Trường đại học Bách Khoa Hà Nội
Viện Khoa học và Công nghệ môi trường
Tiểu luận môn học : Những quá trình sản xuất cơ bản
Đề tài :
Công nghệ sản xuất phân supe phốt phát và các chất thải đặc trưng kèm
theo nguồn gốc của chúng trong công nghệ này.
Tài liệu thảm khảo :
1. Công nghệ sản xuất phân bón vô cơ, nxb Bách Khoa – Hà Nội, tác giả :
La Văn Bình, Trần Thị Hiển
2. Kỹ thuật hóa học II , chủ biên (Trí Hào)
3. Thời báo kinh tế Việt Nam
4. Cổng thông tin trực tuyến của Tập đoàn hóa chất Việt Nam :
/>Nhóm tiểu luận 8 – lớp Kĩ thuật môi trường K54:
Nguyễn Chí Thành (nhóm trưởng)
Lưu Thị Bắc Giang
Bùi Thanh Sơn
Vũ Quốc Hoàn
Mục lục
A. PHẦN MỞ ĐẦU……………………………………………2
B. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ NĂNG LƯỢNG
TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
SUPE PHỐT PHÁT…………….…………………………… 3
C. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SUPE PHỐT PHÁT……… 6
D. NHẬN XÉT CHUNG………………………………………19
2
A. PHẦN MỞ ĐẦU
Việt Nam là một đất nước lấy nông nghiệp là ngành sản xuất mũi nhọn.
Tính đến năm 2009, nông nghiệp vẫn chiếm hơn 70% tỷ trọng trong nền kinh tế
cả nước. Vì vậy trong công cuộc phát triển đất nước thì phát triển ngành nông
nghiệp là mục tiêu quan trọng hàng đầu.
Hiện nay , Việt Nam đang phát triển nông nghiệp theo hướng thâm canh

Việt Nam trong những năm gần đây cũng đã đẩy mạnh việc phát triển
công nghiệp sản xuất phân bón, đặc biệt là phân supe phốt phát. Khả năng sản
xuất phân supe phốt phát của nước ta năm 2009 là 1,1 triệu tấn [3] trong đó hai
nhà máy lớn nhất nước ta là Công ty supe phốt phát và hóa chất Lâm Thao ở
miền Bắc đạt sản lượng 900 000 tấn[3] và Nhà máy Lâm Thành trực thuộc Công
ty phân bón miền Nam đạt 200 000 tấn[3].Tính đến ngày 28 tháng 1 năm 2009,
cả nước ta có gần 500 cơ sở, công ty, xí nghiệp sản xuất phân bón, 50 nhà nhập
khẩu, 30 văn phòng đại diện kinh doan phân bón nước ngoài đặt tại Việt Nam.
Những con số này nói lên ngành phân bón Việt Nam đang phát triển và sản xuất
phân supe phốt phát là một phần không thể thiếu của công nghiệp Việt Nam.
B. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH SẢN
XUẤT SUPE PHỐT PHÁT
1. Quặng Apatit
Apatit là một nhóm các khoáng vật phosphat bao gồm hidroxylapatit,
floroapatit và cloroapatit. Các loại apatit này được gọi tên do trong thành phần
tinh thể của chúng có chứa các ion OH
-
, F
-
và Cl
-
. Công thức chung của apatit
thường được biểu diễn theo dạng nhóm thành phần như Ca
5
(PO
4
)
3
(OH, F, Cl),
hoặc theo công thức riêng của từng loại khoáng vật riêng lẻ tương ứng như:

2
O
5
lớn hơn 33%[4]. Nhưng đến thời điểm này thì chúng ta
4
đã có thể sản xuất phân supe phốt phát từ loại apatit có hàm lượng P
2
O
5
từ 32% -
33%, độ ẩm 18% – 22%. Ở nước ta hiện nay đang sản xuất supe phốt phát từ
quặng apatit loại I với hàm lượng P
2
O
5
31% -32% và tinh quặng tuyển với chất
lượng lớn hơn 32% P
2
O
5.
Trước đây đôi khi cũng đã dùng quặng apatit chứa
khoảng 30% P
2
O
5
trong sản xuất supe phốt phát. Sản xuất supe phốtphát từ loại
quặng này sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm và nếu không thay đổi một số biện
pháp kỹ thuật, sẽ gặp nhiều khó khăn trong khâu vận hành sản xuất.

