
n
n
đ
đ
ề
ề
c
c
h
h
ủ
ủ
y
y
ế
ế
u
u
s
s
a
a
u
u
đ
đ
â
â
y
y
:
:
- Tổng quan về công nghệ sản xuất phân lân chế biến trên thế giới.
- Đánh giá thực trạng tình hình sản xuất kinh doanh và kỹ thuật công
nghệ sản xuất phân lân chế biến
t
t
ạ
ạ
i
i
V
V
i
i
ệ
ệ
t
t
N
N
a
a
m
m
.
.
- Dự báo nhu cầu và đề xuất phơng hớng phát triển công nghệ nhằm
nâng cao chất lợng và tính cạnh tranh của các sản phẩm phân lân chế biến.
Đ
Đ
ể
ể
t
t
h
h
ự
ự
c
c
h
h
i
i
ệ
ệ
n
n
c
c
á
á
c
c
n
n
ộ
ộ
i
i
d
d
u
u
n
n
g
g
đ
đ
ã
ã
đ
đ
ề
ề
r
r
a
a
n
n
h
h
ó
ó
m
m
n
n
g
g
h
h
i
i
ê
ê
n
n
c
c
ứ
ứ
u
u
đ
đ
ã
ã
t
t
i
i
ế
ế
n
n
h
h
à
à
n
n
h
h
t
t
ổ
ổ
n
n
g
g
q
q
u
u
a
a
n
n
c
c
á
á
c
c
t
t
à
à
i
i
l
l
i
i
ệ
ệ
u
u
c
c
ủ
ủ
a
a
H
H
i
i
ệ
ệ
p
p
h
h
ộ
ộ
i
i
p
p
h
h
â
â
n
n
b
b
ó
ó
n
n
t
t
h
h
ế
ế
g
g
i
i
ớ
ớ
i
i
v
v
ề
ề
c
c
á
á
c
c
c
c
ô
ô
n
n
g
g
n
n
g
g
h
h
ệ
ệ
k
k
ỹ
ỹ
t
t
h
h
u
u
ậ
ậ
t
t
t
t
h
h
ị
ị
n
n
h
h
h
h
à
à
n
n
h
h
,
,
t
t
i
i
ê
ê
n
n
t
t
i
i
ế
ế
n
n
h
h
i
i
ệ
ệ
n
n
n
n
a
a
y
y
đ
đ
ợ
ợ
c
c
á
á
p
p
d
d
ụ
ụ
n
n
g
g
t
t
r
r
o
o
n
n
g
g
l
l
ĩ
ĩ
n
n
h
h
v
v
ự
ự
c
c
s
s
ả
ả
n
n
x
x
u
u
ấ
ấ
t
t
p
p
h
h
â
â
n
n
l
l
â
â
n
n
c
c
h
h
ế
ế
b
b
i
i
ế
ế
n
n
,
,
t
t
i
i
ế
ế
n
n
h
h
à
à
n
n
h
h
k
k
h
h
ả
ả
o
o
s
s
á
á
t
t
v
v
ề
ề
t
t
h
h
ự
ự
c
c
t
t
r
r
ạ
ạ
n
n
g
g
c
c
ô
ô
n
n
g
g
n
n
g
g
h
h
ệ
ệ
v
v
à
à
đ
đ
ề
ề
x
x
u
u
ấ
ấ
t
t
c
c
ủ
ủ
a
a
c
c
á
á
c
c
d
d
o
o
a
a
n
n
h
h
n
n
g
g
h
h
i
i
ệ
ệ
p
p
s
s
ả
ả
n
n
x
x
u
u
ấ
ấ
t
t
p
p
h
h
â
â
n
n
b
b
ó
ó
n
n
l
l
ớ
ớ
n
n
t
t
r
r
o
o
n
n
g
g
n
n
ớ
ớ
c
c
,
,
t
t
ổ
ổ
c
c
h
h
ứ
ứ
c
c
t
t
r
r
a
a
o
o
đ
đ
ổ
ổ
i
i
l
l
ấ
ấ
y
y
ý
ý
k
k
i
i
ế
ế
n
n
c
c
á
á
c
c
c
c
h
h
u
u
y
y
ê
ê
n
n
g
g
i
i
a
a
t
t
r
r
o
o
n
n
g
g
n
n
g
g
à
à
n
n
h
h
,
,
t
t
r
r
ê
ê
n
n
c
c
ơ
ơ
s
s
ở
ở
đ
đ
ó
ó
t
t
ổ
ổ
n
n
g
g
k
k
ế
ế
t
t
,
,
x
x
â
â
y
y
d
d
ự
ự
n
n
g
g
t
t
h
h
e
e
o
o
c
c
á
á
c
c
m
m
ụ
ụ
c
c
t
t
i
i
ê
ê
u
u
,
,
n
n
ộ
ộ
i
i
d
d
u
u
n
n
g
g
đ
đ
ã
ã
đ
đ
ề
ề
r
r
a
a
.
.
4
P
P
h
h
ầ
ầ
n
n
m
m
ộ
ộ
t
t
T
T
ổ
ổ
n
n
g
g
q
q
u
u
a
a
n
n
v
v
ề
ề
c
c
ô
ô
n
n
g
g
n
n
g
g
h
h
ệ
ệ
s
s
ả
ả
n
n
x
x
u
u
ấ
ấ
t
t
p
p
h
h
â
â
n
n
l
l
â
â
n
n
c
c
h
h
ế
ế
b
b
i
i
ế
ế
n
n
(
(
s
s
u
u
p
p
e
e
p
p
h
h
ô
ô
t
t
p
p
h
h
a
a
t
t
v
v
à
à
p
p
h
h
â
â
n
n
l
l
â
â
n
n
n
n
u
u
n
n
g
g
c
c
h
h
ả
ả
y
y
)
)
t
t
r
r
ê
ê
n
n
t
t
h
h
ế
ế
g
g
i
i
ớ
ớ
i
i
Trớc khi khảo sát về lĩnh vực chế biến và sản xuất phân lân trên thế giới
chúng tôi giới thiệu sơ lợc về nguồn nguyên liệu cho ngành công nghiệp này.
I.1. Tình hình khai thác và sử dụng quặng phôtphat trên thế giới
Quặng phôtphat là nguồn phôtpho kinh tế để sản xuất phân lân và muối
phôtphat. Những mỏ đợc phát hiện đầu tiên ở nam Carolina (Mỹ) vào năm
1837. ở Algiêri và Tuynidi phát hiện năm 1873. Trầm tích phôtphat guano ở
quần đảo Thái Bình Dơng tìm thấy năm 1890. Mỏ apatit Lào Cai Việt Nam
đợc phát hiện vào năm 1924. Mỏ apatit Kôla (Nga) đợc thăm dò tìm kiếm
năm 1930 [1].
Theo thống kê trữ lợng quặng phôtphat trên thế giới hiện vào khoảng
63,1 tỷ tấn P
2
O
5
, đủ dùng trong 450-500 năm. Trong đó chỉ khoảng 20% là
quặng giầu, còn quặng nghèo chiếm tới 80% tổng trữ lợng [2].
