đề tài công nghệ sản xuất phân lân nung chảy

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
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 Cây
trồng 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.P
2
O
5
5(Ca,Mg)O.P
2
O
5
.SiO
2
Tóm lại trong thành phần của phân lân nung chảy gồm chủ yếu là nguyên tố P,

nguyên tố Ca,Mg và một số nguyên tố vi lượng như Fe, Co, Mn, Cu, Mo,…
Thực tế trong quá trình sản xuất phân lân sẽ được phối trộn để tạo ra nhiều
loại phân mà khi hòa tan có độ pH từ 6-8 phù hợp với các loại đất khác nhau.
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 1
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
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
Thái Lan là 1,69 triệu tấn.
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh

SV:Nguyễn Thị Nụ Page 2
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
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% P
2
O
5
hữu hiệu.
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 3
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
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 – 1500
0
C trong lò cao
tương tự lò luyện gang thép.
2Ca
5

F(PO
4
)
3
+SiO
2
+H
2
O = 3Ca
3
(PO
4
)
2
+CaSiO
3
+2HF
Nguyên tố F trong tinh thể quặng apatit được tách ra khỏi nguyên liệu , toàn bộ sản
phẩm chảy lỏng.Dùng một tia nước lạnh áp suất cao làm lạnh đột ngột sẽ tạo ra
Ca
3
(PO
4
)
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 để

sản 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 Ca
5
X(PO
4
)
3
(X=F,Cl,OH) thông dụng hơn cả vẫn là
Floapatit Ca
5
F(PO
4
)
3
hoặc viết khác đi 3Ca
3
(PO
4
)
2
CaF
2
.Từ công thức hóa học này
ta thấy quặng apatit chứa các thành phần chủ yếu sau:
CaO:55% P
2
O
5

:42% F:3%
Ca
5
F(PO
4
)
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 sắc
này là do sự biến đổi thành phần hóa học có trong quặng. Apatit có trong lượng
riêng 1,5-2,2 tấn(m
2
).Nhiệt độ nóng chảy 1400-1600
o
C.Ngoài thành phần chính ra
apatit còn có các tạp chất.
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 4
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
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 SiO
2
nhưng lại có nhiều khối lượng khác.
Đá xà vân có công thức tổng quát: Mg
6

(Si
4
O
6
)(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:
+ Đá Sa thạch: thành phần SiO
2
> 90%, cỡ hạt từ 11-90 mm
+ Quặng bánh: là sản phẩm tận thu cuẩ các loại quặng đá có kích thước (10 mm,
trộn thêm chất kết dính (xi măng 7%) dùng máy ép thành bánh
2/Nhiên liệu
Nhiên liệu dùng trong sản xuất phân lân nung chảy thường là điện, dàu mazit,
than. Sử dụng các dạng nguyên liệu khác nhau theo các loại lò khác nhau.
2.1/Điện
Trong quá trình sản xuất phân lân nung chảy chủ yếu là dùng nhiệt năng để hòa
mềm cháy lỏng hỗn hợp nguyên liệu (phối liệu). Nếu sử dụng nguồn năng lượng
điện thì quá trình sản xuất vô cùng thuận lợi, khả năng tự động hóa cao khống chế
các điều kiện kỹ thuật dễ dàng, thích hợp, sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao.
Mặt khác hỗn hợp khí ra khỏi lò chủ yếu là HF nên việc thu hồi và sử lý nó dễ
dàng. Nhưng điện năng tiêu hao tương đối cao (1000kwh/tấn sản phẩm) ảnh hưởng
đến giá thành sản phẩm. Điều đó cũng là nhược điểm cơ bản của viêc sử dụng
nguồn năng lượng này. Đặc biệt là nước công nghiệp điện chưa phát triển thì việc
sử dụng nó rất hạn chế.
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh

