本发明涉及硝酸磷肥制备技术领域，尤其涉及一种自动化生产硝酸磷肥的方法及硝酸磷肥。
背景技术：
硝酸磷肥是指用硝酸或以硝酸为主的混酸分解磷矿粉，经过氨化处理后生成的氮磷二元复合肥。硝酸磷肥生产工序主要包括：磷矿的酸、酸不溶物分离、硝酸钙结晶分离、母液氨中和、np料浆的浓缩、造粒、干燥、筛分、包装以及硝酸钙的转化制备硝铵等；其中，酸解和中和是影响品质的重要环节。母液氨中和工序为主要生产工序之一，采用常压中和反应。
在实施中，中和环节一般情况下是根据磷矿中氧化物的量、磷酸产生量和过量硝酸量来确定；实施中中和环节的氨加入量包括初始加入量和补充量，为了中和充分通常将氨过量加入，再加上会有逸出以及缓冲因此溶液的中和过程极难控制，一旦溶液达到碱性，产生沉淀难以逆转。
因此为了对酸解和中和环节的料量进行准确控制，201210229320.5号专利提出了一种硝酸磷肥母液氨中和工艺，采用分段精确中和的方式来避免直接中和造成中和不充分和沉淀问题；其采用总体的氨的添加量是基于对硝酸分解磷矿所得除去硝酸钙总量75％的磷酸母液进行计算(通常是根据磷矿中氧化物的量、磷酸产生量和过量硝酸量来确定)、并且分段，其中一段中和加入中和所需气氨总量50％的气氨，制备ph＝1.6～2.0的酸性料浆；后送入二段强制循环装置继续氨化中和反应使出口料浆的ph为5.6～6.0、水含量为10～15％，由二段中和逸出的含氨气体送入一段中和进行吸收净化。其整个反应过程中二段中和通入总氨量的50％，并通过二段设备的强制循环反应，充分保证了氨的最大吸收和反应的充分进行。
但是整个循环过程增加了设备和工艺的复杂性，也没有从酸解和中和的量比上控制反应过程中的体系环境，提升产品品质。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种自动化生产硝酸磷肥的方法，旨在能够快速且自动调整硝酸加入量，而且能够保证磷矿被完全酸解；同时保证中和环节加入的碱量不会太多，不影响硝酸磷肥的质量，尤其是磷含量。本发明实现酸解环节自动控制且准确控制硝酸添加量，同时能够保证硝酸磷肥的品质。
为实现上述目的，本发明提供了一种自动化生产硝酸磷肥的方法，包括如下步骤：
将磷矿原料用硝酸酸解，获取磷矿酸解浆；
将所述磷矿酸解浆固液分离获得磷矿酸解液；
将磷矿酸解液进行冷冻结晶硝酸钙，分离结晶硝酸钙获得脱钙母液；
将脱钙母液用碱性物质中和，得到中和母液；
其特征在于，所述磷矿原料中氧化钙、氧化镁的总摩尔浓度为m1-1，三氧化二铝和三氧化二铁的总摩尔量浓度为m1-2，磷矿原料的重量为k1，所述酸解反应过程中加入的硝酸的摩尔量浓度为m2，加入硝酸的重量为k2，则硝酸的加入量k2满足如下关系式：
(m1-1×k1×2+m1-2×k1×3)＜(m2×k2)
其中7.15摩尔/千克≤m2≤8.75摩尔/千克。
根据上述公式确定k2值的范围，从而能够通过自动化液体计量器和液体阀门控制硝酸的添加量，保证添加量满足k2的范围要求，此时能够保证磷矿酸解能够满足损失较小，保证磷矿至少达到基本酸解完全，酸解率至少在95以上。
优选的，上述硝酸的加入量k2满足如下关系式：
如果调节k2满足如上公式计算的范围，则能够保证磷矿原料的酸解率达到100％，同时能够实现磷肥中氮元素不至于超标，也不至于导致磷元素不足。
优选的，上述硝酸的加入量k2满足如下关系式：
如果按照k2满足如上的公式，则既能够满足酸解完全，还能够满足磷肥的磷含量合理。
