尿素鋅的制備工藝條件研究

蔡 敏

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術學院資源工程系，廣西 河池 547000）

尿素鋅作為一種含鋅元素的復合肥，適用范圍廣，保存期長，貯運安全無毒害，有機化后有利于作物直接吸收，可提供作物生長必需的鋅元素，廣泛用于缺鋅地區(qū)栽培嗜鋅作物，能有效補充土壤缺鋅和作物缺鋅狀況，使作物根多粗壯、莖粗葉大、穗大粒滿。施用時既可作基肥，又可作葉面噴施，可大大簡化氮鋅混合施肥技術，是能使作物獲得明顯增產效果的優(yōu)良肥料。

尿素鋅的生產方法主要有散混法、散混涂粘法和粒狀復合法3種。其中粒狀復合法工藝簡單，設備數(shù)量少，成本相對較低。本研究采用粒狀復合法制備尿素鋅， 并研究了物料配比、反應溫度、反應時間、反應物濃度對產率的影響。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

尿素、七水硫酸鋅、乙二胺四乙酸二鈉、亞硝酸鈉、硫酸、無水乙醇、二甲酚橙、氧化鋅（均為分析純）。

電動攪拌機、恒溫烘干箱、恒溫水浴鍋、真空抽濾機。

1.2 實驗步驟

在250mL的燒杯中，加入一定量的硫酸鋅并加適量水溶解，另取一個燒杯加一定量的尿素加水溶解。待兩者溶解完全后混合均勻，將燒杯置于恒溫水浴鍋中，在設定溫度下攪拌反應一段時間。然后加熱升溫至96℃左右進行濃縮，約2h后逐漸析出白色的固體。當濃縮到體積約為原體積的1/3時停止蒸濃，此時，有大量的白色固體析出。取出燒杯冷卻至室溫，真空過濾得到白色固體即產品。在恒溫烘箱中干燥后稱量產品的質量，計算并分析產品中鋅含量，最后計算出尿素鋅的產率。

2 實驗結果與測定

2.1 原理

含鋅尿素試樣與亞硝酸反應，生成二氧化碳和氮氣，剩余部分即鋅的可溶性無機物，可往其中加入乙酸- 乙酸鈉緩沖溶液，以二甲酚橙為指示劑，用EDTA標準溶液進行滴定。反應如下：

2.2 滴定方法

稱取尿素鋅試樣約1g于250mL的錐形瓶中，先加入25% NaNO2溶液6mL，再緩慢加入200g·L-1H2SO4溶液8mL，待棕黃色氣體散盡，振蕩至無氣泡產生，再用蒸餾水稀釋至50mL，加入100g·L-1NaOH溶液4mL，以及乙酸- 乙酸鈉緩沖溶液6mL。往其中滴加5%二甲酚橙指示劑2~3滴，最后用0.05mol·L-1EDTA標準溶液滴定到溶液由酒紅色至亮黃色為終點。試樣中的Zn含量計算如下：

W （Zn） / %=0.06538× （C×V/G） ×100%

式中：C－滴定時EDTA標準溶液的濃度，mol·L-1；

V－滴定時消耗EDTA標準溶液的體積，mL；

G－試樣的質量，g：

0.06538 －與1.00mL EDTA標準溶液相當?shù)?/p>

以g表示的鋅的質量。

3 結果與分析

3.1 物料配比對產率的影響

分別稱取14.3g七水硫酸鋅和一定量的尿素，用蒸餾水配成溶液。恒定其它條件，只改變尿素和硫酸鋅的物質的量比，考察物質的量比對尿素鋅產品產率的影響，結果見圖1。由圖1可知隨著尿素與硫酸鋅的物質的量的增大，尿素鋅的產率先逐漸增大，當物質的量比為6∶1時產率達到最大值48.57%，然后開始降低。

通過實驗結果得知反應的最佳物料配比為n（尿素）∶n（硫酸鋅）=6∶1，此時所得到的產率最高，產物含鋅量最大，結合結構化學理論推測可知產物的結構應為Zn[CO（NH2）]6SO4。

圖1 尿素鋅與硫酸鋅的物質的量比對產率的影響

3.2 反應溫度對產率的影響

把尿素溶液緩慢加入到硫酸鋅溶液中，維持n（尿素）∶n（硫酸鋅）=6∶1，研究反應溫度對產率的影響，攪拌反應40min，考察反應溫度對尿素鋅產率的影響，實驗結果見圖2。隨著溫度的升高，尿素鋅產率先減后增，至80℃時達到最大值48.67%然后又降低。這時溫度過高容易導致已經生成的產物發(fā)生部分分解而導致產率降低。因此反應的最佳溫度選擇為80℃。

3.3 反應時間對產率的影響

固定n（尿素）∶n（硫酸鋅）=6∶1，考察反應時間對尿素鋅產率的影響。如圖3，隨著反應時間的延長，尿素鋅產率總的趨勢是增加，但只有在反應時間40min時得到的產率最大，達到38.87%。這可能是因為尿素鋅在溶液中的時間太長而發(fā)生緩慢分解反而使產率有所降低。

圖2 反應溫度對尿素鋅產率的影響

圖3 反應時間對尿素鋅產率的影響

3.4 反應物濃度對產率的影響

固定n（尿素）∶n（硫酸鋅）=6∶1，反應溫度80℃，反應時間40min，考察七水硫酸鋅與混合液質量之比（m/m）對尿素鋅產率的影響。由圖4可知，隨著硫酸鋅濃度的不斷增加，尿素鋅產品的產率總的趨勢是先增加后減小，當w（硫酸鋅）=5%時產率達到最大值72.89%。

圖4 反應物濃度對尿素鋅產率的影響

4 結論

尿素鋅是直接以尿素為配體，鋅為中心原子，在強配位條件下反應、結晶、分離得到的一種配合型復合肥。通過對尿素鋅合成工藝的研究結合線圖可看出，當制備工藝條件為：n（尿素）∶n（硫酸鋅）=6∶1，反應溫度80℃，反應時間40min，硫酸鋅的質量濃度為5%時合成的尿素鋅產率達到72.89%。

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