本发明涉及磷肥的制备领域，特别是从磷矿石直接制备磷肥的方法。 位于四川省什邡县和绵竹县境内的硫磷铝锶矿，矿层赋存于上泥盆统沙窝子组，矿床独特，国内少见。矿石成份复杂，是一种含硫、锶和稀土等的铝磷酸盐，它既不同于世界上已知的磷酸盐矿，又不同于磷酸钙铝型矿床。该矿床储量巨大且矿层直接覆盖在磷块岩矿层之上，自1958年发现以来，未能得到合理利用，而成为“呆矿”。这不仅影响该资源的开发利用，又影响其下伏的磷块盐的开发部署。多年来其开发利用一直是个重要的研究课体，为此，许多研究者先后进行了大量的研究工作，并取得了一些成果，但仍未取得突破性进展，即用它为原料生产出相应的合格磷肥的方法。
CN89104132.X公开了一种用硫磷铝锶矿生产磷肥的方法，他们宣称将矿石破碎到一定粒度后，在700～800℃下煅烧1小时，然后自然冷却后研磨成60～80目即为磷肥产品，此时矿石中磷的有效转化率可达70～80%，则能制成有效磷（P2O5）≥12%的磷肥。但理论分析以及前人和我们的多年实践表明，这是难以实现的，对该矿石，在中低温（700～800℃）下煅烧，煅烧后自然冷却地产物，由于新生的矿物晶格不能固定，产物中有效磷（P2O5）含量一般只有5～6%，则矿石中磷的有效转化率＜40%，它虽有一定肥效，但不是合格的磷肥。看来，CN89104132，X所提供的偏高数据是由于其所采用的分析方法不标准和转化率计算上的错误造成的。
本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种以硫磷铝锶矿矿石为原料制备合格磷肥的方法。
本发明所述的用硫磷铝锶矿矿石生产磷肥的方法，包括四步工序：矿石的破碎、破碎后矿石的焙烧、焙烧后矿石的骤冷和骤冷后物料的干燥和研磨，其特征在于破碎后矿石的粒度为1～5cm，最佳粒度为2～3cm;焙烧温度为900～1150℃，最佳焙烧温度为1000～1100℃;焙烧时间为40～60分钟，骤冷条件为：焙烧后的物料应在1分钟内由＞800℃冷至＜400℃，骤冷可采用水淬的方式进行;骤冷后的物料经干燥后研磨到-80目即为磷肥产品。
本发明所述的硫磷铝锶矿石为三方晶系，并多呈隐晶胶状结构，属沉积形成。矿石中P2O5平均品位为15～23%，典型矿石中常量元素的分析结果如下：
表1 矿石组成，%P2O5 Al2O3 SrO SO2 Fe2O3 CaO MgO RE2O3No123.5 27.77 5.49 - 2.06 16.61 0.15 0.264No217.07 25.88 5.79 7.69 8.40 7.01 0.53 0.215
此外，矿石中还含微量的Cu、B、Fe、Mn、Zn、Mo、Ti等元素。
由于矿石组成复杂，属多种组分的铝磷酸盐类，矿石中铁、铝含量高，不能用常规的生产磷肥的方法进行加工处理以制取磷肥。以往的研究表明，虽然通过升温焙烧可直接制成有一定肥效的产品，但不能制成合格的磷肥。
我们采用矿石破碎-焙烧-自然冷却-研磨工艺，不同焙烧温度下制得产品的分析结果如下：
表2 不同焙烧温度下产品的分析结果常温300℃400℃600℃700℃800℃900℃1000℃全P2O5,%16.7615.3916.1416.5317.5016.8917.3317.77有效P2O5,%0.523.473.105.165.486.026.355.82有效磷转化率，％3.1021.8422.3031.2232.8135.1436.6432.75
试验条件：矿样粒度2cm，焙烧时间：60分钟，
磷分析方法：ZBG21004-87
表1说明，矿石经焙烧后，促成组份和结构发生变化，使部分磷转成有效磷，但在试验的焙烧温度范围内有效磷的转化率都不高，温度高于900℃后有效磷转化率呈下降趋势，由此可知采用焙烧-自然冷却方法是不可能制得有效磷≥12%的磷肥。
考虑到矿石在升温过程中，虽然组份和结构发生了变化，有利于有效磷的转化，但在自然冷却过程中，已变化了的结构又发生可逆的变化，这可能是导致有效磷转化率不高的原因，为此我们做了不同温度焙烧后骤冷（水淬）的试验，结果如下：
表3 焙烧-水淬试验结果常温700℃800℃900℃1000℃1100℃1200℃全P2O5,%16.8518.1118.9319.3719.6019.5719.86有效P2O5,%0.3110.7212.6413.2415.0915.0511.83有效磷转化率，％1.8759.1866.7968.3676.9878.9659.57