Hiện nay, nguồn cung cấp chủ yếu apatit cho sản xuất phân supe phốt phát

Dựa vào sự hình thành và thành phần vật chất nên trong khoáng sàng
apatit Lào Cai phân chia ra 4 loại quặng khác nhau.
- Quặng loại I: Là loại quặng aptatit hầu như đơn khoáng thuộc phần không
phong hóa của tầng quặng KS5 hàm lượng P
2
O
5
chiếm khoảng từ 28-40%.
- Quặng loại II: Là quặng apatit-dolomit thuộc phần chưa phong hóa của
tầng quặng KS5 hàm lượng P
2
O
5
chiếm khoảng 18-25%.
- Quặng loại III: Là quặng apatit-thạch anh thuộc phần phong hóa của tầng
dưới quặng KS4 và trên quặng KS6 và KS7, hàm lượng P
2
O
5
chiếm khoảng từ
12-20%, trung bình khoảng 15%.
- Quặng loại IV: Là quặng apatit-thạch anh-dolomit thuộc phần chưa phong
hóa của tầng dưới quặng KS4 và các tầng trên quặng KS6 và KS7 hàm lượng
P
2
O
5
khoảng 8-10%.
5
Xuất phát từ điều kiện tạo thành của tầng quặng và dựa vào kết quả phân

Theo thống kê, sản lượng axit sunfuric trên thế giới được sản xuất từ các
nguồn nguyên liệu khác nhau như sau:
- Đi từ lưu huỳnh: 65%
- Đi từ khí thải của ngành luyện kim (như SO
2
, H
2
S, ): 23%
- Đi từ quặng pirit: 9%
6
- Đi từ các nguồn khác: 3%
*Một số nguồn cung ứng axit sunfuric trong nước :
- Nhà máy Super lân Long Thành thuộc Công ty phân bón miền Nam: Sản
xuất axít sulfuric 80.000 tấn/năm, giúp nhà máy chủ động nguyên liệu để đưa
sản lượng phân lân các loại từ 100.000 tấn trước đây lên 200.000 tấn. Nguồn
nguyên liệu sản xuất axít sulfuric là các quặng sunfua sắt.
- Nhà máy Supe Lâm Thao: sử dụng nguyên liệu pyrit trong nước và giảm
triệt để chất thải gây ô nhiễm (như khói bụi, SO
2
và axít). Nguồn nguyên liệu là
quặng pyrit (của công ty Giáp Lai, Việt Nam) phối trộn lưu huỳnh hóa lỏng nhập
khẩu.
3. Các loại nguyên liệu khác
Than : Quá trỉnh sản xuất supe phốt phát sử dụng lượng lớn than đá để làm
tăng nhiệt độ trong một số quá trình. Nguồn cung ứng than chủ yếu là từ trong
nước.
Khí amôniắc : Khí amôniắc được sử dụng làm chất trung hòa H
3
PO
4

trong sản phẩm có thể phân supe phốt phát
thành:
- Supe phốt phát đơn : có chứa P
2
O
5
hữu hiệu tổng cộng nhỏ hơn hoặc bằng
19%
- Supe phốt phát kép : chứa hàm lượng P
2
O
5
cao gấp đôi supe phót phát đơn
Trong cả hai loại phân bón supe đơn và kép đều có chứa một phần P
2
O
5
không
bị phân hủy của nguyên liệu, một phần nước chưa bay hơi cùng một phần H
3
PO
4

chưa phân hủy hết gọi là P
2
O
5
tự do trong sản.
Nếu tính hàm lượng P
2

SO
4
là
2Ca
5
F(PO
4
)
3
+ 7H
2
SO
4
+ 3H
2
O = 3Ca(H
2
PO
4
)
2
.H
2
O + 7CaSO
4
.0,5H
2
O + 2HF
Thực chất phản ứng xảy ra theo 2 giai đoạn
Giai đoạn 1 : Ca

