Nawozy typu USP zawierają w swoim składzie addukt siarczanu wapnia z mocznikiem, jednowodny
ortofosforan jednowapniowy i siarczan wapnia oraz w mniejszych ilościach nieprzereagowany fosforyt, dwuwodny ortofosforan dwuwapniowy, nieprzereagowane kwasy mineralne (H3PO4, H2SO4), fluorek wapniowy, a także ewentualnie inne składniki wprowadzone do nawozu z surowcami.

Dwa sposoby na produkt granulowany

Surowcami używanymi w procesie wytwarzania nawozu azotowo-fosforowego o nazwie Urea Superphosphate
(USP) są fosforyt oraz mocznik i kwas siarkowy w postaci roztworu reakcyjnego. Można wyróżnić dwie postacie fi zyczne produktu – pylisty i granulowany. Opracowano dwa sposoby wytwarzania produktu granulowanego1-4. Pierwszy sposób, okresowy, charakteryzuje się użyciem roztworu mocznika w stężonym
kwasie siarkowym (określany w dalszej części pracy jako sposób I) i składa się z 4 etapów1: wytworzenie  roztworu reakcyjnego mocznika w kwasie siarkowym, reakcja roztworu reakcyjnego z fosforytem, dojrzewanie stałego półproduktu (podobnie jak przy wytwarzaniu superfosfatu pojedynczego) oraz rozdrabnianie półproduktu i granulacja. Drugi sposób, ciągły, charakteryzuje się użyciem roztworu mocznika w kwasie siarkowym o niższym stężeniu (określany w dalszej części pracy jako sposób II) i składa się z 3 etapów2,4: wytwarzanie roztworu reakcyjnego mocznika w kwasie siarkowym, reakcja roztworu reakcyjnego z fosforytem oraz granulacja wytworzonej pulpy USP z ewentualnymi dodatkowymi składnikami na zawrocie wysuszonych produktów. Ponadto w obydwu sposobach dopuszcza się stosowanie dodatku kwasu fosforowego do roztworu reakcyjnego. Główna różnica między obydwoma sposobami polega na użyciu roztworów reakcyjnych o różnej zawartości wody. Według sposobu I roztwór reakcyjny zawiera taką ilość wody, która może zostać związana w hydrat fosforanu(V) jednowapniowego, według sposobu II, natomiast ilość wody w roztworze reakcyjnym powinna zapewnić odpowiednie właściwości transportowe i granulacyjne zawiesinie produktów reakcji kierowanej do granulacji.

Podczas procesu wytwarzania USP można wyróżnić trzy pożądane reakcje (1)–(3):

H2SO4 + CO(NH2)2 = CO(NH2)2·H2SO4 (1)
CO(NH2)2 + CO(NH2)2·H2SO4 = 2CO(NH2)2·H2SO4 (2)
Ca10(PO4)6F2 + 6[H2SO4 + 3,6CO(NH2)2] + 3H2O = 3Ca(H2PO4)2 ·
H2O + CaF2 + 5,4[CaSO4·4CO(NH2)2] + 0,6CaSO4 (3)

Reakcje (1) i (2) przebiegają podczas wytwarzania roztworu reakcyjnego mocznika w kwasie siarkowym,
a reakcja (3) zachodzi podczas wytwarzania półproduktu w postaci stałej lub w postaci pulpy procesowej4.
W rozpatrywanym układzie mogą zachodzić także reakcje niepożądane5, do których należy hydroliza mocznika wraz ze zobojętnianiem kwasu siarkowego lub fosforowego przez wydzielający się amoniak (4) i (5):

CO(NH2)2 + H2O + H2SO4 = CO2 + (NH4)2SO4 (4)
CO(NH2)2 + H2O + 2H3PO4 = CO2 + 2NH4H2PO4 (5)
oraz ewentualne przemiany mocznika z wytworzeniem
biuretu i dalszych pochodnych5 wraz ze zobojętnianiem
wydzielonego amoniaku przez kwas siarkowy (6):
2CO(NH2)2 + H2SO4 = NH2-CO-NH-CO-NH2 + NH4HSO4 (6)

Cały artykuł ukazał się w numerze 4-5/2016 magazynu Chemia Przemysłowa