SV:Nguyễn Thị Nụ Page 5
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
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:
+ ít tro
+ Nhiệu năng cao
+ Độ bền cơ nhiệt lớn.
+ Tỉ trọng thấp.
Trong các loại than: than gỗ, than cốc, than antraxit…thì than cốc được sử dung
hiệu quả nhất vì nó đảm bảo được các yêu cầu trên.
Hiện nay nước ta đã nghiên cứu sử dụng than antraxit để sản xuất.
3./ Phương pháp sản xuất.
Quá trình sản xuất phân lân nung chảy là quá trình nung luyện bằng nhiệt .Tùy
thuộc vào dạng cung cấp năng lượng ( dạng nhiên liệu ) khác nhau hình thành các
phương pháp khác nhau.
3.1/ Phương pháp lò điện
Sử dụng điện và biến điện năng thành nhiệt năng để nung luyện. Thường dùng lò
điện trở hồ quang ( bap ha hoặc xoay chiều) có 3 điện cực bẳng than (granfit ), thân
lò làm bằng thép tấm,đáy lò và xung quanh xây bằng gạch chịu lửa.Dòng điện qua
máy biến thế vào thành dẫn điện đưa đến đầu trên của cực điện.Lò cỡ nhỏ có điện
thế U=110V,cỡ lớn có U=360-420V .Điện cực được treo ở trong lò, đầu dưới cắm
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 6
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

vào lớp vật liệu.Điện vòa lò sinh ra hồ quang điện giữa các điện cực,nhiệt sinh ra
có nhiệt độ 1500 -1600
0
C 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.
Có thể sử dụng cả quặng cục và bột .
Nhược điểm:
tốn điện năng: ( 1000KWh/tấn sản phẩm)
Gía thành sản phẩm cao.
3.2/ Phương pháp lò bằng.
Đây là loại lò dùng dầu mazut để nung luyện phối liệu.nó có cấu tạo đơn giản ,
thân lò được xây bằng gạch chịu lửa.Dầu mazut được phun vào ò và nhiệt dộ của
lò đạt 1500
0
C. Sản phẩm thu được có chất lượng tốt hơn dùng than,nhưng lại đắt
hơn nên ít được sử dụng.
3.3/ Phương pháp lò cao:
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.
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 7

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
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:
Ca(OH)
2


GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 8
Nguyên
liệu
Kẹp hàm
đập
Sàng khô
Rửa
Lọc bụi
Lò cao
1450÷1500
0
Tôi nước 3 ÷ 5atm
Rửa bụi Bãi rửa
SấyXử lý
Nghiền
thái
sàngKhí thải Lọc bụi
Sản phẩm
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
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 1400
0
C ÷ 1450
0
C , 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 và
thu 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.
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 9
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

PHẦN II : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
I/ Bản vẽ chi tiết dây truyền công nghệ.
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 10
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
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.
Đường kính lò
(mm)
Cỡ hạt (mm)
Nguyên liệu Nhiên liệu
250 15 – 30 20 – 50
250 – 500 20 – 40 30 – 80
500 – 1000 25 – 60 40 – 100
2.1.2/ Phối liệu.
Trong thành phần của phân lân nung chảy có 4 thành phần chủ yếu : P
2
O
5

, CaO
,MgO , SiO
2
.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
.
P
2
O
5
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
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 11
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
tinh lớn, thao tác khó khăn ,hiệu suất chuyển hóa không cao.Cho nên trong quặng
khi phối liệu tuy chứa P
2
O
5
cao( 38 – 40%).Nhưng thực tế sau khi phối liệu P
2
O

5

có trong sản phẩm chỉ đạt 18 – 21 % .Nếu P
2
O
5
ít quá thì sản phẩm thu được có
hàm lượng P
2
O
5
nhỏ,chất lượng sản phẩm thấp, tốc độ kết tinh chậm.Do đó trong
phối liệu thường khống chế P
2
O
5
≤ 25%
b/ Đối với CaO.
Thành phần CaO trong phối liệu càng lớn thì nhiệt độ nóng chảy của phối liệu càng
cao.Như vậy khi có mặt của SiO
2
sẽ giảm tác dụng nâng cao nhiệt độ chảy lỏng
phối liệu của CaO .Nếu CaO quá nhiều thì sẽ làm cho P
2
O
5
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
.
SiO
2
ngoài tác dụng đã nêu ở trên thì P
2
O
5
và SiO
2
quyệt định độ axit của phân
bón.ở nhiệt độ lớn hơn 1400
0
C thì tính axit của SiO
2
lớn hơn của P2O5 .Nhiệt độ
càng cao thì tính chất đó càng thể hiện rõ rệt,Lượng SiO
2
trong sản phẩm chiếm
20-25%.Tuy không lớn lắm nhưng mà có mặt của SiO
2
có tác dụng phá vỡ mạng
lưới tinh thể quặng phốt phát và đẩy Flo ra ngoài theo phản ứng:
2Ca
5
(PO
4
)
3
+ SiO

