摘 要：本文介紹了一種新型無機精細化工產品——磷酸脲的開發應用現狀和前景，以及生產工藝。以期對青海省的畜牧業經濟的發展提供有益的借鑒，為青海省畜牧業的“西繁東育”戰略作出貢獻。
關鍵詞：磷酸脲飼料添加劑；非蛋白氮；開發應用
磷酸脲（Urea Phosphate）又稱尿素磷酸鹽，是一種具有氨基結構的磷酸復鹽，屬精細化工產品。磷酸脲由德國巴斯夫公司于1914年首先申請專利，二十世紀20至40年代末，美國、德國、波蘭等同對磷酸脲進行了研究，但當時由于受到尿素生產的限制，進展緩慢﹝1﹞。直到60年代隨著化肥工業的發展，磷酸脲的研究得以再次引起注意和重視，對其結構、性狀、制備工藝及應用進行了廣泛的研究，應用領域也不斷擴大。磷酸脲是歐共體（EC）飼料業法定Ⅰ類添加劑，聯合國糧農組織（FAO）推薦使用的反芻動物專用營養添加劑和磷的補充劑。
我國對磷酸脲的研究與開發，始于二十世紀80年代后期。在磷礦資源較豐富地區進行了磷酸脲生產工藝的研究和在畜牧業較發達地區對其作為家畜飼料添加劑進行了對反芻動物的影響實驗﹝2，3﹞。取得了良好的效果。并且磷酸脲在其他多領域的應用也有一定的進展，使用范圍不斷擴大，顯示出廣闊的前景。
磷酸脲產品的開發應用在青海省內尚屬空白，而青海省的畜牧業亟需提高新技術和新產品的應用，來加快發展的速度。尤其在二十一世紀初，根據我省畜牧業提出的畜產品“西繁東育”戰略，因此開發磷酸脲對促進我省農牧業發展和經濟建設的步伐具有重要意義。同時由于其附加值較高，對于增加生產企業經濟效益也有巨大的作用。
1 磷酸脲的結構與性狀
磷酸脲是由等摩爾的尿素與磷酸反應制得，分子式為 H3PO4CO（NH2）2，分子量158.06，密度 1.74g／cm，熔點 117.3℃。按理論化學量計算，磷酸脲含P2O5 44.9％，N 17.7％。經對其進行差熱、X-衍射和光譜分析，磷酸脲系氨基結構的配位絡合化合物—NH2 CONH3 H2PO4，為無色透明棱柱狀晶體（a＝9.10?， b＝17.9?，c＝7.5?），呈平行層狀結構，層與層之間以氫鍵相連，屬斜方晶系﹝4，5﹞。晶體易溶于水和乙醇，不溶于非極性的有機溶劑（醚類、甲苯、四氯化碳和二噁烷），46℃時的溶解度為 202g／L。水溶液呈酸性，l％的水溶液pH值為1.89。
磷酸脲的標準生成熱ΔH＝－1643．78kJ／mol，在水中的溶解熱為-31．98kJ／mol。由于磷酸脲屬氨基結構的復鹽，穩定性較差，受熱易分解。經熱分解研究表明，產品在熔點溫度和120℃以下時穩定，126℃以下熱分解速度緩慢。隨溫度的升高熱分解速度加快，128～185℃范圍，結晶磷酸脲分解生成偏磷酸銨，220～450℃范圍生成偏磷酸并放出氨氣，當溫度高于445℃時，偏磷酸分解，且 P2O5開始蒸發﹝4，5﹞。通常在127～135℃范圍磷酸脲分解按下式反應進行：
2〔H3PO4CO（NH2）2〕→（NH4）H2P2O7+ CO（NH2）2 +CO2
磷酸脲水溶液中尿素分解動力學研究表明，在50～60℃尿素有少量分解得到CO2和NH3。當磷酸脲濃度為58％或溫度達到90℃以上時，尿素分解率最高。磷酸脲中水分的含量對其熔點和熔融物粘度有明顯的影響。隨產品水分的增加，熔點和粘度明顯降低。
2 磷酸脲的應用
磷酸脲的應用已由原來主要用作畜牧業和農業破高效氮、磷復合肥及反芻動物非蛋白氮（NPN）飼料添加劑，逐漸向工業生產領域發展，如用作金屬清洗劑阻燃劑、耐高溫粘合劑、織物染整劑等多個領域。
2．1 作反芻動物飼料添加劑