Về phân loại theo cấu tạo của quặng thì có tới 91,6% (57,8 tỷ tấn P
2
O
5
)
là quặng phôtphorit, còn quặng apatit chỉ chiếm 8,4% (5,3 tỷ tấn P
2
O
5
)
Những khu vực có trữ lợng quặng phôtphat lớn trên thế giới là (triệu
tấn P
2
O
5
):
Mỹ : 5.000 Tuynidi: 2.000
SNG: 3.000 Các nớc khác thuộc Châu Phi: 7.000
Marốc: 38.000 Châu á: 2.300
Sahara: 3.700 Châu úc: 2.000
Trung Quốc hiện có trữ lợng 1 tỷ tấn quặng phôtphat (tính theo P
2
O
5
)
đứng thứ 12 trên thế giới. Trữ lợng dự báo loại quặng lẫn tạp chất của Trung
Quốc tới 10 tỷ tấn, xếp vào hàng thứ hai chỉ sau Marốc và tây Sahara. Quặng
phôtphat của Trung Quốc chủ yếu ở dạng trầm tích, tập trung ở Vân Nam,
Quý Châu, Vũ Hán, Hà Bắc và Tứ Xuyên. [3].
5
Trong nhiều năm qua Trung Quốc hoàn toàn cân đối đủ quặng phôtphat
và đến nay đã trở thành nớc xuất khẩu quan trọng, đứng thứ 4 trên thế giới
sau Marốc, Gioođani , Nga và đứng trên Tuynidi.
ở Việt Nam trữ lợng các loại quặng apatit của khu mỏ Lào Cai đợc
đánh giá nh sau (bảng 1) [4].
Bảng 1: Tổng hợp trữ lợng các loại quặng apatit
trong khu mỏ Lào Cai Đơn vị tính : Triệu tấn
Vùng thăm dò
Quặng
loại I
Quặng
loại II
Quặng
loại III
Quặng
loại IV
Cộng
1. Trữ lợng thăm dò:
- Phân vùng Bát Xát -
Ngòi Bo
35,03 235,84 233,57
290,84 790,28
2. Trữ lợng tìm kiếm:
- Phân vùng Ngòi Bo -
Bảo Hà
5,33 20,26 24,85
67,62 118,06
3. Trữ lợng dự báo:
- Chiều sâu 900m, phân
vùng Bát Xát - Ngòi Bo
5,00 567,0 16,0
1.077,0 1.665,0
Cộng 45,36 823,1 247,42 1.435,46 2.573,34
Hàm lợng P
2
O
5
trung
bình (%)
34,66 22,04 15,08 11,04
Ngoài quặng apatit của khu mỏ Lào Cai còn có quặng phôtphorit thấm
đọng Kastơ phân bố ở nhiều nơi nh Lạng Sơn, Cao Bằng, Thanh Hoá, Hoà
Bình, Quảng Ninh, Hà Tiên tuy trữ lợng không lớn nhng cũng góp phần
cho sự phát triển công nông nghiệp của địa phơng.
Loại phôtphorit Guanô là sản phẩm thấm đọng của phân chim ở các đảo
Hoàng Sa, Trờng Sa, hàm lợng P
2
O
5
đạt khoảng 12-35%. Theo đánh giá địa
chất, trữ lợng của quặng này tại các đảo khoảng 4,7 triệu tấn.
Hai loại phôtphorit thấm đọng Kastơ và phôtphorit Guanô là những loại
quặng phôtphat cây trồng dễ hấp thụ, có thể nghiền thành bột để bón trực tiếp
cho cây trồng phục vụ nông nghiệp địa phơng.
6
Trong ba loại hình quặng phôtphat của Việt Nam chỉ có thành hệ apatit
đôlomit tại Lào Cai là có giá trị công nghiệp, là cơ sở nguyên liệu chủ yếu để
sản xuất phân bón ở nớc ta.
Về khai thác quặng phôtphat
Quặng phôtphat đợc khai thác đầu tiên với lơng tơng đối nhỏ vào
giữa những năm 1840 ở Anh, Pháp, Tây Ban Nha và ở Na Uy, Đức vào năm
1860. Sau đó đợc khai thác và sản xuất thơng mại [1].
Năm 2001 sản xuất và tiêu thụ quặng phôtphat trên thế giới đạt khoảng
127,7 triệu tấn, hàm lợng P
2
O
5
trung bình là 31,4% [5].
Từ năm 2002 sản xuất quặng phôtphat trên thế giới bắt đầu thời kỳ phát
triển lâu dài với mức tăng trởng trung bình hàng năm 3,2% cho đến năm
2007. Mức tiêu thụ quặng phôtphat thế giới sẽ tăng đến khoảng 47,5 triệu tấn
P
2
O
5
vào năm 2007, tăng 20% so với năm 2001.
Về sản xuất quặng phôtphat, Châu Phi là nơi sản xuất lớn nhất, chiếm
khoảng 30% sản lợng thế giới. Mỹ và các nớc Châu á có tổng sản lợng
khoảng 40%. Liên Xô (cũ) và Trung Đông cũng là những nhà sản xuất lớn.
Về tiêu thụ quặng phôtphat. Mỹ tiêu thụ khoảng 26% sản lợng quặng
phôtphat thế giới. Châu Phi và các nớc Châu á tiêu thụ khoảng 31% [5].
I.2. Tình hình chế biến quặng phôtphat
ở những nớc khai thác và sản xuất nhiều quặng phôtphat thì phần lớn
sản lợng quặng đợc dùng để sản xuất phân bón, lợng này chiếm tới 85 -
100% sản lợng [2]. Chỉ còn một phần nhỏ lợng quặng phôtphat dùng để sản
xuất các sản phẩm kỹ thuật nh phôtphat dùng cho chăn nuôi gia súc, các loại
muối phôtphat kỹ thuật, axit phôtphoric sạch, phôtpho nguyên tố (bảng 2).
Bảng 2. Tỷ lệ khối lợng quặng phôtphat dùng sản xuất
Tỷ lệ quặng dùng để sản xuất, % Số
TT
Tên nớc Sản phẩm chủ yếu
Phân bón Sản phẩm kỹ thuật
1 Nga DAP, MAP, NP, NPK, phôtphat
chăn nuôi và kỹ thuật H
3
PO
4
sạch
92 8
2 Ma-rốc DAP, MAP, TSP, phôtphat kỹ > 99 < 1
7
thuật
3 Gioocdani DAP 100 -
4 Tuynidi DAP, TSP 100 -
5 Canada MAP 100 -
6 Phần Lan NP, NPK, phôtphat chăn nuôi,
H
3
PO
4
sạch
83 17
7 Trung Quốc DAP, MAP, NP, NPK, phân lân
đơn, phôtphat chăn nuôi và kỹ
thuật, H
3
PO
4
sạch, phôtpho
vàng
98 2
8 Mỹ DAP, MAP, NP, NPK, phôtphat
chăn nuôi và kỹ thuật, axit
H
3
PO
4
sạch
85 15
Trong khi đó ở các nớc phải nhập khẩu quặng phôtphat lại tăng tỷ lệ
quặng dùng sản xuất các sản phẩm phôtphat kỹ thuật. Đặc biệt là ở Bỉ, tỷ lệ
quặng dùng để sản xuất các sản phẩm kỹ thuật chiếm tới 86%, còn lợng
quặng phôtphat dùng sản xuất phân bón chỉ chiếm 14% (bảng 3).
