過磷酸鈣（英文名：鈣 superphosphate）又稱普鈣、普通過磷酸鈣、過磷酸石灰、過石灰，是由硫酸和磷礦粉反應生成的以磷酸二氫鈣（Ca(H2PO4)2）和硫酸鈣（CaSO4）為主要成分的產(chǎn)品，一般有效五氧化二磷（P2O5）的含量為14-20%（普通過磷酸鈣），富過磷酸鈣的磷含量比普鈣高，五氧化二磷含量為23%?35%，比普通過磷酸鈣約高1倍，是一種水溶性磷肥。
過磷酸鈣為灰白色、深灰色至灰褐色粉末，沸點在80 °C以下（一個大氣壓）。過磷酸鈣具有吸潮性和腐蝕性，在較潮濕的空氣中能結(jié)塊，能部分溶于水，水溶液微酸性，少部分不溶于水而易溶于2%檸檬酸（枸櫞液）溶液中。
過磷酸鈣是水溶性的速效磷肥，它會溶解在土壤溶液中，以鈣離子、磷酸根離子的形式存在。磷酸根離子能夠與土壤溶液中其他離子化合，生成難溶性的化合物沉淀下來，被土壤固定的磷可以被植物吸收而達到施肥的效果。
發(fā)現(xiàn)歷史
過磷酸鈣是用硫酸處理磷礦粉制成的磷肥，它是世界上最早工業(yè)生產(chǎn)的一種水溶性肥料生產(chǎn)與施用，既可以直接使用，也可用作制造混合肥料。
工業(yè)生產(chǎn)磷肥的研究與應用比氮肥更早。1840年，著名的德國科學家李比希（LieBig）發(fā)表農(nóng)業(yè)著作《化學在農(nóng)業(yè)和生理學中的應用》，證明植物生長需要碳酸、氨、氧化鎂、磷、硝酸鹽及鉀、鈉的化合物等無機化合物，人們必須在土壤中施肥以補償植物的消耗。
1841年，英國科學家勞斯（Lawes）通過處理天然磷酸鈣得到了過磷酸鈣。1842年，他獲得了用硫酸酸化磷塊巖得到過磷酸鈣流程的專利。1843年，他在英國建造了世界上第一個過磷酸鈣化肥廠。
1849年，李比希在實驗室以硫酸處理骨粉得到了水溶性過磷酸鈣。1856年，李比希提出以天然磷礦為原料制造過磷酸鈣和磷酸的方法，從此天然磷礦成為制造過磷酸鈣的主要原料。
中國磷肥工業(yè)始于1942年，云南省昆明市建設了生產(chǎn)過磷酸鈣的裕滇化肥廠，用昆明磷礦石生產(chǎn)含有效五氧化二磷17%的過磷酸鈣，這是中國第一個磷肥品種。
1949年，新中國成立時，大陸地區(qū)沒有磷肥企業(yè)。1958年，由蘇聯(lián)援建在江蘇省南京市和山西省太原市建成了粒裝過磷酸鈣工業(yè)裝置，奠定了中國最早的磷肥工業(yè)基礎。
2005年，中國磷肥產(chǎn)量達到1125萬噸，超過美國居世界第一。同時，中國也是過磷酸鈣消費大國，磷肥表觀消費量也已經(jīng)成為世界第一。
理化性質(zhì)
過磷酸鈣性質(zhì)
過磷酸鈣為灰白色、灰黑色，少量帶有淡黃色或粉紅色的疏松粉狀顆粒。
磷礦粉和硫酸反應生成的過磷酸鈣成品較為疏松，含有較多的水分，其主要成分為磷酸二氫鈣水合物（一水磷酸一鈣），分子式為，加熱時不穩(wěn)定，溫度高于120°C時失去結(jié)晶水，溫度高于150°C時轉(zhuǎn)變?yōu)閷ψ魑餂]有肥效的焦磷酸氫鈣（Ca2H2P2O7）,繼續(xù)升溫轉(zhuǎn)化為偏磷酸鈣([Ca（PO3）2]）。過磷酸鈣在1100-1300°C高溫下煅燒，脫除含物質(zhì)和部分硫酸鹽轉(zhuǎn)化為脫氟過磷酸鈣（主要成分為磷酸鈣[Ca3（PO4）2]），可作為家畜的輔助飼料促進動物的發(fā)育和成長。
