Nghiên cứu quá trình trộn phân lân nung chảy với supe photphat (supe lân)

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRỘN PHÂN LÂN NUNG CHẢY VỚI SUPE PHÔTPHAT

Lê Văn Hựu, Phạm Minh Tâm, Phạm Thị Hường

Summary

A Study coas carried out on the mining process of Thermophosphate with Superphosphate.

Using compound of Thermophosphate and Superphosphate has given high effect in agricultural products.

The proportion of agentes shoul choose 30/70 - 50/50.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Phân lân nung chảy (PLNC) có nhiều ưu điểm:

- Công nghệ sản xuất tương đối đơn giản, ta có thể tự thiết kế, chế tạo và xây dựng hoàn chỉnh các nhà máy, vốn đầu tư ít, nguyên nhiên vật liệu ( apatit, secpentin, than) sẵn có trong nước, giá thành sản phẩm thấp, có khả năng phát triển sản xuất lớn nếu mờ rộng được diện tiêu thụ.

- PLNC là loại phân bón kiềm tính. Lân hữu hiệu trong PLNC hầu như không tan trong n'r nhưng tan tết trong dung dịch axit citric, vì vậy, bón PLNC ít gây. Ô nhiễm nguồn nước. Ngoài lân, nguyên tố dinh dưỡng đa lượng, PLNC còn chứa nguyên tố trung lượng và vi lượng như Ca, Mg, Si, Mn ...rất cần thiết cho cây trồng. Trên nhiều vùng đất có độ chua cao bón PLNC đã thu được kết quả rất tốt / 1 , 2 /

Tuy vậy, trên nhiều vùng đất và đối với nhiều loại cây trồng, PLNC cũng thể hiện một số nhược điểm cần được nghiên cứu khắc phục. Đó là lân hữu hiệu trong PLNC có tác dụng tương đối chậm, khi cây non cần lân thì PLNC không đáp ứng kịp thời / 2, 3, 4/. PLNC cũng hầu như không đáp ứng được lượng lưu huỳnh (S) là một trong ba nguyên tố trung lượng cần thiết cho cây trồng /7/ ,. Trái lại, S trong PLNC có lẽ chủ yếu nằm ở dạng sunfua kiềm, trong môi trường axit lưu huỳnh bị giải phóng dưới dạng H₂S có thể nhận biết dễ dàng. Chúng ta đã biết, đến một nồng độ nào đó, H₂S có thể làm thối rễ cây. Cũng cần lưu ý tới lời cảnh báo của một số nhà khoa học nông nghiệp là PLNC có hàm lượng Mg khá cao, nếu bón liên tục nhiều năm có thể xuất hiện hiện tượng cây bị ngộ độc do quá thừa Mg.../2/

Thực tế sử dụng PLNC ờ nước ta từ những năm 60 đến nay cho thấy sản phẩm này có hiệu lực cao trên nhiều vùng đất, đối với một số loại cây trồng nhưngtrên nhiều vùng đất khác và đối với nhiều loại cây trồng khác hiệu lực lại không cao /1, 2, 3, 4, 5/. Chúng tôi cho rằng đây là nguyên nhân chính đã và đang hạn chế khả năng tiêu thụ của PLNC. Vấn đề này là bình thường vì như đẫ biết, không có một sản phẩm phân bón nào có hiệu quả cao trên tất cả các vùng đất, đối với tất cả các loại cây trồng.

Để mở rộng thị trường tiêu thụ PLNC cần:

+ Tiếp tục cung ứng PLNC truyền thống cho những vùng đất và các cây trồng đã có hiệu quả cao.

+ Nghiên cứu sản xuất những sản phẩm mới trên cơ sở PLNC để cung cấp cho các vùng đất và cây trồng mà PLNC truyền thống không có hiệu quả cao.

Nghiên cứu quá trình trộn PLNC với supephôtphat (SP) là một trong những đề tài nhằm mục đích này.

II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.

- Xác định thành phần hoá học và tính chất hoá lý của hỗn hợp PLNC với SP khi tỷ lệ PLNC/ SP thay đổi.

- Xác định hàm lượng khí hidro sunfua và flo thoát ra trong quá trình phản ứng

- Đề xuất sơ đồ công nghệ sản xuất.