ở nớc ta, hiện nay quặng apatit chủ yếu đợc dùng để sản xuất
supephôtphat (chiếm 62%) và phân lân nung chảy ( 31%), còn quặng để sản
xuất phôtpho vàng chỉ chiếm 7%.
Bảng 3: Tỉ lệ sử dụng quặng phôtphat ở các nớc nhập khẩu quặng.
Tỷ lệ quặng dùng để sản xuất, %
Số
TT
Tên nớc Sản phẩm chủ yếu
Phân bón Sản phẩm kỹ thuật
1 Bỉ NP, NPK, phôtphat chăn nuôi
và kỹ thuật, H
3
PO
4
sạch
14 86
2 Na-uy NP, NPK 100 -
3 Hà Lan
NP, NPK, phôtphat chăn nuôi
và kỹ thuật, H
3
PO
4
sạch,
phôtpho vàng
66 34
4 Đức NP, NPK, phôtphat kỹ thuật 70 30
8
I.3. Sản xuất supephôtphat đơn.
I.3.1. Sản xuất supephôtphat đơn trên thế giới.
Nh đã biết supephôtphat đơn (single superphosphate, viết tắt là SSP)
đợc điều chế bằng cách phân giải quặng phôtphat bởi một lợng axit
sunphuric không đủ để liên kết toàn bộ lợng canxi có trong quặng thành
canxi sunphat.
Supephôtphat gồm 2 pha: pha rắn chứa các phôtphat canxi, magiê, sắt,
nhôm và canxi sunphat chủ yếu ở dạng CaSO
4
. Lợng pha rắn chiếm đến 65 -
72% trong đó 50-55% là canxi sunphat. Pha lỏng chủ yếu gồm dung dịch axit
phôtphoric bão hoà mônôcanxiphôtphat. Chất lợng của supephôtphat đợc
đánh giá bởi hàm lợng P
2
O
5
hữu hiệu gồm các dạng hợp chất hoà tan trong
nớc nh H
3
PO
4
, Ca(H
2
PO
4
), Mg(H
2
PO
4
) và các dạng hoà tan trong xitrat nh
CaHPO
4
, MgHPO
4
, phôtphat sắt và nhôm.
Nhiều tác giả [6] còn cho rằng supephôtphat chứa lợng đáng kể lu
huỳnh (10 - 12%) cần thiết cho cây trồng. Nh đã biết trong dinh dỡng thực
vật lu huỳnh có tới 8 chức năng nh: tổng hợp axit amin chứa S, cấu tạo
clorophil, hoạt hoá protein, tổng hợp vitamin, tạo glucozit (thành phần chủ yếu
của các loại dầu thực vật) tạo mùi cho dầu, tăng khả năng chịu lạnh, chịu hạn
cho cây trồng. Vì vậy theo luật phân bón của Mỹ tất cả các loại phân bón phải
ghi hàm lợng S trên bao bì sản phẩm. Ngoài ra, canxi sunphat trong
supephôtphat còn có tác dụng cải thiện tính chất cơ lý của những vùng đất cát
ven biển, đất cát nửa khô cằn có độ thấm nớc cao.
Từ trớc năm 1800 đến 1842 ở Châu Âu ngời ta đã axit hoá xơng,
thờng dùng axit sunphuric để cải thiện tính chất hoà tan của phôtpho. Năm
1842 Lawes ở Rothamsted đã đợc công nhận sáng chế về sản xuất
supephôtphat. Năm 1853 có 14 nhà máy sản xuất supephôtphat ở Anh. Sản
xuất supephôtphat đã đợc chấp nhận vào cuối những năm 1840 và những
năm 1850 ở Mỹ và một số nớc khác [1].
Sau hơn 100 năm supephôtphat là loại phân dẫn đầu thế giới. Chúng
chiếm u thế ở Mỹ từ những năm 1870 đến 1964 và đỉnh cao vào năm 1952.
Sau đó chúng bị thay thế bởi supephôtphat ba (triple superphosphate, viết tắt là
TSP) hay còn gọi là supephôtphat kép trong thời gian ngắn giữa những năm
9
1964 - 1967. Đến năm 1994 tiêu thụ supephôtphat giảm chỉ chiếm 4,8% trong
tổng số 4,5 triệu tấn P
2
O
5
dùng cho cây trồng ở Mỹ.
Hiện không có số liệu thống kê về sản lợng các loại phân supephôtphat
đơn ở các nớc trên thế giới. Nhng theo một số tài liệu đã đợc công bố thì
hiện nay các nớc còn sản xuất nhiều loại phân này là Trung Quốc, Việt Nam,
Nga, Kazactan, Udơbekistan, Azecbaidan, Niu DiLân
ở Trung Quốc sản lợng supephôtphat biến động không đáng kể trong
thời gian dài (bảng 4). Supephôtphat đơn chiếm 56,7% trong toàn bộ lợng
P
2
O
5
chế biến [7].
Bảng 4: Sản lợng supephôtphat ở Trung Quốc, triệu tấn P
2
O
5
Loại phân 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Supephôtphat đơn 3,914 3,849 4,182 4,263 3,604 3,672
Supephôtphat kép 0,100 0,119 0,138 0,189 0,261 0,185
Còn ở Inđonêsia cũng là nớc sản xuất nhiều lúa gạo nhng sản lợng
supephôtphat giảm dần qua các năm, trong khi sản xuất urê lại tăng (bảng 5) [8].
Bảng 5: Tình hình sản xuất supephôtphat đơn ở Inđonesia, ngàn tấn
Sản lợng 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
Công suất 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200
Sản lợng 867 986 789 650 849 511 488
Supephôtphat kép đợc sản xuất ở Inđônêsia từ năm 1980, nhng từ
năm 1994 nhờng cho supephôtphat đơn để tránh sử dụng quá mức, gây tác
động đến chất lợng đất.