4
+5 H
2
O = 2 Ca(H
2
PO
4
)
2
.H
2
O + HF + Q
Như vậy khi đạt được cân bằng thì sẽ tồn tại H
3
PO
4
và 2Ca(H
2
PO
4
)
2
và
CaSO
4
và H
2
O – Vì hàm lượng của CaSO
4
trong dung dịch nhỏ( Chủ yếu nằm ở

.H
2
O + H
2
O = CaHPO
4
+ H
3
PO
4
3CaHPO
4
+ H
2
O = Ca
3
(PO
4
)
3
+ H
3
PO
4
Mức độ phân hủy tùy thuộc vào hàm lượng tương đối của muối và nước.
Sự phụ thuộc của mức độ phân hủy đó được biểu diễn tại biểu đồ sau
Sự phân hủy của Ca(H
2
PO
4

+2,5H
2
O = 3H
3
PO
4
+ 5CaSO
4
.0,5H
2
O + HF + Q
Phản ứng xảy ra ngay khi trộn phốt phát và axít H
2
SO
4
trong khoảng thời
gian dưới 60 phút[2]. Canxi sun phát ở dạng CaSO
4
.0,5H
2
O rồi nhanh chóng
chuyển về dạng khan ổn định vì đang có nhiệt độ cao và nồng độ P
2
O
5
lớn.
Ảnh hưởng của nhiệt độ và %P
2
O
5

sẽ ở dạng bùn nhão. Mặt khác, nếu phân hủy phốt phát bằng axít có nồng độ cao
thì pha lỏng sẽ nhanh chóng bị bão hòa, canxi sunphát sẽ tạo thành lớp kết tinh
mịn phủ lên bề mặt của phốt phát. Phản ứng sẽ không thực hiện được và làm sản
phẩm xấu, không tơi xốp và bị dính bết.
Trong thực tế, người ta thường dùng nồng độ axít tương ứng với cực đại
thứ hai của đồ thị ( 62 ÷ 68%)[2,trang 68].
Nhiệt độ axít cũng ảnh hưởng tới quá trình phân hủy của quặng phốt phát.
Thông thường nhiệt độ axít được xác định tùy thuộc vào nồng độ, cụ thể, với axít
61% là 65 ÷ 75°C ; với axít 64 ÷ 68 % là 50 ÷ 60°C[1, trang 47].
Thành phần pha lỏng của khối supe phốt phát cũng có ảnh hưởng lớn đến
chiều hướng và tốc độ của quá trình hình thành các sản phẩm trung gian. Thời
11
gian lưu lại của bùn trong thiết bị tùy thuộc vào thành phần của pha lỏng tại thời
điểm bắt đầu tác dụng của các chất phản ứng.
Việc cung cấp quặng phốt phát và axít H
2
SO
4
vào liên tục , đồng thời bùn
tạo thành không ngừng chảy qua một tấm chắn sẽ giữ cho bùn trong thùng có thể
tích không đổi. Thời gian lưu lại bùn trong thùng hỗn hợp phải đảm bảo bùn
không bị đặc sệt làm mất độ linh động và khó chảy xuống thùng hóa thành.
Nếu nồng độ axít H
2
SO
4
càng cao, mức độ phân hủy apatit càng lớn cần
thiết phải duy trì tỉ số H
2
SO

2
.H
2
O.
Ca
5
F(PO
4
)
3
+ 7H
3
PO
4
+ 5 H
2
O = 2 Ca(H
2
PO
4
)
2
.H
2
O + HF + Q
Ban đầu phản ứng xảy ra rất nhanh. Khi nồng độ Ca(H
2
PO
4
)

