磷铵产品水分含量检测误差原因分析与对策研究

2020-12-12刘贵兰李星沄

磷肥与复肥 2020年11期

刘贵兰，陈雨，张红，陈莉，李星沄

（1. 瓮福化工科技有限公司，贵州福泉 550500；2. 瓮福化工公司质检部，贵州福泉 550500）

GB 10205—2009《磷酸一铵、磷酸二铵》中规定粒状磷酸一铵与磷酸二铵（传统法和料浆法）优等品和一等品中w（H2O）≤2.5%［1］。实际上，为了降低储存与运输过程中磷铵产品结块风险，大部分企业磷铵产品水分含量控制要求高于上述标准。磷铵产品水分含量直接影响产品的养分（水分高时养分低）及外观质量（颗粒强度与圆润度）［2］，水分含量高时会使颗粒表面发生溶解-再结晶现象，导致颗粒与颗粒间形成晶桥，促使磷铵产品在储存与运输过程中产生结块。因此，磷铵生产过程中必须严格控制产品水分含量。

磷铵产品水分含量的准确检测在瓮福化工科技公司（以下简称公司）质检部一直没有得到解决，分析误差超过国标要求（≤0.2%）的现象时有发生。为了降低磷铵产品水分含量检测误差，提高抽检合格率，减少大批量产品复检带来的工作强度同时更好地指导生产，笔者深入分析误差产生的原因，并进行相关条件实验验证。

1 磷铵产品水分含量检测误差原因分析

1.1 磷铵水分含量检测方法

磷铵水分含量检测方法为GB/T 10209.3—2010《磷酸一铵、磷酸二铵的测定方法第3部分：水分》中的真空烘箱法。也有企业采用普通烘箱代替真空烘箱［3］，但采用普通烘箱时干燥温度和时间受环境温度影响较大，需要不定期开展条件实验进行确定，为了简化，采用真空烘箱。

磷铵水分计算公式：

式中m0——取样量；

m1——烘干后质量。

1.2 磷铵水分含量抽检情况

抽检方式：测样后在样品袋上标注编号，检测结果录入系统，并将样品袋保存于干燥器内。抽检与测样的时间间隔不超过3 d，由公司质量管理部随机抽取样品编号进行水分含量测试，并与系统中的数据进行对比，前后测定结果的绝对差值≤0.2%为合格。2019年1—6月共抽检54次，抽检结果见图1。

图1 磷铵水分含量检测与抽检结果差值

1.3 检测误差可能原因分析

深入探讨检测误差＞0.2%的可能原因，并逐一进行排查，原因分析过程如下。（1）取样环节。每次取样量约为500 g，完全密封在样品袋中，初步判断为非要因。（2）样品缩分环节。在制样之前，严格按照GB 10205—2009规定的步骤进行，确定为非要因。（3）试样制备环节。GB 10205—2009中未明确试样制备时间，不同分析人员的操作方式会有所不同，确定为要因。（4）装样环节。制样后采用不同的样品袋盛装，对水分检测结果有一定影响，确定为要因。（5）称样环节。样品制取后是否及时称样会影响检测结果，确定为要因。（6）样品烘干环节。样品在烘干过程中必须严格控制温度和真空度，否则会引起检测误差，确定为要因。（7）样品烘干后冷却环节。样品从烘箱中取出后，必须按要求进行冷却，细节必须控制好，确定为要因。（8）冷却后称样环节。样品在干燥器中冷却到规定时间后，必须立即称样，经调查，此环节分析员操作一致，确定为非要因。

2 检测验证实验与结果讨论

根据检测误差原因分析，对磷铵中水分含量检测开展相关验证实验，选取的因素为样品的代表性、烘箱内样品放置个数、样品干燥制度与冷却时间。

2.1 样品的代表性

磷铵样品为粒状，检测时需粉碎至一定细度。粉碎时间与磷铵样品粒度、水分含量检测结果的关系见表1。

表1 粉碎时间与磷铵样品粒度、w（H2O）的关系

从表1可以看出，粉碎时间为20 s时，样品全部通过0.5 mm标准筛。样品粉碎时间达到20 s后继续粉碎，会使水分检测结果偏低，因此将样品粉碎时间统一为20 s。