I.3.2. Phản ứng hoá học chính trong sản xuất supe lân
Phản ứng hoá học chủ yếu xảy ra khi trộn quặng phốt phát đã nghiền mịn
với axit sunphuric trong sản xuất supe lân có thể đại diện bằng phơng trình
sản xuất sau:
10
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 2H
2
SO
4
+ H
2
O Ca(H
2
PO
4
)
2
.H
2
O + 2CaSO
4
+ 108,44 kcal
Phản ứng diễn ra với 2 giai đoạn: (1) Axit sunphuric phản ứng với một
phần quặng tạo thành axit phôtphoric và sunfat canxi và (2) axit phốtphoric đã
tạo thành ở giai đoạn một phẩn ứng với quặng phốt phát tạo thành mônô canxi
phốtphát. Hai phản ứng xảy ra đồng thời, nhng phản ứng thứ nhất hoàn thành
nhanh chóng trong khi phản ứng thứ hai tiếp diến trong vài ngày hoặc vài
tuần. Sunphát canxi chủ yếu ở dới dạng khan. Đa số quặng phốtphát là quặng
flo apatit và flo phản ứng với axit sunphuric tạo thành HF. Sau đó HF sẽ phản
ứng với silic có trong đa số các loại quặng phốtphát, một phần sẽ bay hơi ở
dạng SiF
4
. Phần còn lại có thể tạo thành các flosilicate hoặc các hợp chất khác
nằm lại trong supe lân. Thờng khoảng 25% flo hoặc hơn thoát ra dới dạng
khí và phải đợc thu hồi nhằm tránh ô nhiễm môi trờng. Trong một số trờng
hợp đợc thu hồi dới dạng các muối của flo để bán, nhng thờng chủ yếu là
sử dụng thiết bị rửa để tập trung dung dịch vào bể và trung hoà bằng vôi hoặc
đá vôi rồi thải bỏ.
Để cải thiện tính chất hoá lý của sản phẩm supe lân thu đợc sau thùng
phản ứng (thùng hoá thành)ngời ta có một số cách sử lý khác nhau. Tại
Kotka (Phần Lan) ngời ta trộn vào supe lân tơi một lợng nhất định quặng
apatit mịn trong quá trình ủ đã góp phần làm giảm axit tự do trong sản phẩm.
Hiệu quả của supe lân Kotka nhìn chung bằng lợng tơng ứng supe lân cộng
quặng phốt phát bổ sung đợc phân huỷ riêng rẽ.
I.3.3. Phơng pháp sản xuất
Sản xuất supe lân bao gồm 3 (hoặc 4) công đoạn sau đây :
1. Quặng phốtphát đã nghiền mịn (90% < 100 mesh) đợc trộn với
axit sunphuric. Với loại quặng có hàm lợng 34% P
2
O
5
thì định mức tiêu
hao khoảng 0,58 kg axit sunphuric (100%)/1 kg quặng. Axit sunphuric
thơng mại có nồng độ từ 77% đến 98%. Axit thờng đợc pha loãng đến
nồng độ 68% - 75% H
2
SO
4
trớc khi đợc trộn với quặng hoặc khi sử
dụng thiết bị trộn hình côn, nớc sẽ bổ sung thêm vào. Khi pha loãng axit
đặc sẽ toả ra nhiều nhiệt. Nhiều nhà máy tiến hành làm nguội axit trong
các thiết bị trao đổi nhiệt đến khoảng 70
o
C trớc khi sử dụng.
2. Bùn từ thùng trộn đi vào phòng hoá thành, tại đây bùn hoá rắn do
tiếp tục phản ứng và quá trình kết tinh mono canxi phốtphát. Supe phốt
11
phát đi ra khỏi phòng hoá thành sau khoảng 0,5 4 giờ với nhiệt độ vào
khoảng 100
o
C.
3. Supe lân tơi ra khỏi phòng hoá thành và đợc băng tải đa vào
kho chất đống để ủ, thờng thì thời gian là 2-6 tuần phụ thuộc vào bản chất
quặng, tỷ lệ phối trộn và các điều kiện sản xuất. Trong quá trình ủ, phản
ứng dần hoàn thành. Axit tự do, ẩm và lợng quặng cha phân huỷ giảm và
hàm lợng P
2
O
5
hữu hiệu, tan trong nớc tăng. Khối supe lân đóng rắn và
nguội dần. Sau thời gian ủ, sản phẩm tù kho đợc đa vào máy nghiền và
sàng trên máy sàng nghiêng với kích cỡ khoảng 6 mesh.
4. Trong trờng hợp cần tạo hạt, supe lân có thể đợc tạo hạt trớc
hoặc sau khi ủ. Tạo hạt trớc khi ủ có u điểm hơn do cần ít hơn nớc hoặc
hơi. Sau tạo hạt sản phẩm đợc sấy trong thiết bị sấy trực tiếp và sàng.
Trong nhiều năm supe lân chỉ đợc sản xuất bằng phơng pháp gián
đoạn, tuy nhiên đa số các nhà máy hiện nay đều điều chế theo phơng pháp
trộn và hoá thành liên tục.
12
13
I.3.4. Đặc tính sản phẩm:
Tiêu chuẩn của Công đồng chung Châu Âu 76/116/EEC qui định Supe
phốt phát đơn phải có hàm lợng P
2
O
5hh
(tan trong dung dịch citrate amôn) ít
nhất là 16% trong đó ít nhất 93% tan trong nớc. Supe lân có thể ở dạng bột
để làm nguyên liệu sản xuất các loại phân NPK, bón trực tiếp hoặc ở dạng hạt
(2-4mm). Phân lân có thể vận chuyển ở dạng rời hoặc đóng bao.
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4440:2004 qui định các chỉ tiêu chất lợng
của supe phosphat đơn nh sau:
Tên chỉ tiêu Mức
1. Ngoại quan Khô, mịn, không kết
khối thành cục
2. Hàm lợng anhydrit phosphoric
(P
2
O
5
) hữu hiệu, %, không nhỏ hơn
16,5
3. Hàm lợng axit tự do (tính chuyển ra
P
2
O
5
),%, không lớn hơn
4,0
4. Độ ẩm, %, không lớn hơn 12,0
Chi phí sản xuất supe lân rời, tính theo hàm lợng P
2
O
5
tơng đơng với
chí phí trong điều chế supe phốtphát kép (TSP). Tuy nhiên chí phí tính theo
đơn vị P
2
O
5
này sẽ tăng khác biệt khi đóng bao, vận chuyển và lu kho do
khối lợng supe lân yêu cầu tăng hơn hai lần so với TSP.
I.3.5. Một số nghiên cứu phát triển trong sản xuất supephôtphat
trên thế giới
Dới đây là những công trình nghiên cứu cải tiến đã và đang đợc sử
dụng vào sản xuất supephôtphat:
ở Udơbekistan có loại phôtphorit Taskur chất lợng thấp, chứa 16,2%
P
2
O
5
, 46,2% CaO, 17,7% CO
2
, 7,8% SiO
2
. Nếu dùng loại phôtphorit này để
sản xuất supephôtphat đơn thì chất lợng sản phẩm chỉ còn 11%P
2
O
5
và tiêu
hao nhiều axit sunphuric năng suất nhà máy giảm từ 47 xuống 25,44 ngàn tấn
(tính theo P
2
O
5
). Supephôtphat lại không tạo hạt đợc vì quá nhiều khoáng sét.
Ngời ta đã phải rửa và xử lý nhiệt loại photphorit này để thu đợc loại
nguyên liệu nh sau (bảng 6) [9].