過磷酸鈣粒裝成品含水較少，主要成分為磷酸二氫鈣，略有吸潮性和腐蝕性，在較潮濕的空氣中能結(jié)塊。絕大多數(shù)過磷酸鈣能溶于水，水溶液微酸性，少部分不溶于水而易溶于2%檸檬酸（枸櫞液）溶液中。
過磷酸鈣化學組成
過磷酸鈣主要成分是磷酸二氫鈣（Ca(H2PO4)2），副成分為硫酸鈣（CaSO4），有效磷含量12-20%，中國過磷酸鈣國家標準規(guī)定過磷酸鈣中有效五氧化二磷含量需要大于等于20%（特級品）。此外過磷酸鈣中還有2-4%的硫酸鐵、硫酸鋁、硫酸鉛、5%-10%左右的游離酸和少量的磷酸鐵、磷酸鋁、磷酸鎂等。工業(yè)上脫氟過磷酸鈣主要成分為磷酸鈣，含有0.1%的氟，12%的三氧化硫，有效五氧化二磷含量大于31%。
標準規(guī)定
成品過磷酸鈣可以分為疏松狀過磷酸鈣和粒狀過磷酸鈣，都不得檢出揮發(fā)性有機物，重金屬含量也需要達到國家標準。
疏松狀過磷酸鈣
疏松狀過磷酸鈣為目測無雜質(zhì)的疏松粉末，其標準規(guī)定如下表所示。
粒狀過磷酸鈣
粒狀過磷酸鈣為目測無雜質(zhì)的顆粒，其標準規(guī)定如下表所示。
應用領域
磷肥
磷肥是含有磷酸鹽的肥料，可以按照溶解性分為水溶性磷肥、弱酸溶性磷肥及難溶性磷肥。
過磷酸鈣是一種水溶性的速效磷肥，富含磷、鈣、硫以及微量鐵、錳、鋅、銅、鎂等多種營養(yǎng)元素的酸性化學磷肥，是世界上最主要的磷肥之一。
在中國，約70%的耕地土壤缺磷，盡管磷肥施用量高，但當季利用率僅占10%-20%，因為無論是酸性土壌如紅壤土或者是堿性石灰性土壤，施用過磷酸鈣后，磷會與鐵、鈣、鎂、猛等元素化合而被土壤固定，減緩磷的遷移和擴散進而降低植物對磷的吸收和利用。
氨氣吸附劑
禽畜糞便堆肥過程中會產(chǎn)生氨，既導致肥料養(yǎng)分下降又使周邊環(huán)境出現(xiàn)惡臭。過磷酸鈣由于含有游離酸，可以與氨反應，是潛在的堆肥揮發(fā)氨氣回收固定的吸附劑。過磷酸鈣可直接添加到堆肥原始物料中，控制堆肥過程中的氮素損失。
作用原理
磷肥對植物的作用
磷是植物生長發(fā)育所必需的元素，在植物體內(nèi)參與和促進多種代謝作用，科學研究表明每收獲1000斤糧食，農(nóng)作物需要從土壤里吸收10斤磷元素，因此需要人為施加磷肥以補償土壤中的磷。
施加磷肥對植物有以下的用處：
1.促進早熟、增強抗逆性：磷能增強植物的各種代謝作用，施用磷肥后能明顯的提早作物成熟期。磷肥對增強作物抗逆性有一定作用，磷在農(nóng)作物體內(nèi)可以使有機體內(nèi)液體保持粘性和彈性，增強其對局部脫水和過熱的抵抗能力。
2.提高產(chǎn)品質(zhì)量：施用磷肥對提高產(chǎn)品質(zhì)量有明顯的效果，可以增加如甜菜等植物塊根中的糖分，也可以增加禾谷類作物的蛋白質(zhì)含量和油料作物的脂肪酸含量。