磷酸脲是一種專門用于反芻家畜的營養型飼料添加劑，以非蛋白氮（NPN）和水溶性直接吸收磷提供營養。特點是能減慢牛羊瘤胃和血中氨的釋放和傳遞速度，而不致引起氨中毒，其毒性低（LD503.9 ±0.67g/kg），安全性高于尿素，無致畸變效應和致突變作用〔6〕。同時磷酸脲能增加反芻動物瘤胃中醋酸、丙酸的含量及脫氫酶的活性，促進反芻動物的生理代謝和對氮、磷、鈣的吸收利用有良好影響，且適口性良好對牛羊的育肥增重，提高泌乳量和乳質量以及增毛效果顯著，對肉牛的飼喂實驗結果表明平均日增重1.32kg〔7〕；對奶牛的飼喂實驗結果表明日產奶量增加2．8％；乳脂率提高5．6％〔8〕。所產肉，奶質量符合國家標準。
2．2 飼用草料青貯劑和氨化料添加劑
磷酸脲易溶于水，水溶液呈酸性，能使青貯飼料pH值很快達到4.2～4.4〔9，10〕，有效地保存飼料中的營養成分，特別是胡蘿卜素的含量，且可增加青貯飼料的蛋白質含量，同時具有防腐殺菌保鮮作用。磷酸脲與氨化飼料配合使用能保證氨化飼料的安全性，使用時不需象一般氨化飼料需保存l～2周的熟化過程，水溶后直接噴灑在飼料上混合均勻即可使用。磷酸脲作為制備濃縮飼料和混合飼料的組分，與抗菌素、維生素和氨基酸混合使用人影響它們的性能。
2．3 高效復合肥料
磷酸脲中氮磷總養分達63％，入土水解后，產生的酸性降低了土壤的pH值，特別適用于堿性土壤，可大大減少氨的揮發損失，故該產品是一種保氮能力很強的高效復合肥料。磷酸脲也可與硝氨、鈣肥、鉀肥、微量元素等混合組成含營養成分達70％的多元素復合肥。以磷酸脲為主體的液態肥料可與除草劑、殺蟲劑一起噴施。
2．4 其他工上業用途
磷酸脲可作為新型阻燃劑——聚磷酸銨的中間體（其分解溫度大于200℃ ）；磷酸脲也可直接用作木材及其加工產品阻燃劑，與磷酸鈣等混合或反應可制得耐火涂料；與三乙醇脲、磷酸氫二銨、氨基磺酸銨、烷基芳基磺酸鈉混合制得耐火阻燃清洗劑，用于織物、木制品得清洗，使之表面形成一層阻燃薄膜；磷酸脲與聚乙烯醇反應得到具有流動性的耐高溫粘合劑，可用于制備特殊紙板；磷酸脲與堿金屬碳酸鹽、硅加工產品混合成為小顆粒粉末狀流動體，是一種具有高效能的新型顆粒滅火藥劑。此外，磷酸脲還可用作發酵營養劑，水處理劑等〔11〕
3 磷酸脲的生產工藝簡介
磷酸脲是一種無機精細化工產品，由等摩爾磷酸和尿素后應生成的絡合物，反應為放熱過程。合成工藝按其所用原料磷酸的不同，分為熱法磷酸法和濕法磷酸法，按操作方式又分為間歇法和連續法隨著工業生產水平的發展和為了制備高純安全的飼料級磷酸脲，采用濕法磷酸法連續化、大規模生產方式是發展磷酸脲產品的方向。尤其世界各國極重視濕法磷酸法的凈化研究。
3．1 熱法磷酸合成磷酸脲
將工業熱法磷酸（含量≥ 85％）及農用尿素（含量≥46％）計量后加入反應器中，常壓下，75～85℃反應10～30min后，結晶，分離，干燥制得產品。其生產工藝流程如下：（圖略）
該工藝簡單，反應時間短，生產過程無三廢污染，
所需設備少，產品收率可達98％以上且質量穩定，可直接得到飼料級磷酸脲，主要缺點是原料成本較高〔3〕。
3．2 濕法磷酸合成磷酸脲
與前法相比，原料磷含量低，雜質含量高，生產工藝復雜；但生產成本低，是開發磷酸脲的發展方向。由于濕法磷酸含氟較高。一般以氟硅酸（主要形式）和氟化物形式存在，以鈉鹽和石灰乳除去，反應式如下：
H2SiF6＋Na2CO3＝Na2SiF6↓＋H2O＋CO2↑
H2SiF6＋Ca（OH）2＝CaF2 ＋4H2O＋SiO2↑
2HF＋Ca（OH）2＝CaF2 ↓＋2H2O
濕法磷酸合成磷酸脲工藝流程如下：（圖略）
濕法磷酸合成磷酸脲的方法根據其凈化方式不同,在國外主要有:一段法、二段法、二次結晶法、濃縮結晶法等〔12～15〕。
我國現主要有云南、貴州、內蒙古等省對其熱法磷酸生產工藝開展研究，并已形成產品。如我省以豐富的水電資源的優勢和磷資源開發此項目，對中小型化工企業和農牧業的發展將起到極大的推動作用。