14
Bảng 6: Thành phần hoá học của phôtphorit Taskur, % khối lợng
Loại quặng P
2
O
5
CaO MgO CO
2
R
2
O
3
SO
3
F H
2
O SiO
2
Quặng nguyên khai 17,0 44,6 0,83 15,0 2,71 3,02 1,7 1,92 11,84
Tinh quặng rửa 24,0 46,2 0,94 9,1 0,83 3,80 2,8 1,10 7,60
Tinh quặng xử lý nhiệt 25,0 48,2 0,50 1,3 1,60 2,60 2,7 0,98 8,73
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã tìm đợc những thông số công nghệ
tối u cho quá trình sản xuất supephôtphat từ tinh quặng rửa nh sau:
Nồng độ axit H
2
SO
4
% : 60 (đối với tinh quặng xử lý nhiệt là 62%)
Nhiệt độ trong thùng trộn,
0
C: 70 - 75
Thời gian trộn, phút: 5 - 6
Thời gian lu trong thùng hoá thành, h: 1 - 1,5
Nhiệt độ trong thùng hoá thành,
0
C: 115 - 120
Hệ số phân giải phôtphat, % : 90,6
Thời gian ủ, ngày: 6
Tiêu hao NH
3
để trung hoà
(so với lợng supephotphat), %: 2
pH của sản phẩm amônhoá: 3,6 - 4,0
Nhiệt độ sản phẩm ra khỏi máy sấy;
0
C: 75 - 105
Độ ẩm của sản phẩm, %: 1,5
Hàm lợng P
2
O
5
tổng, %: 14,5
Hàm lợng P
2
O
5
hữu hiệu, %: 14,2
Hàm lợng Nitơ, %: 1,1
Kích thớc hạt 1 - 4 mm, %: 89
Nhỏ hơn 1mm, %: 10
Lớn hơn 6mm, %: 1
15
Công trình này đã đợc áp dụng vào sản xuất tại hai nhà máy
supephotphat Kokand và Samakand ở Udơbekistan từ năm 2002.
Một công trình khác nghiên cứu sử dụng axit sunphuric thải của sản
xuất hyđro hoá xúc tác êtylen và izô-propylen ở nhà máy cao su tổng hợp
Sumgant có nồng độ 35 - 65% H
2
SO
4
và các tạp chất hữu cơ 0,6 - 1% (ký hiệu
là axit 1) và axit sumphuric thải của sản xuất alkyl hoá izobutan bằng butylen
ở nhà máy chế biến dầu mỏ Nôvô-Bakin (Nga) chứa 75 - 90% H
2
SO
4
và đến
12% tạp chất hữu cơ (ký hiệu là axit 2).
Do nồng độ axit sunphuric thấp nên phải tiến hành quá trình sản xuất
supephotphat theo hai giai đoạn: Giai đoạn đầu phân giải apatit bằng axit 1 để tạo
bán thành phẩm supephotphat, sau đó phân giải tiếp bằng axit 2. Tỷ lệ axit 1: axit
2 dao động từ 55 : 45 đến 75 : 25.
Sản phẩm thu đợc chứa 20,3 - 20,6% P
2
O
5
hữu hiệu, hệ số thu hồi sản
phẩm sau khi sấy đạt 70 - 72%, độ bền cơ học của hạt đạt 1,6 - 1,7 MPa.
áp dụng công nghệ mới này cho phép giảm giá thành sản phẩm và đạt
hiệu quả kinh tế cao [10].
Để tăng cờng quá trình phản ứng giữa apatit và axit sunphuric trong
sản xuất supephôtphat ngời ta cũng đã nghiên cứu dùng phụ gia bổ sung vào
quá trình điều chế. Nh đã biết phản ứng giữa axit sunphuric và quặng
phôtphat thờng tạo thành lớp vỏ canxi sunphat bao bọc xung quanh hạt
quặng làm cho phản ứng xảy ra không hoàn toàn. Hệ quả là hiệu suất phản
ứng thấp, pha lỏng không kết tinh tốt còn lại trong khối phản ứng làm cho sản
phẩm dính bết.
Một trong những phụ gia đã đợc nghiên cứu là hỗn hợp muối amôn
sunphat và biamôn sunphat với tỷ lệ 1:1, phụ gia này đợc bổ sung vào hỗn
hợp phản ứng từ 6 đến 15% tính theo khối lợng axit sunphuric. Kết quả
nghiên cứu cho thấy khi bổ sung phụ gia vào hỗn hợp phản ứng làm giảm độ
quá bão hoà của pha lỏng nên kích thớc tinh thể canxi sunphat tăng, lớp
màng canxi sunphat dễ thẩm thấu hơn, mặt khác phụ gia còn làm tăng hoạt độ
của ion H
+
trong pha lỏng dẫn đến hệ số phân giải quặng apatit tăng từ
92,32% đến 98%. Sản phẩm thu đợc chứa 20,35% P
2
O
5
tổng số, 19,95%
P
2
O
5
hữu hiệu, ngoài ra còn chứa 1,16% N là nguồn chất dinh dỡng cho cây
trồng [11].
16
Ngời ta còn nghiên cứu bổ sung các khoáng chất chứa nguyên tố vi
lợng nh bo, mangan hoặc các muối vi lợng vào supephotphat nhằm nâng
cao hiệu quả sử dụng của chúng.
Các chất phụ gia hoặc biến tính khác cũng đợc nghiên cứu trên cơ sở
amôn sunphat và bột secpentin.
Phụ gia amôn sunphat đợc sử dụng trong các công đoạn sau:
- Khi phân giải quặng phôtphat, dùng amôn sunphat thay thế một phần
axit sunphuric. Amôn sunphat là chất thải của sản xuất caprolactam đợc
dùng thay thế 4 - 6% axit sunphuric để phân giải quặng apatit. Khi đó phản
ứng xẩy ra theo phơng trình tổng quát sau [12]:
48 Ca
5
F(PO
4
)
3
+ 168 H
2
SO
4
+ 7 (NH
4
)
2
SO
4
+ 65 H
2
O =
65 Ca (H
2
PO
4
). H
2
O + 14NH
4
H
2
PO
4
+ 175 CaSO
4
+ 48 HF.
Với mức thay thế 4 - 6% axit sunphuric bằng amôn sunphat thu đợc
sản phẩm chứa 21,15 - 21,07% P
2
O
5
tổng số; 19,76 - 19,64% P
2
O
5
hữu hiệu và
1,32 - 1,55% N ở dạng mônôamôni phôtphat.
- Dùng dung dịch amôn sunphat cùng với nớc amôniac để tạo hạt.