目前质检部不同分析室样品留存方式有塑料盖、纸袋和封口袋等，为了确定样品留存方式，对同一样品（选取了6个样品）在不同留存方式下测试样品水分含量，结果见表2。

表2 同一样品水分含量检测结果与留存方式的关系

磷铵在留存过程中水分容易挥发，导致结果偏低。从表2可知，使用封口袋留存样品效果较好。

2.2 烘箱内样品放置个数

用同一样品在前处理方式一致的基础上，考察真空烘箱内样品放置个数对w（H2O）的影响，结果见表3。

表3 样品w（H2O）与烘箱内样品放置个数的关系

从表3中可以看出，烘箱内样品放置个数对样品水分含量的影响很小，但为了保持称量瓶间合理的间隙与操作方便，建议每次放置4个样品。

2.3 样品干燥制度与冷却时间

公司质检部各分析室烘干温度均采用50 ℃，真空度、烘干时间与样品冷却时间存在较大差异。保持其他条件一致，考察真空度、烘干时间与冷却时间对样品w（H2O）的影响，真空度的影响见表4。

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表4 样品w（H2O）与烘箱真空度的关系

由表4可知，在真空度64～71 kPa范围内，样品水分含量受干燥时烘箱真空度的影响不大，水分含量检测时真空度统一定为68 kPa。

验证实验中选取生产时水分含量波动较大的4个样品（中控样品），烘干时间对样品水分含量的影响见表5。

表5 样品w（H2O）与烘干时间的关系

由表5可知，烘干时间越长，水分含量越高，烘干时间达到130 min后水分含量基本趋于稳定，烘干时间不足时会导致检测结果偏低。

样品烘干后需从烘箱中取出放置到干燥器内冷却后再称量，冷却时间对水分含量的影响见表6。由表6可知，总体趋势为冷却时间越长，样品水分越低，原因可能在于样品吸收了空气中少量水分，造成失重减少，结果偏低。建议夏秋季冷却时间为15 min，春冬季10 min。

表6 样品w（H2O）与冷却时间的关系

3 分析操作规程细化与统一

根据验证实验结果，对磷铵中的水分含量检测规程进行细化，由公司质检部牵头，质量管理部配合，建立“磷铵样品中水分含量的测定”作业指导书，主要内容包括：（1）制样，将样品混匀、缩分至20～25 g放入粉碎机，粉碎时间为20 s（样品全部通过0.5 mm标准筛）；（2）称样，称取试样约2 g（精确至0.000 1 g）于预先干燥至恒质量的称量瓶中，立即将称量瓶磨口盖盖好，小心摇动称量瓶使样品均匀铺于称量瓶底部，将称量瓶放入瓷盘中；（3）干燥，将瓷盘及时放入真空干燥箱内，打开称量瓶盖，启动真空泵，当真空度达到68 kPa后关闭真空泵，温度稳定在50 ℃（放入水银温度计校正）时开始计时，烘干时间为130 min，烘箱内样品放置数量≤4个；（4）冷却，样品在烘箱内达到干燥时间后，盖上称量瓶磨口盖，迅速置于干燥器内冷却，冷却时间夏秋季15 min，春冬季10 min，达到冷却时间后及时称量。

作业指导书建立后下发至各分析室检测人员并组织集中培训，现场讲解各环节控制要点并做演示实验，严格管控每一个细节，要求各班班长对分析员的检测活动进行监督并现场纠偏和指导，对所有分析人员操作规程进行统一。通过对检测标准进行细化与统一后，2019年8月至2020年1月抽检54次磷铵样品水分含量，结果见图2。