III. MỘT VÀI TÍNH CHẤT HOÁ LÝ CƠ BẢN CỦA PLNC VÀ SP.

1. Một vài tính chất hoá lý cơ bản của PLNC:

PLNC là loại phân kiềm tính, lân hữu hiệu ở dạng hoà tan trong dung dịch axit citric, không tan trong nước. PLNC chứa nhiều nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng như P, Ca, Mg, Si, Mn... Sản phẩm PLNC của ta còn chứa lưu huỳnh dưới dạng sunfua kiềm có hải cho cây trồng.

Thành phần hoá học của PLNC, ( % ) :

pH dung dịch 5 %trong nước cất 8,0 - 8,5. d = 1,27 - 1,32.

Ít hút ẩm, không vón cục.

Về mặt hoá lý, PLNC về cơ bản là dung dịch rắn của canxi phôtphat và ma giê silicat dưới dạng thuỷ tinh vô định hình.

2. Một vài tính chất cơ bản của supephôtphat

SP là một dạng phân bón axit tinh. Lân hữu hiệu trong SP nằm dưới dạng hoà tan trong nước (H₃PO₄ tự do, Ca( H₂PO₄)₂ MG(H₂PO₄)₂) và dạng hoà tan trong dung dịch môn citrat ( CAHPO₄ , MGHPO₄ các phôtphat sắt, nhôm).

Về mặt hoá lý, SP gồm một số pha rắn và pha lỏng. Pha rắn gồm các phôtphat canxi, magiê, sắt, nhôm, canxi sunfat CaSO₄.0,5H₂0, các khoáng chưa bị phân huỷ ( chủ yếu là flo- apatit) , silic SiO₂ nH₂0 ... Lượng pha rắn chiếm khoảng 65 - 72% trong đó 50 - 55% là canxi sunfat. Pha lỏng gồm dung dịch axit phôtphoric bão hoà mônô canxi - và mônô ma giê phôtphat. Tạp chất trong dung dịch có các cation Al³⁺ , Fe³⁺ ... và các anion SiF6 ^2- , ALF6 ^3- , F^- ... SP dễ hút ẩm và vón cục.

Ngoài lân (P), SP còn là nguồn cung cấp canxi và lưu huỳnh/7/ là hai nguyên tố trung lượng cần thiết cho cây trồng. Cần lưu ý CaSO₄ là một tác nhân gây chai cứng đất nếu bón liên tục nhiều năm và tỷ lệ S/CA trong SP không thích hợp đối với phần lớn các loại cây trồng /6/.

Tuỳ thuộc vào chất lượng quặng phôtphat dùng làm nguyên liệu đầu trong sản xuất, thành phần hoá học của SP dao động trong khoảng sau, (%):

P₂0₅ hh = 14 - 21

P₂0₅ tự do = 5,5

Độ ẩm < 13

IV. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRỘN PLNC VỚI SP

1. Cơ sở lý thuyết quá trình trộn PLNC với SP

Khi trộn PLNC với SP, các phản ứng hoá học xây ra về cơ bản là giữa pha với pha rắn ( trong SP, ngoài pha rắn còn có pha lỏng).

Trước tiên P₂0₅ tự do (dưới dạng H₃PO₄) trong SP tác dụng với PLNC thành mônô magiê - và mônôcanxi phôtphat. Nếu tỷ lệ PLNC lớn đến một giới nào đó thì xảy ra hiện tượng các mônômagiê - và mônôcanxi phôtphat vừa thành và mônôcanxi - , mônômagiê phôtphat có sẵn trong SP tác dụng tiếp PLNC tạo thành đicanxi - , đimagiê phôtphat. Khi đó lân hữu hiệu tan trong nước của SP chuyển sang dạng tan trong môn citrat. Nếu tiếp tục tăng tỷ lệ PLNC thì đicanxi phôtphat chuyển sang dạng tricanxi phôtphat ( hiệu quả đối với cây trồng rất kém ) .

Ca(H₂PO₄)₂ . H₂0 _______ CaHPO₄ _______ Ca₃(PO₄)₂ .H₂0

(tan trong nước) (ít tan trong nước, (dạng khó hiệu quả
tan trong môn citrat) đối với cây trồng)

Độ ph tương ứng với từng nấc là:

- Nấc 1 : pH = 4 - 4,5

- Nấc 2 : pH = 6 - 6,5

- Nấc 3 : pH > 7

Thực tế các quá trình trên không xây ra một cách tuần tự mà có sự đan xen.

