探讨湿法磷酸制取磷酸脲工艺优化及杂
质行为研究
磷酸脲(ureaphosphate)是由磷酸和尿素等量反应得到的一种络
合化合物，化学式为CO(NH2)2middot;H3PO4，相对分子质量为158.07。
它是一种广泛应用于畜牧业、工业、农业等领域的精细化工产品，在
畜牧业中磷酸脲不仅是欧共体饲料业法定的Ⅰ类添加剂，还是联合国
粮农组织推荐使用的反刍动物专用营养添加剂和磷的补充剂。目前，
制取磷酸脲的方法主要有二次结晶法、由尿素和聚磷酸制取、美国
TVA法和尿素和稀磷酸制取法等4种方法。中国磷酸脲的生产多以
热法磷酸合成为主，但热法酸能耗高，导致生产成本过高，从而限
制了中国磷酸脲的生产和应用。近年来随着湿法磷酸净化和浓缩技术
的提高，不少厂家逐步转向以湿法酸为原料来生产磷酸脲产品，即通
过净化(溶剂萃取或化学沉淀)对湿法磷酸进行处理，再制取磷酸脲。
该方法显著降低了生产成本，提高了产品的市场竞争力。笔者对湿法
磷酸直接制取磷酸脲的工艺条件优化做了研究，并考察了湿法磷酸中
的杂质在结晶中的行为，以期为相关研究提供借鉴和参考。
1实验部分
1.1原料与仪器
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原料：尿素[贵州赤天化股份有限公司农用肥料，氮含量(质量分
数)ge;46.4%];磷酸(贵阳中化开磷化肥有限公司用硫酸分解磷矿粉制
备的湿法磷酸，质量分数为64%);其他掺杂试剂(AR)。仪器：HH-WO
型恒温水浴锅、温度计、JJ-1型搅拌器、BT214D型电子分析天平、
BZS-200型标准检验筛、其他玻璃仪器。
1.2实验方法
将一定质量分数的磷酸加入到500mL带搅拌装置的烧杯中，打
开恒温水浴锅，调节至预定温度后恒温搅拌，转速为150r/min，缓慢
加入一定物质的量比、质量分数为60%的尿素。在搅拌转速为50r/min
下反应一定时间，再自然降温结晶一段时间，倒出母液后洗涤晶体，
抽滤，滤饼放入恒温干燥箱于50℃下干燥至恒重。称重，取样分析，
计算磷酸脲的产率，并送样检测粒径大小及产品质量。
2结果与讨论
由于杂质离子的存在会影响磷酸脲的结晶介稳区，可能导致有些
平行实验无法结晶，为保持实验的一致性，实验中通过加入一定量的
晶种来掩蔽这些可变性因素。实验中尿素基本不引入杂质，体系中的
杂质主要来自于工业级湿法磷酸，杂质的含量在原有基础上人工添加，
以控制实验变量。
2.1磷酸脲的结晶现象
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由于湿法磷酸中含有较多杂质，反应后的多元混合体系是黏稠的
半透明胶状液体。自然条件下磷酸脲的结晶呈星形，在搅拌下结晶，
过滤洗涤干燥后晶粒为白色细小的均匀颗粒，并且随着搅拌速度的增
加，产品的平均粒度逐渐减小。通过外加搅拌器可以控制产品的平均
粒度，主要是因为适当地增强搅拌可以降低溶液的过饱和度，使其不
致超过饱和极限，从而减少了大量析出晶核的可能。但过分激烈搅拌
将使介稳区缩小，又易出现细晶，同时颗粒间的互相摩擦撞击会使结
晶破碎，所以应控制适当的搅拌速率。
2.2尿素与磷酸配比对产率的影响
随着反应物中尿素量的增加磷酸脲的产率逐渐升高，并且当原
料配比大于理论配比后产率明显上升。但是当尿素含量达到一定量之
后，反应后的多元混合体系黏度很大，不利于产品的过滤，且产品经
检测后发现氮元素含量明显升高。这说明有很大一部分原料未反应，
在产品结晶时析出混入产品中。因此，实验选择适宜的尿素与磷酸的
物质的量比为1.1∶1，此条件下得到的结晶物产率相对较高，产品
经检验合格。
2.3反应时间对产率的影响
磷酸与尿素反应制取磷酸脲的过程缓慢，因此若反应时间不足会
对产品产率造成很大影响。实验考察了不同反应时间(20、40、60、80、
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100min)对产品产率的影响。当反应时间过短时产品产率很低，随着
反应时间的增加磷酸脲的产率迅速提高，当反应时间足够长时产率
基本保持恒定，此时磷酸脲的合成反应已达到动态平衡。这说明当
反应时间过短时，原料反应不充分，并随着产物一起被排出，造成一
定原料浪费;