试验条件：矿样粒度2cm，焙烧时间：60分钟
水淬条件：焙烧后立即水淬至＜400℃
磷的分析方法：ZBG21004-87
从表2可以看出采用较高温度下焙烧后立即水淬的方法可使矿石中磷的有效转化率大大提高，从而可制得合格的磷肥。
比较表1和表2可以看出，矿石在相同温度下焙烧后，自然冷却和骤冷对其有效磷转化率影响甚大，其原因是骤冷可固定焙烧后形成的晶格结构。
焙烧时，矿石粒度过大，不易烧透;过细，易过烧，一段以1～5cm为宜，且以2～3cm为最佳。焙烧温度＜800℃，有效磷转化率不高，不能制得合格磷肥（P2O5≥12%），温度接近1200℃矿石将熔融，又考虑到熔烧后到水淬时有一定的降温，故焙烧温度选900～1150℃为宜且以1000～1100℃为最佳;为确保固定高温焙烧后形成的晶格结构，熔烧后应在尽可能短的时间（＜1分钟）内骤冷到较低温度（＜400℃），水淬起始温度以＞800℃为宜，为符合肥料标准，利于为植物所吸收，骤冷后的产品经干燥后应研磨至-80目。
本发明所述的磷肥可将矿石置于改进后的水泥窑中焙烧制备，由于矿石升温焙烧是内燃式的，采用高温焙烧（1000～1100℃）与中低温焙烧（700～800℃）相比，煤耗和电耗并不增加，成本相当。因为温度低时，操作难度较大，燃煤不能得到充分燃烧，有浪费现象。
本发明制得的磷肥的典型分析结果如下：
表4 磷肥分析结果，%全P2O5有效P2O5SO2Al2O3TiO2Fe2O3SiO2原矿16.850.312.5032.331.3851.7813.17磷肥19.6015.090.3437.631.6122.0715.32
接表4CaOSrOMgOK2ONa2OFRE2O3烧失量原矿6.305.600.2850.0500.0351.500.26416.40磷肥7.346.520.330.0580.0410.650.2841.08
本发明所制得的磷肥，既不同于酸性普钙，也不同于偏酸性的钙镁磷肥，而是一种中性肥料，它既适用于酸性土壤，也适用于碱性土壤，同时，它属热法加工的磷肥，除当季肥效明显外，更具后效长的特点。该肥料等磷量肥效与普钙相当，此外还含有一定量的稀土和微量元素可起微肥的作用，它的研制成功为合理开发利用硫磷铝锶矿开辟了一条新路。
本发明所述的磷肥，曾在北京市房山县南召乡作了万亩小麦大田试验，经北京市农科院土肥所负责各项指标考察，结果表明，施用该肥后，不仅田间调查阶段就明显优于对照田，并且秋后小麦产量也显著高于对照田，万亩小麦平均亩增产超过40kg。此外，在河南、四川等地所作的试验表明，其对油菜、水稻也有明显的增产效果，特别是对油菜，除增产外，还有抗倒伏、抗病虫害的优点。
本发明所述的磷肥的制备方法，具有不消耗化学试剂、工序少、有效磷转化率高、生产成本低、所得产品肥效高等优点。
在矿石破碎粒度为2～3cm，焙烧时间50分钟，水淬起始温度＞800℃，水淬终了温度＜400℃，水淬降温时间＜1分钟，水淬产物干燥后研磨至-80目的条件下，用不同P2O5品位的硫磷铝锶矿在不同焙烧温度下制取磷肥的试验结果如下：
表5 较低磷品位硫磷铝锶矿矿石制取磷肥的试验结果，%全磷P2O5有效磷P2O5TiO2SrORE2O3Al2O3有效磷转化率原矿石16.850.311.3855.600.24432.331.84900℃19.3713.241.5926.440.28137.1768.351000℃19.6015.091.6126.520.28237.6376.981100℃19.5715.451.6366.620.28838.1978.941200℃19.8611.831.6416.640.28938.3259.57
注：磷的分析方法：ZBG 21004-87
表6 较高磷品位硫磷铝锶矿矿石制取磷肥的试验结果，%全磷P2O5有效磷P2O5TiO2SrORE2O3Al2O3有效磷转化率原矿石22.830.381.208.6325.801.22900℃27.0320.381.089.8931.4975.401000℃26.3518.961.409.8332.4871.961100℃26.8220.681.7210.2632.7677.111200℃25.8614.121.619.2830.9254.91
注：磷的分析方法 ZBG 21004-87
从表5和表6可以看出，采用本发明所提供的方法可从硫磷铝锶矿矿石生产出P2O5含量＞12%的合格磷肥。