4
tăng lên càng làm tăng độ hút ẩm của sản phẩm, dễ gây ra hiện tượng kết
khối, dính bết hay ăn mòn các cơ cấu vận chuyển, bao bì … Muốn giải quyết
tình trạng trên ta có thể trung hòa axít tự do có trong supe phốt phát bằng cách
12
trộn với chất trung hòa dễ phân hủy như : bột xương nghiền nhỏ, phốtphorít, đá
vôi, phốt phát đã khử flo, amoniắc thể khí… Trong thực tế sản xuất, khí amôniắc
thường được lựa chọn để trung hòa axít tự do.
3.4 Tạo supe phốt phát hạt
Supe sản phẩm muốn tạo được thành hạt phải thông qua quá trình trung
hòa kỹ càng và có độ ẩm(2.5 ÷ 3%) thì mới tạo được thành dạng hạt. Supe phốt
phát được đưa về dạng hạt mới đưa vào sử dụng vì những ưu điểm của nó so với
supe dạng bột. Nếu bón trực tiếp Supe dạng bột vào đất, sẽ xảy ra hiện tượng
thoái giảm P
2
O
5
do các tác nhân sinh lý hóa học trong đất. Việc tiến hành tạo hạt
supe phốt phát nhằm giảm diện tích tiếp xúc của phân bón với đất trồng, tránh
bớt hiện tượng thoái giảm P
2
O
5
.
3.5 Sơ đồ công nghệ
4. Dây chuyền công nghệ sản xuất supe phốt phát đơn theo phương pháp
liên tục và các thiết bị chủ yếu
Gia công quặng apatít
Trộn nguyên liệu
Hóa thành supe

7. Máy nghiền bi 17. Bộ phận phân ly hạt 31. Ống khói
10. Cầu cẩu 20. Tổ hợp lọc bụi 32. Bơm huyền phù
11. Bunke chứa quặng 22. Thùng nguyên liệu 35. Lắng huyền phù
14
4.2 Các thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất supe phốt phát đơn
4.2.1 Máy sấy thùng quay
* Cấu tạo máy sấy
Buồng sấy hình trụ nằm ngang. Vỏ máy bằng thép, có bọc lớp vật liệu
cách nhiệt. Buồng sấy được đặt 1 góc nghiêng 4 ÷ 5° so với chiều ngang để
quặng chuyển từ đầu đến cuối buồng. Thùng quay nhờ hệ thống băng đai truyền
động trực tiếp từ mô tơ điện có công suất lớn và có một hệ thống cấp nhiệt để
sấy apatít . Mặt trong của thùng sấy có các cánh đảo lắp nghiêng.
*Nguyên lý hoạt động
Khí nóng được cung cấp nhờ đốt than, nhiệt độ sau khi ra khỏi đỉnh lò
khoảng 850 ÷ 900°C. Trước khi đưa vào thùng sấy, khí được trộn với không khí
để hạ thấp nhiệt độ xuống dưới 700°C. Khí đi cùng chiều với quặng trong thùng
sấy nhờ hệ thống quạt hút và có nhiệt độ 100 ÷ 110°C
4.2.2 Máy nghiền quặng
*Cấu tạo máy nghiền bi
Buồn nghiền là thùng rỗng có chưa bi( bằng kim loạn, có độ bền cao,
đường kính 30 ÷ 60 mm ) và quặng cần nghiền. Vỏ thùng được làm bằng thép,
bên trong có lót chống mài mòn và chống ồn. Thùng quay được nhờ động cơ
điện và hệ thống bánh răng truyền động
*Nguyên lý hoạt động
Quặng sau khi ra khỏi thùng sấy (có độ ẩm nhỏ hơn 1,5%) được chuyển
sang máy đập búa đập nhỏ đến cỡ 15 ÷ 30 mm rồi mới được đưa vào máy nghiền
bi. Khi thùng quay, quặng và bi chịu tác động của lực li tâm được nâng lên một
độ cao rồi rơi xuống va đập vào nhau, nghiền quặng thành hạt nhỏ.
15
4.2.3 Thùng trộn