Trên cơ sở nghiên cứu kỹ mức độ trung hoà axit phôtphoric tự do bởi NH
4
+
và
nhiệt độ sấy đến chất lợng sản phẩm (chủ yếu là hàm lợng P
2
O
5
hữu hiệu,
P
2
O
5
hoà tan trong nớc, hệ số thu hồi sản phẩm tạo hạt, độ bền hạt) các tác
giả [13,14] nhận thấp rằng: amôn sunphat là chất liên kết bổ trợ và tạo thành
cầu nối giữa các phần tử của hạt nên làm tăng độ bền cơ học, sự tạo hạt xảy ra
đồng đều hơn. Khi bổ sung 8 - 10% amôn sunphat (so với supephotphat bột)
thu đợc kết quả cao nhất, thu hồi hạt sản phẩm đạt 85%, độ bền cơ học đạt
25
Kg
/cm
2
. Điều kiện cần thiết để trung hoà axit phôtphoric tự do là pH = 3,4-
4,2, nhiệt độ sấy 100-110
0
C sản phẩm chứa 20-21% P
2
O
5
hữu hiệu và 1,5 -
2,0% N.
ở Niu DiLân, ngời ta tạo hạt supephôtphat sau đó bọc hạt bằng bột
secpentin cho hiệu quả rất tốt. Hạt supephôtphat không cần phải sấy, chỉ sau 2
- 3 ngày lớp bột secpentin phản ứng với axit phôtphoric tự do trong
supephôtphat tạo thành lớp vỏ cứng chắc rất thuận lợi cho việc bảo quản và
bón rắc. Nh vậy supephôtphat hạt không những chứa P
2
O
5
hữu hiệu mà còn
có một lợng magiê ở dạng phôtphat hoà tan.
17
Những cải tiến về công nghệ sản xuất
ở Trung Quốc thờng phổ biến quy trình nghiền quặng phôtphat theo
phơng pháp ớt. Nh vậy sẽ giảm đợc bụi trong xởng chuẩn bị nguyên
liệu. Ngoài ra lợng nớc thải ở công đoạn hấp thụ khí flo cũng đợc tuần
hoàn sử dụng trong công đoạn nghiền quặng.
ở Udơbekistan ngời ta đã tiến hành chuyển đổi nhà máy sản xuất
supephôtphat đơn sang sản xuất supephôtphat giầu trên cơ sở quặng
phôtphorit Karatau là loại quặng chứa cacbonat tơng tự nh quặng apatit loại
II Lào Cai của Việt Nam [15].
Thành phần hoá học của quặng phôtphorit Karatau nh sau (%) P
2
O
5
:
24,5-25,13; CaO: 39,0-39,7; MgO: 3,2-3,5; CO
2
: 6,3-8,0; F: 2,6-3,0; SiO
2
:
15-16. Tỷ lệ CaO:P
2
O
5
cao ( đến 1,59) nên khi chiết bằng axit sunphuric để
sản xuất axit phôtphoric sẽ sinh lợng bã thải phôtphogip lớn, chất còn lại
không tan trong axit cao nên khó lọc tách bã phôtphogip. Nếu dùng loại quặng
này để sản xuất DAP thì giá thành sẽ đắt gấp 2 lần so với sản phẩm DAP của
Nga sản xuất từ tinh quặng apatit Khibin.
Sự chuyển đổi sang sản xuất supephôtphat giầu là rất phù hợp, vì không
dùng toàn bộ lợng quặng này để sản xuất axit phôtphoric trích ly và chỉ dùng
một nửa số quặng này để điều chế H
3
PO
4
, phần quặng còn lại đợc phân giải
bởi hỗn hợp axit H
2
SO
4
và H
3
PO
4
.
Khi tỷ lệ axit H
2
SO
4
: H
2
PO
4
nằm trong khoảng từ 2 đến 1 sẽ thu đợc
sản phẩm supephôtphat giầu với hàm lợng các chất dinh dỡng nh sau (%):
P
2
O
5
tổng số: 25,1 - 32,2; P
2
O
5
hữu hiệu: 24,5 - 31,5; P
2
O
5
tan trong nớc:
20,5 - 29,6; N: 2,8 - 3,7.
Ngời ta đã tính toán trên 1 đơn vị P
2
O
5
hữu hiệu thấy rằng khi sản xuất
supephôtphat giầu đã giảm đợc 18 - 20% lợng axit sunphuric và giảm đợc
35-45% lợng bã thải phôtphogip so với sản xuất DAP. Sản phẩm hoàn toàn
cạnh tranh đợc trên thị trờng.
I. 4. Sản xuất phân lân nung chảy
I.4.1. Công nghệ sản xuất phân lân nung chảy
18
Phân Canxi magiê phốtphát hay còn gọi là phân lân thuỷ tinh, phân lân
nung chảy (PLNC) có thành phần chủ yếu là phốtpho, canxi và magiê.
Nguyên liệu sản xuất phân lân nung chảy là hỗn hợp quặng phốt phát
trộn với khoáng magiê silicat (secpentin, olivine) theo một tỷ lệ nhất định.
Phối liệu đợc nung chảy ở nhiệt độ cao 1450 - 1500
o
C trong lò điện hoặc lò
cao (dùng than cốc hoặc than đá). Phối liệu chảy lỏng từ lò ra đợc làm lạnh
nhanh bằng nớc và thu đợc bán thành phẩm là các hạt rắn trong nh thuỷ
tinh. Bán thành phẩm sau khi ráo nớc đợc mang đi sấy khô và nghiền mịn,
sản phẩm thu đợc có P
2
O
5
tan trong axit xitic 2% đợc thực vật tiêu hoá.
Trong sản xuất phân lân nung chảy, chất phụ gia chủ yếu cho vào quặng
phôtphat là các dạng magiê silicat hydrat hoá, nh secpentin
3MgO.2SiO
2
.2H
2
O. Tỷ lệ giữa quặng phôtphat và magiê silicat phụ thuộc vào
dạng và chất lợng nguyên liệu. Phân lân nung chảy có các thành phần khác
nhau, tuy nhiên để có loại sản phẩm có độ tan tốt nhất cần phải giữ tỉ lệ mol
nh sau: 9CaO.3P
2
O
5
.CaF
2
.9MgO.9SiO
2
. Việc làm lạnh nhanh khối phân lân
nóng chảy là một giai đoạn quan trọng của quá trình sản xuất, áp suất của
nớc làm lạnh cần giữ ở mức không nhỏ hơn 0,4 - 0,5 MPa và mức nớc dùng
làm lạnh không dới 15 - 30m
3
/T phân lân nung chảy.
Mầu sắc của phân lân nung chảy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ
của quá trình nung chảy, thiết bị nung, vật liệu lót lò, chất lợng của quặng
phôtphat và các chất phụ gia, các tạp chất trong nguyên liệu. Nhng yếu tố
quan trọng để giữ cho mầu sắc của sản phẩm ổn định là duy trì tỷ lệ nhất định
các thành phần chính của phối liệu và nhiệt độ của quá trình nung chảy. Tuy
nhiên màu sắc và độ hoà tan của phân lân nung chảy là 2 tính chất độc lập với
nhau.
Nghiên cứu quá trình nung chảy phốt phát thiên nhiên với khoáng silicát
magiê, ngời ta cha phát hiện đợc tác dụng tơng tác giữa các cấu tử ban
đầu. Magiê cũng không đính vào mạnh tinh thể của những silicat canxi
phốtphát. Tác dụng của magiê đợc thể hiện chủ yếu trong việc tạo thành
những magiê silicát dễ chảy lỏng, ngăn ngừa sự kết tinh của flo apatit và
chúng có khả năng làm giảm độ nhớt của phối liệu đã chảy lỏng.