Ví dụ, ngay ở pH = 4 - 4,5 cũng đã phát hiện thấy có mặt đicanxi phôtphat . Mặt khác phản ứng giữa pha rắn với pha rắn xây ra ở bề mặt tiếp xúc giữa hai pha, nhân của các tiểu phần có thể vẫn giữ nguyên bản chất.

Khi trộn PLNC với SP, nhiệt độ khối chất phản ứng tăng, có khí H₂S, flo và hơi nước bay ra.

Về mặt hiệu lực nông hoá, rất nhiều thí nghiệm trên đồng ruộng cho thấy rằng trên nhiều vùng đất, đối với nhiều loại cây trồng bón hỗn hợp PLNC với SP cho hiệu quả cao hơn bón riêng mỗi loại / 2, 4, 5, 10/. Hiệu quả bón phối hợp cao có thể là do phân trộn vừa có P₂0₅ hoà tan trong nước và trong môn citrat, vừa có P₂0₅ hoà tan trong axit citric. Nói cách khác là vừa có dạng P₂0₅ tan nhanh vừa có dạng P₂0₅ tan chậm, nên có khả năng cung cấp đều đặn dinh dưỡng lân cho cây trồng. Mặt khác, trong phân trộn các nguyên tố Ca, Mg, S ... trở nên cân đối hơn.

2. Nguyên liệu dùng trong thí nghiệm:

a, Phân lân nung chảy:

Thành phần hoá học của mẫu PLNC dùng trong thí nghiệm như sau(%):

- P₂0₅ tan trong dung dịch axit citric : 15,40
( P₂0₅ tan trong dung dịch môn citrat : 7,25)

- S tổng : 0,29

- F : 0,89

Dạng bột mịn, d = 1,30, pH dung dịch 5 % trong nước cất = 8,5.

b, Supephôtphat.

Thành phần hoá học của mẫu SP dùng trong thí nghiệm (%) :

- P₂0₅ tan trong nước : 12,20

- P₂0₅ tự do : 2,86

- P₂0₅ tan trong môn citrat : 3,75

- P₂0₅ hữu hiệu : 15,95

- (P₂0₅ tan hoà trong citric 2 % : 16,30 )

Độ pH của dung dịch 5 % SP trong nước cất 4,5 . d = 0,82.

3. Những thí nghiệm trộn PLNC với SP.

Chúng tôi đã tiến hành các thí nghiệm trộn PLNC với SP theo các tỷ lệ sau

Bảng 1:

Hiện tượng chung có thể nhận biết qua các thí nghiệm là nhiệt độ khối chất phản ứng tăng đến một mức độ nào đó rồi giảm dần, phản ứng thoát khí. Sự tăng nhiệt độ khối chất phản ứng phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ và thành phần hoá học của SP (do phản ứng trung hoà toả nhiệt). Trong những điều kiện thí nghiệm, nhiệt độ khối chất phản ứng đã đo được là 45 - 55 ^oC. Chúng tôi cũng đã theo dõi sự thay đổi khối lượng của khối chất phản ứng sau khi trộn và thấy khối lượng giảm khoảng 1,0- 1,5 % (do thoát khí H₂S , HF Và hơi nước) .

Đã xác định lượng H₂S và HF thoát ra ở phút thứ 30 và 40 kể từ lúc bắt đầu

Tỷ trọng d và độ pH của dung dịch 5% trong nước cất của các mẫu như sau:

Bảng 2:

Đã phân tích rơngen mẫu PLNC+ SP để xác định định tính thành phần pha.

Thành phần hoá học của các mẫu trong ngày đầu khi trộn được giới thiệu ở bảng 3.

Bảng 2:

Hàm lượng P₂0₅ hoà tan trong axit citric 2% của các mẫu thí nghiệm dao động theo thời gian, đáng chú ý là mẫu A2 (70 PLNC+ 30SP) có chiều hướng giảm. Điều này phù hợp với lý thuyết vì với tỷ lệ trộn như trên, ph dung dịch 5 % = 7 - 7,5, có thể một phần đicanxi phôtphat đã chuyển thành tricanxi phôtphat. Mặt khác, trong điều kiện trộn pha rắn với pha rắn, khó có thể đạt được sự đồng đều lý tưởng, ở những chỗ có pH = 8 - 8,5 chắc chắn có tricanxi phôtphat xuất hiện.

