磷酸铵类肥料制备磷酸铵盐干粉灭火剂

磷酸铵类肥料制备磷酸铵盐干粉灭火剂磷酸铵类肥料简介磷酸铵类肥料指的磷酸（包括多磷酸）与氨经中和反应并加工制成的氮、磷复合肥料。

这是一类产量最大和最受欢迎的化肥，几乎适用于所有的土壤和作物，有效成分浓度高，不易吸湿结块。

磷酸铵还可用作织物和纤维的阻燃剂、发酵工业中的培养液、食品添加剂和饲料添加剂、印染业的酸化剂和消防用的干粉灭火剂配料等。

磷酸铵类肥料的生产过程，是磷肥生产过程和氮肥生产中氨加工过程的结合，经济上合理。

20世纪20年代磷酸铵开始工业生产，但是规模很小。

60年代初期，湿法磷酸的生产技术趋于完善，磷酸铵有了比较便宜的原料，生产发展十分迅速，以美国发展得最快。

1968年，美国磷酸铵类肥料的产量(以P2O5计)约为磷肥总产量的一半，1981年增加到74.1％。

品种磷酸铵类肥料品种可以分为三类（见表）。

①正磷酸铵类，是产量最大的一类，主要品种是磷酸二铵、磷酸一铵和两者的混合物。

②多磷酸铵，是正磷酸铵和不同聚合度磷酸铵盐的混合物，它们多数用于制造流体复合肥料。

③磷酸铵与其他氮肥配制成的复合肥料。

磷酸铵类肥料原料磷酸铵类肥料生产的原料是氨和磷酸（主要是湿法磷酸）。

由于无水液氨和浓度为52％～54％P2O5的湿法磷酸以及浓度为63％～76％P2O5的多磷酸都可以作为商品进行贸易和长途运输，所以磷酸铵肥料工厂并不一定要与合成氨厂和磷酸厂邻近和配套生产。

生产方法磷酸与氨反应可生成磷酸一铵、磷酸二铵和磷酸三铵，前两种稳定，后一种不稳定。

当氨与磷酸的摩尔比大于2.0时，会有部分磷酸三铵生成,但在室温下即分解成磷酸二铵和氨。

H3PO4+NH3─→NH4H2PO4 H3PO4+2NH3─→(NH4)2HPO4为强放热反应，反应热用来蒸发由磷酸带入的水分。

用湿法磷酸为原料时，带入的杂质在氨中和过程中将产生一系列副反应。

硫酸与氨反应生成硫酸铵：H2SO4+2NH3─→(NH4)2SO4氟硅酸与氨反应生成氟化铵并沉淀出硅胶： H2SiF6+6NH3+(2+n)H2O─→6NH4F+SiO2·n H2O铁、铝和镁杂质在反应中生成相应的磷酸盐：Fe3++H3PO4+3NH3─→FePO4+3NH嬃Al3++H3PO4+3NH3─→AlPO4+3NH嬃Mg2++H3PO4+2NH3─→MgPO4+2NH嬃多磷酸铵是一些聚合磷酸铵盐的混合物。

有两类生产方法：①多磷酸与氨中和加工制成；②浓度为52％～54％P2O5的磷酸与氨中和，利用中和反应热使反应物料在接近熔融盐状态下脱水，使磷酸铵聚合。

含有其他氮肥的磷酸铵类肥料的生产方法也分为两类：①磷酸加硫酸，或磷酸加硝酸的混合酸与氨中和加工制成；②在磷酸铵生产的造粒过程中加入硫酸铵、硝酸铵、氯化铵或尿素等的干粉料、浓料浆或熔融料。

工艺流程美国全国肥料发展中心于50年代末开发成功的流程是生产磷酸二铵典型的流程（见图）。

它是以浓度为38％～42％P2O5的湿法磷酸（多数工厂用浓度为52％～54％和约30％的两种酸，后者先用于洗涤系统中逸出的含氨和粉尘的尾气，然后再与前者混合使用）在预中和反应器内与氨反应。

控制反应物料中的氨与磷酸的摩尔比约1.4(处于磷酸铵溶解度最大点)，反应热使物料升温达到沸点(约115℃)，并蒸发一部分水。

热的磷酸铵料浆含水16％～20％，送入转鼓造粒机，再通入一部分氨，使物料的氨与磷酸的摩尔比接近2.0,产生的热量又蒸发一部分水（氨与磷酸的摩尔比从1.4提高到2.0时，磷酸铵的溶解度降低而析出结晶）。