3.提高作物產(chǎn)量。
過磷酸鈣施肥原理及方法
過磷酸鈣是水溶性的速效肥料，它會溶解在土壤溶液中，以鈣離子、磷酸根離子的形式存在。磷酸根離子能夠與土壤溶液中其他離子化合，生成難溶性的化合物沉淀下來，被土壤固定的磷可以被植物吸收而達到施肥的效果。
過磷酸鈣適用于各種作物和土壤，可作為基肥和追肥，但是過磷酸鈣含有的游離酸會傷害根和幼苗，因此不能直接作為種肥使用。過磷酸鈣中的磷易被土壤固定，移動性弱，因此在施用時要盡量減少與土壤的接觸，增加與作物根系的接觸。一般采用條施、穴施、蘸秧根等方法施用。
制備方式
過磷酸鈣生產(chǎn)是用硫酸來分解磷礦粉（氟磷酸鈣），反應分為兩個階段進行。第一階段是硫酸與磷礦粉作用生成磷酸。
這一步反映首先是在一些細小的礦粉以及較粗礦粉的表面進行的，硫酸鈣先是以半水化合物形態(tài)在磷酸溶液中析出，然后在很短時間內(nèi)半水硫酸鈣結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="/hebeideji/3292122876042188089.html">無水硫酸鈣。這一階段的反應進行的很快并且十分劇烈，反應為放熱反應，最高溫度可以達到115-135°C，大約有70%的磷礦粉被分解。
第二階段反應為第一階段反應所生成的磷酸繼續(xù)分解剩余的氟磷酸鈣而生成一水磷酸二氫鈣。
第二階段的反應也是放熱反應，但是反應速度比第一階段的反應慢了很多。第二階段的反應是依靠磷酸來分解磷礦粉，而磷酸的化學活潑性不及硫酸，同時第一階段較細的磷礦粉已被分解，導致第二階段反應時磷礦粉分解速度變慢。此外，第一階段生成的硫酸鈣細小結(jié)晶黏附在尚未被分解的磷礦粉表面造成反應鈍化。隨著第二階段反應的進行，生成了大量的一水磷酸二氫鈣飽和溶液，減少了液相中氫離子的濃度，使分解速度大為減慢。
質(zhì)量檢測
過磷酸鈣水溶性磷及有效磷含量測定
用水提取過磷酸鈣中水溶性磷、用乙二胺四乙酸二鈉溶液提取過磷酸鈣中的有效磷，提取液中的正磷酸根離子在酸性介質(zhì)中與喹鉬檸酮試劑生成黃色的磷鉬酸喹啉沉淀。
游離酸含量測定
游離酸是過磷酸鈣質(zhì)量的重要標準，游離酸過高會導致燒種、傷苗。一般過磷酸鈣中含有游離酸約5%，一些不合格品的游離酸甚至會超過10%。游離酸測定是用氫氧化鈉滴定溶液滴定游離酸。
揮發(fā)性有機物測定
在一定的溫度條件下，頂空瓶內(nèi)樣品中揮發(fā)性組分因揮發(fā)而產(chǎn)生飽和蒸氣壓，氣相中的揮發(fā)性有機物進入氣相色譜測試儀分離后用質(zhì)譜儀進行檢測。通過與質(zhì)譜圖比較進行定性。
參考資料 >
Calcium superphosphate.PubChem.2023-10-12
過磷酸鈣.Pubchem.2023-09-26
過磷酸鈣.SCI-finder.2023-09-26
過磷酸鈣.chembk.2023-07-08