2
+ H
2
O = 3Ca
3
(PO
4
)
2
+ CaSiO
3
+ 2HF
4Ca
5
F(PO
4
)
3
+ 3SiO
2
= 6Ca
3
(PO
4
)
2
+ 2CaSiO
3
+ SiF
4

Vì SiO
2
có tính chất axit lớn hơn P
2
O
5
trong phối liệu nhiều sẽ làm tổn thất P
2
O
5

tăng lên.Mặt khác SiO
2
còn tan lẫn vào tinh thể quặng phốt phát làm cho tinh thể bị
biến 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 SiO
2
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
SiO
2
quá nhiều thì hàm lượng P
2
O
5
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 SiO
2

trong phối liệu theo tỉ lệ kiềm trong
phân lân nung chảy.
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 12
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
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 1450
o
C nó ở dạng MgO.SiO
2
, MgO.Al
2
O
3
, MgO.Fe
2
O
3
và chủ
yếu ở dạng CaO.MgO.SiO
2
.
e./ Đối với Al
2
O
3
và Fe

2
O
3
Nếu trong phối liệu quá nhiều R
2
O
3
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 P
2
O
5
,CaO, MgO,SiO
2
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 P
2
O
5

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

2
.
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 /P
2
O
5
= 2- 3
độ kiềm :=1,8 – 2,7
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 13
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
với tỷ lệ này để hạ thấp nhiệt độ nóng chảy của phối liệu hạn chế tổn thất P
2
O
5
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
Thành phần
P
2
O
5
CaO MgO SiO
2
Apatit 100 P1 C1 M1 S1
Secpentin x P2 C2 M2 S2
than y P3 C3 M3 S3

Từ bảng trên ta có thể tính đương lượng thành phần trong quặng như sau:
Loại nguyên liệu Thành phần
P
2
O
5
CaO MgO SiO
2
Apatit 100P1 100C1 100M1 100S1
Secpentin xP2 xC2 xM2 xS2
than yP3 yC3 yM3 yS3

GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 14
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Dựa vào tỉ lệ :
==2-3
==1,8-3,5

==0,5-1
Trong đó :40,32 trọng lượng phân tử MgO
142 trọng lượng phân tử P
2
O
5

60 trọng lượng phân tử CaO
3.Nung luyện.
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.

GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 15
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
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 100-150
0
C nhằm mục đích cho phối liệu nóng chảy hoàn toàn.
Không khí đi vào gặp than xảy ra phản ứng oxy hóa :
C + O
2
=CO
2
+ 97.800 Kcal
Lên phía trên lò O
2
giảm dần và sinh ra phản ứng :
C + O
2
= 2CO + 59.400 Kcal
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 16
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

C + CO
2
=CO - 30.400 Kcal
Ở nhiệt độ cao còn có các phản ứng sau:
2Ca
5
(PO
4
)
3
+ SiO
2
+ H
2
O = 3Ca
3
(PO
4
)
2
+ CaSiO
3
+ 2HF
4Ca
5
F(PO
4
)
3
+ 3SiO

2
= 6Ca
3
(PO
4
)
2
+ 2CaSiO
3
+ SiF
4
2Ca
3
(PO
4
)
2
+ 10C + 6SiO
2
= 6 CaSiO
3
+ P
4
+ 10CO
2P
2
+ 5 O
2
= 2P
2

O
5
Trong thực tế phốt pho bị thăng hoa ( tổn thất ) khoảng 1% tổng lượng phốt pho
có trong quặng phốt phát .
Ngoài các phản ứng trên còn có các phản ứng với Al
2
O
3
và Fe
2
O
3
, NiO ( các phản
ứng này không có lợi cho quá trình sản xuất , vì nó tạo thành kim loại hấp phụ
nhiệt gây tổn thất nhiệt, mặt khác chúng còn tác dụng với lân thành các muối phốt
phát khó tan, làm giảm hàm lượng P
2
O
5
hiệu quả.)
Fe
2
O
3
+ 3C = 2Fe + 3CO
Fe
2
O
3
+ 3CO = 2Fe + 3CO