反应料浆与后续工序返回的干粉粒料一起成粒。

造粒机出来的湿颗粒进入回转干燥机，用热炉气并流干燥。

干颗粒物料进行筛分，合格颗粒经冷却后包装或入库;筛下的粉粒返回造粒机;粗粒经破碎后返回筛子。

从预中和反应器、造粒机和干燥机逸出的氨和粉尘，用稀磷酸洗涤回收，然后送回预中和反应器。

用此流程也可以生产粒状磷酸一铵（控制氨与磷酸的摩尔比在预中和器内约为0.6，造粒机内为1.0）。

近年来此流程又有改进，用一种管式反应器代替预中和反应器。

氨和磷酸的反应在一根管子内进行，反应物料直接喷洒入转鼓造粒机。

这样，可使装置更加简单，投资更省，还可以使用浓度更高的磷酸，减少造粒系统的返料量和干燥机蒸发水的负荷。

60年代末，英国和美国开发了生产粉粒磷酸一铵的工艺。

其特点是用高浓度磷酸（含48％～50％P2O5）在加压反应器或在喷射反应器内用氨中和，过热的磷酸铵料浆喷入空塔中进行自然干燥而直接得到产品。

磷酸铵盐干粉灭火剂前言磷酸铵盐干粉灭火剂简称ABC干粉灭火剂，其中磷酸二氢铵(NH4H2PO4)起主要灭火作用，其余辅料起防结块、添加剂等功能。

磷酸铵盐干粉灭火剂主要分三类：1)以磷酸铵盐或焦磷酸铵盐为基料的干粉；2)以磷酸铵盐或硫酸铵盐为基料的混合干粉；3)以聚磷酸铵盐为基料的干粉。

磷酸铵盐干粉灭火剂较之BC类干粉灭火剂用途更广泛，除具有BC 灭火剂灭火功能外，还可灭A类固体火灾；不但能扑灭平面火灾，还能灭三维立体空间火灾。

此外，磷酸铵盐干粉灭火剂因灭火效率高，速度快，原料来源广泛，对环境、人畜无毒害，不需要特殊动力及使用温度宽广等特点，已经获得很广泛应用。

因磷酸铵盐灭火剂的多功能用途，为使用单一灭火剂替换各种各样高度专门化灭火剂提供了更大方便。

另外，目前世界范围内掀起了淘汰"哈龙"灭火剂的环保运动，我国计划在2005年全面淘汰"哈龙"121l，2010年淘汰"哈龙"1301。

因此，寻找开发新型环保灭火剂替代"哈龙"灭火剂势在必行，磷酸铵盐干粉灭火剂有望成为替代"哈龙"灭火剂的一类理想产品。

2 灭火原理窒息、冷却、辐射及对有焰燃烧的化学抑制作用是磷酸铵盐干粉灭火效能的集中体现。

其中化学抑制作用是灭火的基本原理，起主要灭火作用。

磷酸二氢铵在燃烧火焰中吸热分解出氨和磷酸，随后生成P205。

每一步反应均是吸热反应，故有较好的冷却作用；分解产生的游离氨能与火焰燃烧反应中产生的OH自由基反应，减少并终止燃烧反应产生的自由基，降低了燃烧反应速率，当火焰中游离氨浓度足够高，与火焰接触面积足够大，自由基中止速率大于燃烧反应生成的速率，链式燃烧反应被终止，导致火焰熄灭。

此外，高温下磷酸二氢铵分解，在固体物质表面生成一层玻璃状薄膜残留覆盖物覆盖于燃烧物表面，冷却后形成脆性覆盖物使燃烧表面与空气隔绝，当覆盖物达到一定厚度时能够阻止复燃，阻止燃烧进行。

3 磷酸铵盐干粉灭火剂组分及配方设计磷酸铵盐干粉灭火剂主要由活性灭火组分、疏水成分、惰性填料及其它成分组成。

疏水成分主要有硅油和疏水白炭黑；惰性填料种类繁多，主要起防振实、块，改善于粉运动性能、电性能，催化线型硅油聚合以及改善与泡沫灭火剂的共容等作用。

3.1 灭火组分磷酸铵盐干粉灭火剂中主要灭火组分是磷酸铵盐，硫酸铵与氯化钠经常作为辅助灭火组分加入，它们主要弥补、增强磷酸二氢铵扑灭B、C类火灾的灭火效能。

3.1.1 磷酸二氢铵磷酸铵盐是磷酸铵盐干粉灭火剂的核心，配方设计总是围绕磷酸铵盐来进行的。

磷酸二氢铵盐的物理和化学性质对磷酸铵盐干粉灭火剂性能有重要影响。

因此，首先要了解磷酸铵盐的物理和化学性能，清楚磷酸铵盐干粉灭火剂性能与磷酸二氢铵盐密切关系对于干粉灭火剂配方设计和生产工艺过程控制是很关键的。

3.1.1.1 物化性能磷酸二氢铵：五色透明四方晶体，比重：1.803 g/cm3(19℃)，熔点190℃，在空气中稳定，在100℃时小部分分解，溶于水，呈酸性。