优选的，上述自动化生产硝酸磷肥的方法中，所述中和反应过程中碱性物质包含氢氧化钾、氢氧化钠、氨气、氨水或液氨中的一种或多种。
优选的，上述自动化生产硝酸磷肥的方法中，所述中和母液的ph值为4～6。
优选的，上述自动化生产硝酸磷肥的方法中，将所述磷矿酸解浆固液分离后于冷冻结晶硝酸钙，分离结晶硝酸钙获得脱钙母液步骤包括：
先将磷矿酸解液固液分离后的上清液冷却到温度为-10℃～0℃进行结晶，然后再将冷却溶液于-2～1℃下进行真空过滤。
优选的，上述自动化生产硝酸磷肥的方法中，将所述脱钙母液用氨进行中和，得到中和母液步骤之后，还包括：
将所述中和母液浓缩、升温至熔融状态后进行造粒获得硝酸磷肥。
本发明还提供了一种硝酸磷肥，其特征在于，根据权利要求1至5任一项所述的自动化生产硝酸磷肥的方法制备获得。
本发明的上述方法过程，首先通过磷矿的四种金属氧化物的摩尔浓度和硝酸的摩尔浓度对硝酸加入量进行自动化控制，能够快速且自动调整硝酸加入量，而且能够保证磷矿酸解达到要求且能够满足磷肥的质量要求。
本发明还提出由上述方法直接制备获得的硝酸磷肥产品，产品采用以上制备过程生产，酸解达标，甚至100％酸解磷矿，实现磷矿中有益成分的充分利用，同时实现磷肥的质量达到相应的标准，甚至实现更高的品质。
具体实施方式
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种自动化生产硝酸磷肥的方法，用于以磷矿为原料生产和制备硝酸磷肥产品，更加精确的用于通过硝酸分解磷矿获得的磷矿酸解浆；方法步骤包括：
s10，将磷矿原料用硝酸酸解，获取磷矿酸解浆；
s20，将磷矿酸解浆固液分离后于低温下结晶硝酸钙，分离结晶硝酸钙获得脱钙母液；
s30，将脱钙母液用氨气、氨水或液氨进行中和，得到中和母液；
其中，步骤s10中硝酸的加入量根据要被酸解的磷矿原料中的氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、三氧化铁的摩尔浓度和重量以及硝酸的摩尔浓度进行控制。
在酸解前，测定磷矿原料中氧化钙和氧化镁的总摩尔浓度为m1-1，三氧化二铝和三氧化二铁的总摩尔浓度为m1-2，称量磷矿原料的重量为k1，所述酸解反应过程中加入的硝酸的摩尔浓度为m2，需要加入硝酸的重量为k2，则硝酸的加入量k2满足如下关系式：
(m1-1×k1×2+m1-2×k1×3)＜(m2×k2)
其中7.15摩尔/千克≤m2≤8.75摩尔/千克。
优选的，k2满足如下关系：
尤其优选的，k2满足如下关系：
本发明步骤s30实施中，还包括：在中和阶段反应过程中同时监控反应体系的ph值，并根据ph值补充氨气、氨水或液氨，直至ph值达到4～6时停止氨的加入。在反应的过程中实时对体系补充氨稳定ph条件，控制反应进行的品质。
本发明的上述方法过程，首先通过宏观的量比来控制反应，能够快速且自动调整硝酸加入量，而且能够保证硝酸分解完全；并且中和环节的氨的初始加入量能够保证溶液非碱性，终点ph调整快速。
步骤s20的实施中低温脱钙的过程包括：先将磷矿酸解液固液分离后的上清液冷却到温度为-10℃～0℃进行结晶，60～85％的硝酸钙以ca(no3)2·4h2o结晶形式析出；然后再将冷却溶液于-2～1℃下进行真空过滤，然后获得脱钙母液。通过在确定的温度条件下先冷冻预结晶析出，后再于-2～1℃的条件下真空过滤的方式促进晶粒的凝结和析出，从而提升除钙效率。
步骤s30之后的肥料成品制备还包括：
步骤s40，将步骤s30的中和母液浓缩至质量浓度≥97.5％，并升温至熔融状态后加入造粒机造粒，获得硝酸磷肥。
