季保德

(安徽中元化肥股份有限公司，安徽 宿州　234600)

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一種圓球狀顆粒鉀肥的生產(chǎn)工藝

季保德

(安徽中元化肥股份有限公司，安徽 宿州234600)

摘要：介紹一種圓球狀顆粒鉀肥的生產(chǎn)工藝及其市場(chǎng)前景。根據(jù)氯化鉀、硫酸鉀本身的物理、化學(xué)特性，從物料前期浸潤處理、采用特殊的造粒設(shè)備、特殊的陳化工序等方面著手，經(jīng)多次改進(jìn)和試驗(yàn)終于成功研發(fā)出了圓球狀顆粒鉀肥，生產(chǎn)出的圓球狀顆粒氯化鉀、圓球狀顆粒硫酸鉀外觀光滑圓潤，其K2O含量可分別達(dá)到60%、50%。

關(guān)鍵詞：圓球狀；顆粒；氯化鉀；硫酸鉀

現(xiàn)在生產(chǎn)顆粒狀鉀肥的主要方法是擠壓造粒法，用擠壓造粒機(jī)將粉狀鉀肥壓成片狀，經(jīng)過破碎機(jī)破碎后再篩選出2～6 mm的不規(guī)則顆粒，用該方法生產(chǎn)的顆粒鉀肥不僅產(chǎn)量低(合格顆粒只有50%～60%)，而且外觀質(zhì)量非常不規(guī)則，其主要用途就是與氮肥、磷肥摻混成BB肥料。在裝卸和運(yùn)輸過程中極易離析分層；在機(jī)械化施肥過程中，因圓球狀的氮肥、磷肥與不規(guī)則的顆粒鉀肥流動(dòng)速度是不一樣的，會(huì)造成農(nóng)作物得到的養(yǎng)分不均勻。鉀肥不規(guī)則的顆粒形狀也容易卡阻施肥機(jī)下料口，造成斷肥現(xiàn)象。同時(shí)，不規(guī)則的鉀肥顆粒與圓球狀的氮肥、磷肥混成BB肥時(shí)，也影響B(tài)B肥的整體外觀質(zhì)量。

1鉀肥的性質(zhì)和生產(chǎn)方法

1.1氯化鉀的性質(zhì)和生產(chǎn)方法

無色立方結(jié)晶或白色結(jié)晶；密度1.984 g/cm3；熔點(diǎn)770 ℃，沸點(diǎn)1 413 ℃，加熱至1 500 ℃時(shí)則升華；易溶于水；溶于乙醚、甘油；微溶于乙醇；不溶于鹽酸。在水中的溶解度隨溫度的升高而迅速增加；有吸濕性，易結(jié)塊。

氯化鉀的生產(chǎn)方法有4種：浮選法、光鹵石法、溶解結(jié)晶法、重介質(zhì)分離法。

1.2硫酸鉀的物理性質(zhì)與生產(chǎn)方法

外觀與性狀：通常狀況下為無色或白色結(jié)晶、顆?；蚍勰o氣味，味苦，質(zhì)硬，在空氣中穩(wěn)定。分子量為174.27，密度為2.66 g/cm3(20 ℃)，熔點(diǎn)為1 069 ℃。在水溶液呈中性，常溫下pH約為7。1 g溶于8.3 mL水、4 mL沸水、75 mL甘油，不溶于乙醇、丙酮和二硫化碳。硫酸鉀的生產(chǎn)方法有4種：①由氯化鉀與硫酸作用而制得；②以無水鉀鎂礬為原料制得；③以鉀鹽鎂礬為原料制得；④以明礬石為原料制得。

由含鉀礦石的自然特性和氯化鉀、硫酸鉀本身的物理化學(xué)特性所決定，使其造粒成球的難度極大，即使勉強(qiáng)造出了圓球狀的顆粒，也由于添加了大量的造粒劑等物質(zhì)，造出來的顆粒鉀肥的K2O含量遠(yuǎn)低于60%(氯化鉀)和50%(硫酸鉀)，在配成BB肥特別是高含量的BB肥時(shí)，難以滿足使用要求。根據(jù)氯化鉀、硫酸鉀本身的物理化學(xué)特性，從物料前期浸潤處理、采用特殊的造粒設(shè)備、設(shè)置特殊的陳化工序等方面著手，經(jīng)多次改進(jìn)和試驗(yàn)終于成功研發(fā)出了圓球狀顆粒鉀肥，生產(chǎn)出的圓球狀顆粒氯化鉀、圓球狀顆粒硫酸鉀外觀光滑圓潤，其K2O含量可分別達(dá)到60%、50%。

圓球狀顆粒鉀肥生產(chǎn)工藝包括浸潤、造粒、陳化、干燥、冷卻、篩分、包裝等主要工序。

(1)浸潤工序的特征在于：所述的在預(yù)處理后的氯化鉀或硫酸鉀中，加入 2%～3%的生物酶調(diào)節(jié)劑并攪拌、混合均勻，分別放入并列的一組浸潤槽中，經(jīng)過30～50 min后，生物酶調(diào)節(jié)劑使氯化鉀或硫酸鉀不易成球的特性發(fā)生部分改變。

(2)造粒工序的特征在于：所述的達(dá)到浸潤要求的物料，通過其下部的刮板輸送機(jī)或螺旋輸送機(jī)輸送到造粒機(jī)內(nèi)，該造粒機(jī)經(jīng)過改進(jìn)后，具有粒度分級(jí)和內(nèi)返料的特殊功能，同時(shí)輔助以 3%～5%的、具有黏性的液體調(diào)理劑，通過造粒機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使物料在造粒機(jī)內(nèi)成核、擠壓、凝聚成圓球狀顆粒。