Chúng tôi cũng đã tiến hành phân tích hàm lượng P₂0₅ hoà tan trong axit citric 2% của các mẫu theo thời gian lưu trong 3 tháng.

Do hiện tượng thoái lui cục bộ có thể xuất hiện, chúng tôi đã tiến hành một số thí nghiệm thăm dò khả năng ngăn cản bằng cách dùng muối Mg với lượng khoảng 3 - 5% so với lượng SP.

Qua các thí nghiệm thấy rằng các mẫu 30 PLNC+ 70SP và 50PLNC+ 50SP có hàm lượng P₂0₅ hữu hiệu hầu như không biến đổi. Mẫu 70PLNC+ 30SP hàm lượng P₂0₅ hữu hiệu có chiều hướng giảm theo thời gian lưu.

V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

1. PLNC có nhiều ưu điểm: công nghệ sản xuất đơn giản, nguyên nhiên liệu trong nước rất phong phú, đầu tư ít, giá thành tương đối thấp, có thể phát triển sản xuất nhanh, nếu giải quyết được vấn đề tiêu thụ sản phẩm

2. Bón hỗn hợp PLNC + SP cho hiệu quả cao trên nhiều vùng đất đối với nhiều loại cây trồng. Sản xuất mặt hàng này sẽ góp phần mở rộng thị trường tiêu thụ, góp phần đẩy mạnh sản xuất PLNC.

3. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã đề xuất sơ đồ công nghệ sản xuất. Sơ đồ công nghệ này đơn giản, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật sản xuất, đảm bảo vệ sinh môi trường. Để đảm bảo chất lượng và hiệu lực nông hoá của sản phẩm, trong sản xuất nên lựa chọn tỷ lệ phối liệu PLNC/SP = 30/70 : 50/50.

4. Kiến nghị Tổng Công ty Hoá chất Việt Nam xem xét khả năng xây dựng xưởng PLNC cộng xuất 100.000 : 200.OOOT/năm thuộc Công Ty Supephôtphat vàHoá chất Lâm Thao để phục vụ sản xuất mặt hàng phân hỗn hợp này. Giải pháp này đạt hiệu quả kinh tế cao nhất, quản lý và điều hành sản xuất thuận lợi nhất, đồng thời cũng phù hợp với định hướng phát triển sản xuất- kinh doanh của Tổng Công ty trong những năm tới.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Công Doãn Sắt, Nguyễn Đăng Nghĩa.

"So sánh hiệu lực của một số dạng phân lân trên đất nông nghiệp Miền Nam Việt Nam"

Viện Khoa học Nông nghiệp Miền Nam , ] 992.

2. Võ Minh Kha, Bùi Đình Dinh.

"Phân lân nung chảy - hiện trạng và triển vọng 'i.

Hội thảo Khoa học PLNC, 5/1 996.

3. Nguyễn Thị Loan, Hoàng Tự Lập.

"Kết quả thí nghiệm,so sánh hiệu lực của một số dạng phân lân đối với cây thuốc

Viện KT - KT thuốc lá, 1 996.

4. Mai Văn Quyền.

"Kết quả báo cáo khoa học 2 năm thực hiện chương trình ISA/FOS (7/1992 - 7/1974)"

5. Lê Ngọc Diệp, Nguyễn Văn Luật.

"Long - Telm Effect of Phosphorus Fertilizers".

Tập san nghiên cứu lúa OMONRISE, 2/1992.

6. IFDC.

"Sulfuric acid - Based Partiany Acidulated Phosphate Rock. Its Production, Cost and Use"

7. G. R. Hagstrom.

"Secondary Nutrient Fertilization of Plantation Crops."

8. M. E. Pozin.

" Công nghệ muối vô cơ ". 1961 . (Tiếng Nga).

9. A. A. Socolovski, E. B. Iask.

" Công nghệ phân khoáng và axitt. 1971 . (Tiếng Nga).

10 Nguyễn Văn Bộ , Lương Quỳnh Chúc.

"Hiệu lực nông hoá của phân bón hỗn hợp Supe - Tecmô đối với cây trồng".