工业上将磷酸与氨按照一定比例进行中和反应生成。

工业级NH4H2PO4含量≥98.0%，水不溶物≤0.1%，价格较高；化肥级NH4H2PO4国外含量约90%，国内精制级含量为88%，普通级70%左右。

国内厂家由于生产规模小及受技术、设备等因素影响不同厂家生产的NH4H2P04质量参差不齐，所含杂质也不同，故磷酸二氢铵的吸湿率也各不相同。

3.1.1.2 化肥级磷酸铵盐生产磷酸铵盐干粉灭火剂的磷酸铵盐有工业级和化肥级之分，化肥级中磷酸二氢铵含量较低，价格也较低。

但需注意的是只有磷酸二氢铵化肥才能用来制造干粉灭火剂，别的磷酸铵盐化肥均不能用来生产干粉灭火剂。

工业上采用如下方式制备磷酸二氢铵：NH3+H3PO4 NH4H2PO4。

磷矿石中含有MgO、A1203、Fe203，等杂质，用湿法制磷酸时，它们与磷酸和氨反应。

例如，与MgO反应生成磷酸铵镁。

这些杂质存在会增加磷酸铵盐化肥粘结性与吸湿性，当然也影响到磷酸铵盐干粉灭火剂的抗结块性和吸湿性。

因此，使用不同厂家化肥级磷酸铵盐时应慎重考虑其杂质种类和含量。

3.1.1.3 生产中磷酸铵盐用量计算国标中对磷酸铵盐干粉灭火剂中的磷酸二氢铵含量有规定，而实际上国内磷酸铵盐纯度是用P2O5或N的百分含量来表示的，因此不能直接用P205。

或N的百分含量替代NH4H2PO4的含量来计算磷酸铵盐的用量。

首先需要将P205或N 的百分含量转化成磷酸二氢铵的含量，然后计算磷酸二氢铵盐的用量。

尽管磷酸铵盐的纯度可以分别用P205、N的百分含量表示，但实际上应用P2O5含量来计算所得结果更接近真实值。

NH4H2PO4中P205理论含量为61.7%将某NH4H2PO4中P205。

含量与理论含量61.7%相除，即得NH4H2PO4百分含量。

这样，磷酸铵盐干粉灭火剂中NH4H2PO4百分含量可表示为：(磷酸铵盐投入量×P2O5%/61.7%) ×100%/(磷酸铵盐投入量+生产中不挥发辅助料)。

这一点和碳酸氢钠及氯化钠干粉灭火剂有很大不同，实际生产中应该予以重视。

3.1.2 硫酸铵与氯化钠硫酸铵盐作为辅助灭火组分，主要弥补、增强磷酸二氢铵干粉灭火剂扑灭B、C类火灾的效能。

在磷酸铵盐干粉灭火剂中加入25%—30%硫酸铵盐，可明显提高灭火效能。

物化性能：纯品为无色正交结晶，商品为白色或微带颜色结晶，比重1.769g/cm3，235℃分解，易溶于水，水溶液呈酸性反应，不溶于乙醇、丙酮。

在潮湿环境中吸收水分而结块，与碱类物质作用放出氨气。

硫酸铵与磷酸铵盐之间并非简单的惰性混合，实验表明二者之间存在化学接触反应。

磷酸铵盐吸湿率很高，而硫酸铵吸湿率很低，将二者按照一定比例混合进行吸湿实验，结果发现混合物吸湿率高于混合物加权平均值，说明二者部分发生反应，生成了硫、磷酸铵。

硫、磷酸铵吸湿率较高，且吸湿率随吸湿率时间和磷酸铵盐混合比例增加而明显升高。

3.1.3 氯化钠氯化钠：白色立方晶系结晶体，呈细小结晶分，粉末状，无臭、味咸、中性。

密度：2.165 g/cm3，熔点810℃，沸点1413℃，有杂质存在时易潮解，溶于水、甘油。

NaCl百分含量≥98.0%，是食盐的主要成分。