[发明专利]一种以脱硫石膏为原料的溶液结晶法制备尿素石膏的方法

说明书

技术领域

本发明属于大宗固体废物脱硫石膏资源化利用领域，也属于化肥制造领域，具体涉及一种以脱硫石膏和尿素为原料，利用溶液结晶法制备尿素石膏的方法。

背景技术

化学肥料是我国农业赖以支撑的要素之一。2010年我国农业化肥施用量较2000年增长了34％，达到5561万吨，其中氮肥最高，为2354万吨，占化肥总量的42.3％。但是，我国化学肥料普遍存在利用率低的现象，以氮肥为例，表观利用率只有30-50％，高产地区甚至在30％以下。化肥利用率低导致严重的环境问题，例如，未利用的化肥流入河流、湖泊，占流入氮素总量的60％，是水体富营养化的重要原因。另外，全球人为排放N₂O的60-90％直接来源于农田氮肥施用，N₂O是列入《京都议定书》的三大温室气体之一，其增温效应最大，GWP(温室效应潜能)是CO₂的150-200倍。缓释肥料能使肥料中的有效养分缓慢释放，不但提高化肥利用率，也能够显著减少农村面源污染、降低农业生产成本、增加农民收入，也是减缓气候变化的有益技术。

大多数发达国家的氮肥几乎全是尿素，中国氮肥约60％为尿素。尿素的溶解度高达108g/100ml(20℃)，施肥之后很容易溶解，农作物无法迅速吸收，导致大量流失。据统计，尿素农业利用率为30-40％，换言之，60-70％的尿素以农村面源污染的形式危害环境。如果把尿素转化为具有稳定分子结构的尿素石膏，其含氮量为30％，溶解度为3.67g/100g(30℃)，水溶性比尿素降低约30倍，尿素的缓慢释放提高了作物的吸收利用效率，从而大幅减少由于流失导致的面源污染量和温室气体排放。

目前，尿素缓释的改性方法可分为：(1)有机合成法，例如尿素和醛类缩合形成尿素醛；(2)包裹法，例如有机膜包裹尿素、钙镁磷包裹尿素及硫衣包尿素；(3)制备粒径大、强度高的尿素颗粒；(4)混合研磨法：不同比例的石膏和尿素混合、研磨得到尿素石膏，再加入添加剂改善其强度和粘结性能。这些方法能够得到缓释尿素，有机合成法和包囊法工艺较复杂，混合研磨方法虽然简单，但是需要添加剂改善强度和性能，不易得到质量均匀和稳定的尿素产品，例如公开号为CN 101798240A的中国发明专利公开的石膏球磨制备用作肥料的尿素石膏的方法。

我国脱硫石膏的产量巨大且增加迅速，到2010年排放量已达到5500万吨，但是综合利用率仅为40-50％，主要用于水泥添加剂、土壤改良和制备建筑石膏。大量脱硫石膏仍堆放处理，成为我国著名的大宗工业固体废弃物，不仅占据大量土地，而且二次污染严重。

发明内容

本发明提供了一种利用溶液结晶法制备尿素石膏的方法，以脱硫石膏和尿素为原料，投资少、操作方便，制备得到的尿素石膏晶型规则、粒度均匀、纯度在大范围内精确可调、质量稳定、缓释性好。

一种利用溶液结晶法制备尿素石膏的方法，包括以下步骤：

(1)配制饱和尿素水溶液，向所述饱和尿素水溶液中投加脱硫石膏和尿素，形成浆液；

(2)常压常温下，将所述浆液混合均匀后进行结晶反应，得到尿素石膏浆液；

(3)将所述尿素石膏浆液进行固液分离，固液分离后的固相经干燥后得尿素石膏。

利用脱硫石膏为原料制备尿素石膏既消纳了大宗固体废物，又体现了资源化利用价值，还生产了缓释氮肥。不仅从源头上解决了脱硫石膏不当处置与堆存所带来的环境污染和安全隐患，而且提高了尿素的利用率，减少了N素的流失，缓解了水体富营养化和农业温室气体N₂O的排放。

本发明所依据的原理如下：

脱硫石膏主要成分为二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)，脱硫石膏(干基)中CaSO₄·2H₂O的含量为90-95％。在脱硫石膏和尿素的混合饱和溶液中，脱硫石膏脱去两个结晶水，与四个尿素分子结合，转化生成尿素石膏(CaSO₄.4CO(NH₂)₂)。

过程用反应方程式表示表示为：

步骤(1)中的饱和尿素水溶液为结晶反应提供介质，反应过程中所消耗掉的饱和尿素水溶液中的尿素被投加的尿素溶解后补充，始终保持反应介质为饱和尿素水溶液，有利于脱硫石膏与尿素的结晶反应的进行，即促使脱硫石膏和尿素反应并转化为尿素石膏。本发明中，通过控制脱硫石膏和尿素的比例可以使尿素石膏的纯度达到98％以上，脱硫石膏中的二水石膏和尿素基本上全部转化为尿素石膏。