本发明还提出由上述方法直接制备获得的硝酸磷肥产品，产品采用以上制备过程生产，酸解和中和完全，肥料中含有更低含量的不溶物，品质更好。
为使本发明上述自动化生产硝酸磷肥的方法细节更利于本领域技术人员的理解和实施，以及验证本案产物的效果，以下通过具体的实施例来对本案的上述内容进行举例说明。
实施例1
s10，将经过除杂后的磷精矿粉10kg(其中化学成分分析表明含有cao为48.2％、mgo为1.2％、al2o3为3.1％、fe2o3为2.9％)，用硝酸(硝酸摩尔浓度为8.73mol/kg)酸解，获取磷矿酸解浆；
其中在该步骤中，硝酸的添加量按照以上磷矿中氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、三氧化二铁的摩尔浓度和磷矿的重量进行计算，1吨磷矿所需要添加的硝酸的重量为23.6kg。此时采用如下计算公式：
可以计算得值为0.93。
s20，将磷矿酸解浆于沉降池中沉降3h后分离得上清液，然后将上清液于-5℃下结晶硝酸钙，结晶后于0℃的条件下真空过滤分离结晶硝酸钙获得脱钙母液；
s30，将脱钙母液用液氨进行中和，得到中和母液；液氨通入过程中实时监测溶液的ph，并充分搅拌溶液体系，当ph值达到5时停止液氨的加入，在通入液氨的过程中，在通入液氨的重量为k3时开始测量ph值，并调节液氨量进行微调ph到5停止液氨的加入。
为了确定酸解过程中酸解是否彻底，将对酸解后的酸解浆单独取样100g进行第一次固液分离，分离的固体洗涤干燥称量，重量记为第一次固体重量，然后将该固体用酸解相同浓度的硝酸进行再次酸解，硝酸加入量为第一次固体重量的2倍，然后再次固液分离，将固体洗涤、干燥称量，将重量记为第二次固体重量。
比较第一次固体重量和第二次固体重量，第二次固体重量占第一次固体重量百分比(z值)为100％，则证明磷矿酸解完全。
根据上面的方法，将加入的硝酸重量进行调节，当硝酸的重量k2应用对比公式(m1-1×k1×2+m1-2×k1×3)和(m2×k2)比对时，当k2引入公式计算得到
(m1-1×k1×2+m1-2×k1×3)＝(m2×k2)时，k2为22.08kg，则会出现z值为98.2％。
当(m1-1×k1×2+m1-2×k1×3)＞(m2×k2)时，k2为21.5kg，则出现z值小于98.2％，说明磷矿酸解不完全，未酸解磷矿损失过大。
当(m1-1×k1×2+m1-2×k1×3)＜(m2×k2)时，则出现z值大于98.2，且当进行如下公式计算时，当k2为23.2时，则如下公式计算值为0.95。
此时z值为100％。
当k2为27.9kg，也就是加入硝酸过量，则会使得上述公式的计算值低于0.8，此时会出现添加液氨的量增加，而且硝酸磷肥的氮磷比过高，导致磷含量降低，磷肥效果变差。为保证酸解完全和磷肥中磷含量满足要求，最好控制硝酸的添加量保证如下公式计算的范围值在0.9-0.95之间，其次是在0.80-0.95之间，也能够保证酸解完全和磷肥肥效适当。
从本发明以上试验过程和结果可以看出，采用本发明的以上制备方法，采用根据磷矿原料中的氧化钙、氧化镁、三氧化铝、三氧化铁的摩尔浓度及磷矿原料重量，还有硝酸摩尔浓度，一起进行自动化控制硝酸分解磷矿阶段硝酸加入的重量，在通过中和阶段控制母液的ph值为4-6，进而保证硝酸分解完全及保证磷矿的品质。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。