[发明专利]生产低重金属含量卫生磷肥的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低重金属含量卫生磷肥的生产方法，特别涉及一种低镉卫生磷肥的生产方法。

背景技术

磷肥是农作物需要的氮、磷、钾三大基础肥料中唯一在资源和加工上容易带入有害有毒重金属成分的化学肥料。目前磷肥的生产加工主要有两大原料，一是磷矿，二是硫酸。磷矿作为加工磷肥的磷素原料来源，以地质成分为两类：火成岩形式的磷灰石和沉积岩形式的磷块岩。前者占现有商业使用磷矿的15％，其重金属含量低，尤其是易被水稻作物吸收进入大米的有毒物质镉元素十分少，通常在1-2ppm(百万分之含量表示)；而后者因占商业使用磷矿的85％，其重金属含量相对较高，镉含量在10-300ppm不等。硫酸作为磷肥加工主要辅助原料，也以原料的来源不同，其生产的硫酸中重金属含量各自有别，如表1中华人民共和国国家标准所示：优等品为硫磺为原料生产硫酸，其中重金属含量上限汞10ppm，铅50ppm；一等品为硫铁矿为原料生产硫酸，其中重金属含量上限汞100ppm，铅200ppm；合格品为冶炼烟气生产硫酸，其中重金属含量汞和铅没有指标要求，其说明重金属含量只会更高，且也因冶炼金属成分不同而带入的重金属含量更高。不无遗憾的是重金属中已被水稻等大田作物吸收的镉含量指标没有指标要求。2013年中国生产硫酸7700万吨，硫磺制酸4300万吨，其中1000万吨用于硫酸法钛白粉生产，剩下3300万吨，也就是说

表1硫酸国家标准(GB534－2002)

约3400万吨含重金属较高的一等品和合格品硫酸用于磷肥生产。而生产磷肥首先按如下反应生产湿法磷酸：

Ca₅F(PO₄)₃+5H₂SO₄+10H₂O→3H₃PO₄+5CaSO₄·2H₂O↓+HF↑  (1)

CaCO₃+H₂SO₄+H₂O→CaSO₄·2H₂O↓+CO₂↑  (2)

每公斤P₂O₅通常需要2.5公斤硫酸，从磷石膏沉淀带走的重金属量的比例十分小，几乎所有重金属物质进入磷酸盐肥料中。因此，采用国家标准一等品或合格品硫酸生产的磷肥，不仅随磷矿中带来的重金属没有除去，反而因其所用硫酸带来叠加在一起产生更高的重金属元素含量，并经过磷肥施用途径进入土壤，再经过农作物吸收进入我们的粮食与食品中。尤其是近三十年来靠科学技术大量施肥带来的粮食成倍增产，解决了我国人口的温饱问题，但是因改革开放的前20年我国磷肥生产技术薄弱，几乎靠进口美国和摩洛哥磷肥，尤其是美国磷酸二铵，其中镉含量达到30-40PPM。因此，我国土壤因施肥积累的重金属已达临界点，加之土壤的酸化和盐化，再加上水稻等农作物对重金属镉元素的特有吸收，因此镉大米的出现已对粮食卫生与安全敲响警钟。所以，必须采用科学的方法脱出磷矿和使用硫酸叠加带入磷肥中的重金属含量，解决土壤中重金属含量日益增长的量趋势，并靠全面降低磷肥中的重金属含量，利用植物吸收移走土壤中的重金属，修补重金属污染的土地，生产安全卫生的农作物。

现有磷肥脱出重金属特别是镉元素的方法是将磷块岩矿进行高温煅烧，赶出镉元素，极大的增加了生产成本。正如《自然资源学报》第20卷第3期“中国、美国、摩洛哥磷矿资源优势及开发战略比较分析”一文所述，要降低磷矿中的镉含量通常使用煅烧法，每吨磷矿需要增加15-20美元，进入磷肥需要增加30％的成本。其次磷肥生产使用以硫铁矿和金属冶炼烟气副产的硫酸，其进入酸中的重金属含量几乎不能够预先除去，所以国家硫酸质量标准(表1)除对优等品中重金属含量要求相对较低外，对一等品与合格品硫酸中的重金属含量要求较为宽松，甚至在合格品酸中不作为产品质量指标要求。

名词术语解释

卫生磷肥-本发明中，卫生磷肥是指脱出重金属含量或重金属含量低于30PPM/公斤P2O5的磷肥，本发明生产出的磷肥为卫生磷肥。

发明内容