Việc chuyển phốtphát thành trạng thái hoà tan trong axit xitric gắn liền
với sự tạo thành trạng thái thuỷ tinh vô định hình.
19
Đã xác định đợc rằng trong hệ RO-Al
2
O
3
-SiO
2
-P
2
O
5
những thuỷ tinh
trong đó tỷ số phân tử MgO và CaO bằng 2 có khả năng kết tinh nhỏ nhất.
Làm lạnh nhanh là điều kiện cần thiết của độ tan P
2
O
5
cao. Tốc độ làm lạnh
càng lớn bao nhiêu, điều này đạt đợc bằng cách giảm đờng kính giọt phối
liệu chảy lỏng đợc tiếp xúc với nớc, độ tan của P
2
O
5
càng cao bấy nhiệu. Hạ
thấp độ nhớt của phối liệu chảy lỏng bằng cách nung quá nhiệt nó (cao hơn
nhiệt độ nóng chảy khoảng 150
o
C có khả năng hạ thấp đờng kính của giọt
lỏng. Do đó trong thực tế ngời ta tiến hành nung chảy phối liệu ở 1450 -
1500
o
C (nhiệt độ nóng chảy của phối liệu 1250 - 1350
o
C). Việc làm lạnh
chậm phối liệu lỏng (đặc biệt thấp hơn 750
o
C, nghĩa là nhiệt độ chuyển P
2
O
5
hoà tan thành dạng không tan) sẽ hạ thấp nhanh chóng độ hoà tan của P
2
O
5
.
Quá trình hình thành trạng thái thuỷ tinh không những chỉ đối với thành
phần phốt phát mà còn thấy ở những thành phần khác trong phối liệu nh
CaO, MgO, SiO
2
, những thành phần này trong quặng khoáng ở dạng kết tinh
rất khó tan nhng sau khi hình thành trạng thái thuỷ tinh chúng có thể hoà tan
tơng đối cao và có hiệu quả về mặt phân bón đối với thực vật.
ở điều kiện nhiệt độ cao và có hơi nớc quặng phốt phát có hiện tợng
thoát khoảng 80% tổng lợng flo ban đầu:
2 Ca
5
F(PO
4
)
3
+ SiO
2
+ H
2
O = 3 Ca
3
(PO
4
)
2
+ CaSiO
3
+ 2 HF (1)
4 Ca
5
F(PO
4
)
3
+ 3 SiO
2
= 6 Ca
3
(PO
4
)
2
+ 2 CaSiO
3
+ SiF
4
(2)
20
Sơ đồ công nghệ sản xuất phân lân nung chảy
Nớc
Nớc thải
Kh.khí
Khí thải ra môi trờng
Quặng apatit
Quặng sà vân
Quặng Sa thạch
Than
Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu
Đập,
sàng, rửa
Mịn
Lò cao
Khí lò
Làm nguội Cyclon tách bụi
Bán thành
p
h
ẩ
m
Cyclon ớt số 1
Cyclon ớt số 2
Tháp tách ẩm Nghiền
Sấy khô
Đóng bao
Lò đốt
Kho sản phẩm
ống khói
Đón
g
bánh
21
I.4.2. Tình hình sản xuất phân lân nung chảy trên thế giới
Phân lân nung chảy ở dạng thuỷ tinh (dạng vô định hình, nhiệt độ tái
kết tinh khoảng 749-777
0
C) thực tế không hoà tan trong nớc, không hút ẩm
và có độ kiềm yếu (pH = 8-8,5). Phân lân nung chảy chứa P
2
O
5
, CaO, MgO và
SiO
2
ở dạng hoà tan trong dung dịch axit xitric 2% rất cần thiết cho cây trồng,
đặc biệt hàm lợng SiO
2
hoà tan cao hơn bất kỳ các loại phân bón khác.
Phân lân nung chảy rất thích hợp với các loại đất nhiệt đới và cận nhiệt
đới vì ở đấy đất bị rửa trôi phần lớn các cation Ca
2+
và Mg
2+
làm độ chua của
đất tăng lên, nhất là ở các vùng đất núi lửa (đất bazan) ở dạng phân lân hoà tan
trong nớc dễ bị mất hiệu lực do hiện tợng cố định lân bởi các hydroxit sắt,
nhôm ngậm nớc (năng lực cố định lân lên tới 750-1400 ppm P, gấp hàng
chục lần so với những loại đất khác).
Để giảm năng lực cố định lân cần phải tăng độ pH của đất, tăng hàm
lợng SiO
2
và kim loại kiềm (CaO, MgO). Các yếu tố này phần lớn có thể
đợc cung cấp thông qua việc bón phân lân nung chảy.
Kết quả nghiên cứu cho thấy phân lân nung chảy thích hợp cho cây lúa,
đậu tơng, cà phê, mía, cam chanh, chè, nho, khoai tây, cỏ dùng chăn nuôi và
các loại cây trồng khác.
Phân lân nung chảy đợc sản xuất công nghiệp từ năm 1943. Từ đó ở
nhiều nớc nh Nhật Bản, Trung Quốc, ấn Độ, Hàn Quốc, Mỹ, Brazin đã
tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện phơng pháp sản xuất và phát triển loại phân
này. Nhất trong thời kỳ 1974-1980 khi giá lu huỳnh tăng từ 28 lên 145
USD/T. Mặt khác phân lân nung chảy có thể sản xuất đợc từ các loại
phôtphat nghèo.
Trong thời kỳ sau chiến tranh thế giới thứ 2 do thiếu lu huỳnh đã ảnh
hởng lớn tới việc sản xuất supephôtphat nên sản xuất phân lân nung chảy là
một nét đặc biệt của công nghiệp phân lân Nhật Bản. Vì sản xuất phân lân
nung chảy tơng đối đơn giản và do khí hậu nóng ẩm và có nhiều đồng lúa
cần lợng lớn SiO
2
hoà tan. Ngoài ra, việc sử dụng rộng rãi phân lân nung
chảy còn do độ chua của đất tăng lên do bón nhiều phân hoá học hoặc đất
thiếu vôi và magiê.
22
Đầu những năm 50 của thế kỷ trớc Nhật Bản bắt đầu xây dựng các nhà
máy phân lân nung chảy lớn, năm 1950-1951 sản lợng đạt 49.00T (tính theo
P
2
O
5
). Đến năm 1975 công suất tăng lên 7 lần. Và sau đó đã đạt tới 600 ngàn
tấn (P
2
O
5
), chiếm 15-20% sản lợng phân lân. Hãng sản xuất phân lân nung
chảy lớn nhất là Hinôde Kadaku K.K sử dụng công nghệ của công ty Denka
Consultan and engineering. Cả 2 công ty này đều là chi nhánh của hãng
Denka kadaku Koguko K.K. ở Nhật Bản ngời ta sản xuất 2 dạng phân lân
nung chảy: dạng hạt to và dạng bột. Trong dạng hạt to có 85% số hạt nhỏ hơn
5mm đợc dùng bón trực tiếp hoặc để sản xuất phân trộn. Loại bột có 85% số
hạt nhỏ hơn 0,28mm để sản xuất phân trộn dạng hạt.