2
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 liệu
chảy 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.
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 17
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
A S
Hình 1: nhiệt độ nóng chảy của phối liệu.
Trong đó; đường MEN – đường chảy lỏng.
Đường MEP – đường hóa mềm.
Khu vực trên đường MEN – khu vực quá nhiệt.
M – nhiệt độ nóng chảy của apatit(1550
0
C)
N – nhiệt độ nóng chảy của secpentin (1480
0
C)
E – nhiệt độ nóng chảy của phối liệu .
Thông thường nhiệt độ nóng chảy của phối liệu khoảng 1300- 1400
0
C , ở nhiệt độ
này phối liệu bắt đầu hóa mềm , chảy lỏng, nhưng các tinh thể chưa bị phá vỡ hoàn

toàn .Vì thế nhiệt độ cần khống chế ở nhiệt độ 1400- 1450
0
C .
3.2.2/ Độ nhớt của khối nóng chảy.
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 18
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Độ nhớt cao hay thấp có liên quan đến tốc độ chuyển động của khối chảy lỏng . Ở
nhiệt độ cao độ nhớt nhỏ dễ vận chuyển còn ở nhiệt độ thấp độ cao khó vận
chuyển.
Qua khảo sát thực nghiệm cho ta thấy .Khi thành phần secpentin là 37,5% trong
phối liệu thì độ nhớt nhỏ nhất ở bất kì nhiệt độ nào.

Hình 2: Độ nhớt của khối nóng chảy.
3.2.3/Chiều cao của cột liệu:
Chiều cao của cột liệu được tính từ mặt gió phụ đến bề mặt trên của vật liệu.Nếu
cột liệu quá cao sẽ gây nên áp lực lớn, có khả năng tận dụng nhiệt để sấy khô vật
liệu nhưng trở lực tăng ảnh hưởng đến việc phối khí trong lò.Mặt khác làm cho
nhiệt độ trong lò giảm gây hiện tưởng thiếu nhiệt , kết khối, tắc lò.Còn nếu cột liệu
thấp quá thì việc lợi dụng nhiệt kém, áp lực khối liệu chảy lỏng nhỏ làm cho liệu ra
khó.Mặt khác nhiệt độ khí lò ra lớn tổn thất P
2
O
5
tăng lên .Để khống chế chiều cao
cột liệu thích hợp, thực tế người ta khống người ta khống chế theo đường kính của
lò (thường khống chế chiều cao cột liệu bằng 2 – 3 lần đường kính của lò).
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 19
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

3.2.4/ Lượng gió và áp suất gió.
Lượng gió: được xác định trên nhận cơ sở lượng than cung cấp cho 1 tấn sản
phẩm.Qúa trình nung luyện phối liệu trong lò nhờ vào sự cháy của than.Nếu khống
chế lượng gió thích hợp thì than cháy tốt và đảm bảo nhiệt cho quá trình nung
luyện.Nếu lượng gió nhiều quá , than cháy hoàn toàn , nhiệt tỏa lớn , lượng khí
nóng thoát ra ngoài nhiều dẫn đến tổn thất nhiệt,tổn thất .mặt khác dễ gây hiện
tượng kết dính ở miệng của gió do khí lạnh đưa vào nhiều.Nếu lượng gió ít quá
,than cháy không hoàn toàn, tỏa ra ít nhiệt ,mặt khác sinh ra phản ứng khử (thu
nhiệt)nên không đảm bảo nhiệt cho quá trình nung luyện .để khống chế lượng
không khí cần thiết ta căn cứ vào phương trình phản ứng:
C + O
2
=CO
2
+ 97.800 Kcal
Lượng O
2
cần thiết để đốt cháy 1kg than là 22,4:12=1,86 m
3
.Nhưng thực tế trong
than chỉ có khoảng 80% ,do đó khi đốt cháy 1kg than cần 1,86.0,8=1,49m
3
O
2
.Vậy
lượng không khí cần để đốt 1 kg than là =7,1m
3
.
Trong thực tế không phải toàn bộ O
2

