磷酸脲是一种具有氨基结构的磷酸复盐,在工业、畜牧业、农业等领域具有广泛的用途。以湿法磷酸净化副产萃余酸为原料生产磷酸脲不但可以解决萃余酸的合理利用问题,还可以提高萃余酸中五氧化二磷的价值,实现资源的合理利用。本文通过正交实验确定了萃余酸制备磷酸脲的最佳工艺条件为:萃余酸和尿素摩尔投料比1.05:1,反应时间75分钟,温度70℃。产品磷酸脲为透明棱柱状晶体,主含量磷为44.08%,氮17.05%,其余各项指标均达到工业级磷酸脲的标准,五氧化二磷回收率为36.42%。采用TGA对磷酸脲的热稳定性进行了分析,采用了DSC测量了磷酸脲的熔点及熔化焓性质,结果表明磷酸脲在130℃以下较为稳定,从118.1℃开始熔化,熔化焓为190.3 J/g。从140℃开始磷酸脲出现明显的分解失重,升温至240℃,达到第一个失重平台,失重约为37.8%。继续升温至310℃,继续出现缓慢分解失重,至560℃,分解速率明显加快,至650℃,达到第二个失重平台,失重约为82.6%。采用激光动态法测定了不同温度下磷酸脲在水中的溶解度,发现温度对溶解度影响呈指数关系,从75℃降至20℃,溶解度降低了82.5%,因此冷却结晶是较为适宜的结晶方式。分别采用λh方程和NRTL方程对实验数据进行了回归,结果表明两个模型均能较好的关联实验溶解度数据,摩尔分数溶解度的计算平均相对偏差分别2.41%和3.22%。进一步,我们在控制降温速率0.3℃/min,搅拌速率为200 r/min的条件下测定了磷酸脲在水中的介稳区宽度,结果表明,随着温度降低,介稳区宽度也降低,当结晶温度从65℃降到26℃,介稳区宽度从18.9℃降到13.9℃,因此在结晶开始时应适当添加晶种,促进晶体析出,而在结晶末期应控制溶液的过饱和度,避免过量成核。