Hàn Quốc có 2 xí nghiệp sản xuất phân lân nung chảy bằng lò đáy hở
công suất 228 ngàn tấn/năm. ở Brazin, hãng Mutsun Hirgo K.K xây dựng xí
nghiệp sản xuất phân lân nung chảy bằng lò điện với công suất 180 ngàn
tấn/năm. Cộng hoà Nam Phi xây dựng 1 lò điện công suất 60 ngàn tấn/năm.
Lò điện đầu tiên đã đợc đa vào sản xuất trong năm 1968 và công
suất tăng lên không ngừng, đến năm 1981 trên thế giới đã có 6 lò điện đa
vào sản xuất.
ở Nga, phân lân nung chảy đợc sản xuất từ quặng thải của xí nghiệp
liên hiệp khai thác mỏ Côpđo và nhờ nguồn năng lợng rẻ tiền của nhà máy
điện nguyên tử Kônxki. ở Nga cũng có các mỏ phôtphat trong quặng chứa
lợng magiê silicat cần thiết nh quặng apatit francôlit của mỏ Côpđo, quặng
phôtphat giầu magiê của mỏ Kingixep và Xupxugun, mỏ Xeligơđa.
ở Nga cũng có điều kiện đất đai và vùng khí hậu thuận lợi đối với việc
sử dụng phân lân nung chảy. Các thử nghiệm nông hoá cho thấy phân lân
nung chảy có hiệu quả cao, không thua kém các loại phân lân tan trong nớc,
đôi khi còn có hiệu lực cao hơn do có chứa các chất dinh dỡng khác nh
MgO, CaO và SiO
2
.
ở Trung Quốc, sản xuất phân lân nung chảy cũng đợc duy trì trong
nhiều năm, tuy nhiên sản lợng phân lân nung chảy chỉ chiếm khoảng 15-20%
so với tổng sản lợng phân lân (bảng 7) [7].
23
Bảng 7: Sản lợng phân lân nung chảy của Trung Quốc, triệu tấn P
2
O
5
2005 2006 2007 2008 2009 2010
Phân lân nung chảy 1,205 0,805 0,912 0,812 0,681 0,644
Tổng sản lợng phân lân 6,186 5,751 6,408 6,629 6,361 6,630
Ngời ta đã nghiên cứu so sánh quá trình sản xuất phân lân nung chảy
trong lò điện và trong lò bằng kiểu Mactanh . Nguyên liệu là quặng apatit của
mỏ Côpđo chứa Ca
5
(PO
4
)
3
F: 89,9%; Mg
2
SiO
4
: 2,5%, CaCO
3
: 6,7%, Fe
2
O
3
:
0,5%; Al
2
O
3
: 0,4% và secpentin.
Trong sơ đồ sản xuất bằng lò bằng có nồi hơi nhiệt thừa, nhiên liệu là dầu
madut có năng suất toả nhiệt là 40,174 MJ/kg. Các thiết bị khác vẫn giữ
nguyên.
Trên cơ sở tính toán cân bằng nhiệt lợng thấy rằng: Hiệu suất năng
lợng của quá trình sản xuất phân lân nung chảy bằng lò điện đạt 25,7% còn
quá trình sản xuất bằng lò bằng đốt dầu madut tiêu hao rất nhiều nhiệt và có
hiệu suất sử dụng nhiệt không cao (13,6%). Chỉ trong quá trình kết hợp, có
sản xuất hơi công nghệ thì hiệu suất sử dụng nhiệt mới đạt 20,5%.
Ngoài ra, lò điện dễ điều khiển, tự động hoá và có hiệu quả hơn về mặt
bảo vệ môi trờng do khối lợng khí CO
2
ra lò ít hơn.
Phân lân nung chảy đợc sản bằng lò điện tại Nhật Bản với sản lợng khoảng
600.000 tấn/năm. Ngoài ra còn đợc sản xuất tại Hàn Quốc, Đài Loan, Trung
Quốc, Brazil, Nam Phi và Việt Nam. Sản lợng PLNC của Việt Nam vào
khoảng 450.000 tấn năm 2007.
24
Phần 2
Đánh giá thực trạng tình hình sản xuất
phân lân chế biến ở nớc ta.
Ngành công nghiệp chế biến phân lân ở nớc ta ra đời cùng với sự phát
triển hoà bình của đất nớc đã góp phần thúc đẩy sự phát triển của sản xuất
nông nghiệp. Nh đã biết trong các giải pháp thâm canh tăng năng suất cây
trồng thì vai trò của phân bón chiếm giữ 2/3. Chính nhờ có phân bón, trong đó
phân lân chủ yếu đợc sản xuất ở trong nớc đã góp phần đa nớc ta từ chỗ
phải nhập khẩu lơng thực trở thành nớc xuất khẩu gạo thứ hai trên thế giới.
Ngoài ra còn các sản phẩm nông nghiệp khác nh cà phê, chè, hồ tiêu, điều
cùng đứng vào hàng những nớc dẫn đầu về xuất khẩu.
Sau đây là những ý kiến đánh giá về tình hình sản xuất của ngành công
nghiệp chế biến này.
II.1. Đánh giá thực trạng sản xuất kinh doanh phân lân chế biến.
II.1.1 Quá trình hình thành và phát triển
Dựa trên thế mạnh về nguồn tài nguyên thiên nhiên là quặng apatit nên
ngay khi hoà bình đợc lập lại Chính phủ ta đã có chủ trơng xây dựng ngành
công nghiệp phân bón để phục vụ phát triển nông nghiệp. Nhờ sự giúp đỡ của
các nớc xã hội chủ nghĩa Liên Xô và Trung Quốc các nhà máy sản xuất phân
bón hóa học đã lần lợt đợc xây dựng.
a. Supephôtphat.
Nhà máy supephôtphat Lâm Thao đã đợc xây dựng từ năm 1959 và đi
vào hoạt động năm 1962, công suất thiết kế ban đầu là 40.000 tấn H
2
SO
4
/
năm và 100 ngàn tấn supephôtphat/năm. Sau 3 lần đã tạo và mở rộng đến nay
công suất đã đạt 265.000 tấn H
2
SO
4
/ năm và 800 ngàn tấn supephôtphat/năm.
Nhà máy supe phôtphat Long Thành thuộc Công ty TNHHMTV Hóa
chất Cơ bản Miền Nam đợc xây dựng năm 1988 và đi vào hoạt động năm
1992, công suất chung toàn nhà máy lúc thiết kế ban đầu là 40.000 tấn H
2
SO
4
/ năm và 100 ngàn tấn supephôtphat/năm. Đến nay công suất đã đạt 70.000
tấn H
2
SO
4
/ năm và 170.000 tấn supe lân các loại/năm.
25