của không khí tiếp xúc với cácbon để thực
hiện phản ứng cháy. Cho nên người ta thường lấy dư khoảng 30 – 50% hay nói
cách khác là gấp 1,3 – 1,5 lần so với lượng tính toán lý thuyết .Như vậy để đốt
cháy 1kg than cần 1,0 – 11m
3
không khí .
Áp suất gió:áp suất gió liên quan đến lượng không khí đưa vào đốt.Nếu áp suất gió
cao quá tốc độ gió vào lò nhanh ,thời gian tiếp xúc giữa O
2
than cháy không hết
hoàn toàn , không đủ nhiệt cung cấp cho nung luyện.Mặt khác cột liệu sẽ dịch
chuyển lên đỉnh lò và tổn thất nguyên liệu tăng lên.Nếu áp suất gió thâos quá sẽ
không dư O
2
để đốt cháy than.Khi chọn áp suất gió cần phải căn cứ vào lực cản
đường ống, miệng ống gió, lực cản của cột liệu, cỡ hạt của phối liệu…Theo kinh
nghiệm thực tế thường khống chế 1,1 – 1,5 atm.
3.2.5/ Làm lạnh.
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 20
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Ta có nhiệt độ chuyển dạng kết cấu của canxiphotphat như sau:
<750
0
C
βC
3
P αC
3
P

>750
0
C
Ở giai đoạn nung luyện, dưới tác dụng của nhiệt , phá vỡ mạng tinh
thể canxiphotphat , chuyển nó từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng.Vì
thế nếu liệu nóng chảy ra khỏi lò mà làm lạnh từ từ thì kết cấu tinh
thể sẽ trở về trạng thái ban đầu βC
3
P ( không hiệu quả).Do đó muốn
cho hiệu suất chuyển hóa sản phẩm cao , chat lượng tốt thì quá trình làm lạnh
phải thật tốt, làm lạnh thật nhanh, đột ngột.Bởi vì việc làm lạnh nhằm mục đích
làm đông đặc , phá vỡ thành hạt nhỏ, làm cho kết cấu thể thủy tinh vô định hình
của liệu nóng chảy được cố định.
Việc làm lạnh thường sử dụng nước ( người ta còn gọi giai đoạn này là giai
đoạn dội nước), nên hiệu quả dội nước (làm lạnh) phụ thuộc vào áp suất của
nước , lượng nước sử dụng, kết cấu của thiết bị dội nước.
Nếu áp suất và lượng nước quá lớn sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình gia công
thành phẩm, làm cho phân lân nung chảy bị vụn ( liệu bông) khó lọc, rửa, khso
khô ,lượng sản phẩm trôi theo dòng nước sẽ tăng lên, tiêu hao năng lượng
lớn.Nếu áp suất và lượng nước quá nhỏ thì hiệu suất chuyển hóa thấp và chất
lượng sản phẩm thấp.
Ngoài ra khi lựa chon áp suất và lượng nước còn liên quan đến tính lưu động
của liệu nóng chảy.Nếu dùng chất trợ dung là secpentin thì áp suất và lượng
nước có thể nhỏ một ít còn nếu dùng đôlomit thì tăng một ít.
Áp suất tương đối thích hợp thường khống chế 3-4 atm và lượng nước dội gấp
khoảng 15- 30 lần trọng lượng sản phẩm.
Để tăng hiệu quả làm lạnh, người at thường lấy vòi phun nước ở hai bên hoặc
chính giữa bể dội nước để tăng cường sức xung kích của dòng nước với liệu
nóng chảy , làm lạnh nhanh và đột ngột.Góc độ lắp vòi nước phải thích hợp vì
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh

SV:Nguyễn Thị Nụ Page 21
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
nếu vòi nước vểnh hoặc quá trúc thì quá trình làm lạnh sẽ không tốt. Vì thế vòi
phun nước phải lắp sao cho độ chênh lệch giữa chiều cao của vòi phun và của ra
liệu của lò không được quá lớn, nước phải xối chính tâm dòng liệu chảy ra.
3.2.6/ Sấy và nghiền.
Sau khi làm lạnh bán thành phẩm được vớt lên phơi tự nhiên cho dáo nước ( độ
ẩm 7 - 14%)
Tại đây phân lân nung chảy có nhiều góc cạnh sắc, để tăng hiệu quả sử dụng
mặt khác đề phòng việc sát thương thì cần phải nghiền, yêu cầu kích thước hạt
sau nghiền khoảng 0,15mm ( thiết bị thường sử dụng là máy nghiền bi).Để nâng
cao hiệu suất nghiền, trước khi nghiền bùn thành phẩm sần phải sấy.Trước đây
bán thành phẩm có độ ẩm 5 – 7%, sau sấy độ ẩm còn 1%( thường sử dụng máy
sấy thùng quay, tác nhân sấy là khí lò và sấy theo phương pháp cùng chiều)
t=500 – 600
0
C).
3.2.7/ Xử lý khí Flo và thu hồi Ni
a./ Xử lý khí Flo.
Khí Flo đi ra ngoài có nhiệt độ 600 – 700
0
C và có thành phần 10 15% CO
2
, 5 –
7%

O
2
, 5 – 7% CO, 72 – 76%N
2

, 3 – 7 % H
2
O 0,2 – 0,3%F(HF và SiF
4
) ; 0,1%
P
2
O
5
, 0,5 – 0,6% SO
2
, ngoài ra còn có bụi và tro.Trong đó Flo là thành phần
đáng chú ý nhất, vì nó là thành phần hóa học mang tính chất độc hại hơn cả,
cùng với các thành phần khác làm ô nhiễm môi trường làm ảnh hưởng đến sức
khỏe con người , động thực vật.Do đó vấn đề đặt ra là cần phải xử lý khí Flo ta
có thể dùng nước , sữa vôi.Khi đó phản ứng hấp thụ xẩy ra:
4HF + SiO
2
SiF
4
+ 2 H
2
O
3SiF
4
+ 2 H
2
O 2H
2
SiF

6
+ SiO
2
2HF + Ca(OH)
2
2CaF
2
+ 2 H
2
O
SiF
4
+ 2Ca(OH)
2
2CaF
2
+ SiO
2
+ 2 H
2
O
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 22
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Ngoài ra còn có các phản ứng:
CO
2
+ Ca(OH)
2
CaCO

3
+ H
2
O
CaCO
3
+ SO
2
CaSO
3
+ CO
2
CaCO
3
+ HF CaF
2
+ H
2
O + CO
2
2 CaCO
3
+ SiF
4
2CaF
2
+ SiO
2
+ 2CO
2

Dung sdichj sữa vôi thường có nồng độ là 8 – 10g/lít, PH= 7,5 – 8.Sau khi xử lý
hàm lượng Flo còn lại trong khí thải khoảng 0,001mg/lít ( 0,2 – 0,3% Flo –
0,5mg/lít)
Trong lưu trình công nghệ sản xuất thường sử dụng hai tháp hấp thụ , Tháp 1 rỗng
có H=14M , D=2,5m , hiệu suất hấp thui 70% , Tháp 2 xếp đệm gỗ có H=14m,
D=2m, hiệu suất hấp thụ 90% .Đệm gỗ có ưu điểm tăng bề mặt tiếp xúc pha nhưng
có nhược điểm là sẽ tạo thành keo trong khi hấp thụ với Ca(OH)
2
và gây tắc đệm.
Để sử dụng nước hấp thụ và nâng cao hiệu suất hấp thụ người ta dùng thiết bị hấp
thụ kiểu Venturi, Khí lò đi vào chỗ hẹp của Venturi làm cho tốc độ cảu dòng khí
tăng lên và gặp nước phun .Sử dụng thiết bị loại này dễ bị ăn mòn nhất là chỗ hẹp.
Để khắc phục những nhược điểm này của tháp hấp thụ loại đệm và Venturi người
ta đã nghiên cứu và thay thế bằng thiết bị hấp thụ kiểu Xiclon màng nước,khí lò đi
từ dưới lên còn nước hoặc sữa vôi đi vòa Xiclon theo phương tiếp tuyến tạo thành
màng nước.Khi đó tăng bề mặt tiếp xúc pha và dẫn đến tăng hiệu suất hấp thụ.
b./ Thu hồi Ni:
Thành phần của xỉ ra khỏi lò cao bao gồm Ni, Fe, Al… nhưng chủ yếu là Ni , qua
việc xử lý và tinh chế ta thu được Ni.Ni được sử dụng rộng rãi trong các ngành
công ngiệp điện , cơ khí , hóa chất , chế tạo dụng cụ tinh vi, điện tử , hàng không
tiêu dùng… Có thể nói thu hồi Ni làm cho giá thành của sản phẩm giảm dần 10%.
Để thu hồi Ni ta có thể sử dụng 2 phương pháp: Phân ly dịch tướng (phương pháp
lắng) và phương pháp phân ly tướng rắn.
• Phương pháp phân ly dịch tướng:
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 23
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Do tỷ trọng khác nhau Ni, Fe. Và liệu nóng chảy .Tỷ trọng cảu Ni và Fe lớn hơn
sẽ lắng xuống chảy ra ngoài ở cửa Niken , còn liệu nóng chảy chảy ra ở cửa ra
liệu.Phương pháp này hiệu suất thu hồi không cao vì một phàn Ni sẽ ra theo cửa