17
5. Các chất thải từ quá trình sản xuất Supe phốt phát
5.1 Khí thải
Bụi : bụi được thải ra chủ yếu trong quá trình xử lý sơ bộ đối với quặng
apatít. Công đoạn đập và nghiền nhỏ quặng sinh ra lượng bụi lớn. Chủ yếu bụi
trong sản xuất supe phốt phát được lọc quá máy xyclon.
Ngoài ra, quá trình sản xuất supe phốt phát cũng cần một lượng nhiệt lớn.
Nguồn nhiệt này chủ yếu được cung cấp nhờ các lò đốt than nên sẽ sinh ra rất
nhiều khí thải như CO, CO
2
,SO
2
…
Khí thải chủ yếu của quá trình là HF và SiF
4
. Khi tiến hành phân giải
quặng photphat bằng axit sunfuric, có khoảng 40% lượng flo thoát vào pha khí,
lượng còn lại nằm trong sản phẩm phân bón. Khí thải của quá trình sản xuất
supephotphat đơn chứa 10 - 30g/m
3
SiF
4
[4], khi hấp thụ bằng nước sẽ tạo thành
SiO
2
và dung dịch H
2
SiF
6
10 - 15%. Các khí này rất độc hại và có ảnh hương xấu

được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới hiện nay.
Ưu điểm của phương pháp là qui trình sản xuất không đòi hỏi các điều kiện nhiệt
độ, áp suất lớn; số lượng chất thải hạn chế, chủ yếu là khí thải. Các cải tiến
trong qui trình này chủ yếu tập trung vào việc nâng cao hiệu suất thông qua việc
cải tiến máy móc. Vấn đề lớn nhất trong phương pháp sản xuất này là việc bùn
nhão được đưa về dạng hạt rắn. Giải pháp chủ yếu cho vấn đề là thiết kế thùng
trộn thích hợp và tính toán chính xác thời gian lưu lại của bùn.
Ngoài ra còn có các phương pháp như tuần hoàn, nửa liên tục … nhưng
không đạt được hiệu quả cao và kém phương pháp liên tục về nhiều mặt nên ít
được áp dụng trong thực tế.
2. Về phân bón supe phốt phát
Supe phốt phát có nhiều ưu điểm như ;cho hiệu quả tốt, ít bị rửa trôi , dễ
hòa tan vào nước thuận tiện cho việc bón và có thể sự dụng trong bón thúc , bón
lót. Tuy nhiên việc sử dụng supe phốt phát cũng có một số nhược điểm nhất
định.
Đầu tiên có thể kể đến việc làm chết các hạt giống non đang nẩy mầm.
Giống như các loại phân bón hòa tan khác, supe phốt phát có ảnh hưởng xấu đến
hạt giống. Để tránh điều này thì phân bón thường được reo riêng.
Lượng Flo chứa trong supe phốt phát có thể gây hại đến các động vật ăn
cỏ. Để đảm bảo an toàn cho chăn nuôi thì người ta thường đợi mưa rửa trôi phân
bón dư rồi mới cho gia súc ăn.
Thêm một vấn đề nữa là trong quặng apatít có chứa một lượng Cadmi(Cd)
nhất định. Chất này rất độc hại với con người và việc loại bỏ triệt để nó trong
quá trình sản xuất supe phốt phát gặp rất nhiều khó khăn.
Cuối cùng, lượng supe phốt phát dư thừa thường được rửa trôi đi và hòa
vào các dòng nước, gây hại cho các sinh vật dưới nước. Để giải quyết vấn đề môi
trường này thì việc tính toán lượng phân bón để tránh việc dư thừa là hết sức cần
thiết.
19