liệu.Mặt khác Ni được lấy ra bằng thỉ công cho nên cường độ lao động lớn.
• Phương pháp phân ly tướng rắn:
Hỗn hợp bán thành phẩm phân lân nung chảy và Ni , Fe sau khi làm lạnh bằng
nước qua tuyển từ , tuyển nổi hoặc tuyển nước làm cho chúng tách ra.Qua thực
nghiệm cho chúng ta thấy:tốt nhất là dùng phương pháp tuyển từ vì nó có ưu
điểm sau :hiệu suất thu hồi coa , giảm được cường độ lao động, thiết bị đơn
giản Ni thu hồi có thể gia công trực tiếp .Hiệu quae thu hòi tốt nhât là đặt hệ
thống thu hồi Ni sau khi sấy.
III.DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT VÀ CÁC THIẾT BỊ CHỦ YẾU TRONG
DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT
1./ Lưu trình sản xuất.
Sản xuất phân lân nung chảy theo phương pháp hiện nay có hai loại lưu trình
:lưu trình gió nóng và lưu trình gió lạnh.
1.1/Lưu trình gió nóng.
Xuất phát từ vấn đề sử dụngt han đá antraxit mà người ta hình thành phương
pháp này.Bởi vì than đá có nhiệt trị thấp hơn, có độ bền cơ nhiệt thấp hơn than
cốc.Đặc điểm của lưu trình này là đốt cháy than không hoàn toàn, thiếu oxy ,
nhiệt độ thấp khi cháy thành phần khí lò rac hủ yếu là CO.Vì thê snguwoif at
còn gọi là lưu trình CO.
1.2/ Lưu trình gió lạnh
Dùng không khí dư Oxy đưa vào để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu .nhiệt độ sinh
ra lớn.
2.CÁC THIẾT BỊ CHỦ YÊU.
2.1. LÒ CAO
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 24
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
2.1.1 CẤU TẠO
1: Chuông nạp liệu
2: thùng chứa của bộ phận nạp liệu

3: Lớp cách nhiệt của vỏ lò
4: Gạch chịu nhiệt của vỏ lò
5: Vỏ thân lò
6: Ống phân phối gió
7: Bọc nước làm mát
8: Lớp bột chịu lửa bảo vệ bọc nước
9: Cửa tháo liệu
10: Ống gió vào lò
11: Ống thoát khí
12: Chuông nạp nhiên liệu thứ 2
13: Phễu chứa liệu đỉnh lò
Cấu tạo của lò cao là hình trụ tròn , vỏ ngoài bằng thép, phần trong phá trên xây
dựng bằng gạch chịu lửa phần dưới là bọc nước , đường kính lò là 1,1m( lò 1 vạn
tấn).
Nhiệt độ làm lạnh ở vỏ bọc nước là 50 – 60
0
C (nếu ở nhiệt độ cao hơn sẽ kết tử
các ion Ca
2+
, Mg
2+
làm giảm hệ số truyền nhiệt, còn ở nhiệt độ thấp hơn sẽ tổn
GVHD:Nguyễn Văn Mạnh
SV:Nguyễn Thị Nụ Page 25