(3)陳化工序的特征在于：所述的出造粒機(jī)的顆粒進(jìn)入特殊的陳化工序進(jìn)行陳化處理，該過程分自動(dòng)陳化和自然陳化。自動(dòng)陳化是造粒后的顆粒在陳化機(jī)內(nèi)，經(jīng)過15～20 min的時(shí)間和20～35 ℃的溫度后，使顆粒具有了一定的強(qiáng)度和冷硬性，避免了干燥和冷卻過程中顆粒粉化現(xiàn)象的產(chǎn)生；自然陳化是將造粒后的顆粒放置在干凈、平坦的水泥地面(或裝在過渡性的包裝袋中，不允許堆垛)上，依靠自然界的溫度來增加其強(qiáng)度和冷硬性，當(dāng)其強(qiáng)度和冷硬性達(dá)到干燥和冷卻工藝的要求后，再進(jìn)入干燥和冷卻系統(tǒng)。

(4)干燥工序的特征在于：所述的陳化處理后的物料送入干燥機(jī)內(nèi)進(jìn)行干燥，干燥溫度控制在120～480 ℃，干燥機(jī)的直徑為φ1.5～2.2 m，長度為22～35 m，其安裝的傾斜角度為2.5°～3.8°，轉(zhuǎn)速為2.8～4.5 r/min。

(5)冷卻工序的特征在于：所述的干燥后的物料進(jìn)入冷卻機(jī)內(nèi)進(jìn)行冷卻，冷卻機(jī)的直徑為φ1.2～2.0 m，其長度為20～32 m，其安裝的傾斜角度為2.5°～3.8°，轉(zhuǎn)速為3.5～5.5 r/min。

(6)篩分工序的特征在于：所述的冷卻后的物料進(jìn)入篩分系統(tǒng)，該篩分可以是滾筒篩分機(jī)，也可以是振動(dòng)篩分機(jī)，篩網(wǎng)的孔徑分別為2.6 mm×2.6 mm、4.6 mm×4.6 mm，篩分后的細(xì)粉(無大顆粒)返回造粒系統(tǒng)重新造粒。合格顆粒包裝成產(chǎn)品。干燥和冷卻尾氣經(jīng)各自的除塵系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放，回收的細(xì)小粉塵一部分在線返回，一部分集中清理后返回造粒系統(tǒng)。

1.3圓球狀顆粒鉀肥與擠壓造粒生產(chǎn)工藝的區(qū)別

(1) 工作原理不同。擠壓造粒是將按比例配好的混合物料強(qiáng)制送入一對(duì)大小相等、轉(zhuǎn)速相等、相向旋轉(zhuǎn)的擠壓輥輥縫之間，在7～9 MPa的擠壓力作用下，物料被擠壓成密實(shí)的片料。擠壓輥一般呈水平布置，一輥固定、一輥浮動(dòng)(浮動(dòng)輥即加壓輥，由液壓缸加載)，一般輥面上有規(guī)則排列的形狀、大小一致的凹槽、穴孔或凸起，經(jīng)過配比的粉狀物料從上方均勻連續(xù)地加入兩輥之間，到達(dá)加壓角α(α=20°～30°)內(nèi)即進(jìn)入擠壓角β(β=10°～15°)，物料被強(qiáng)制喂入。隨著輥?zhàn)拥倪B續(xù)旋轉(zhuǎn)，物料被擠壓，當(dāng)兩輥半徑連線成水平位置時(shí)，壓力達(dá)到最大(Pmax)，然后壓力迅速降低，此時(shí)成型物料在回彈力的作用下脫離與輥面的貼合，進(jìn)入下一工序經(jīng)破碎、篩分后即可得到所需粒度的顆粒肥料。

擠壓過程中物料的成型機(jī)理一般為：物料受到擠壓后，其顆粒將進(jìn)行重排，并排出顆粒間的空氣，從而減小物料間的空隙。其過程為：①物料的重排；②碎裂；③塑性流動(dòng)3個(gè)階段。這幾個(gè)階段不一定是按順序進(jìn)行的，可能穿插發(fā)生。擠壓的結(jié)果：物料的壓縮比接近2.5∶1，氣體的去除率在60%以上。

影響擠壓效果的因素主要有以下4個(gè)：①進(jìn)料的粒度大小。其合適的范圍應(yīng)控制在0.1～1 mm。過細(xì)的物料(<0.1 mm)含空氣太多，影響成品料片的密實(shí)度，而且會(huì)對(duì)擠壓過程產(chǎn)生影響(造成擠壓機(jī)振動(dòng)加劇)；過大的物料又需消耗更多的壓碎能量。所以要很好地控制進(jìn)料粒度；②物料的硬度或塑性。有些物料如氯化鉀、磷酸二銨及尿素，塑性較好，擠壓成粒的效果較好。而硫酸鉀、硫酸銨、磷礦粉的塑性差，不易擠壓成粒。為了達(dá)到較好的效果,可配加適量的粘合劑；③物料的水分。原料中少量的水分均能起到粘合劑的作用；④物料的溫度。在擠壓過程中粒子間的摩擦?xí)觿〔a(chǎn)生熱量而使物料的溫度升高。一般來說，溫度升高有利于得到較密實(shí)的擠壓產(chǎn)物——料片，但過高的溫度會(huì)帶來不利影響，特別是含尿素的配料溫度過高時(shí)，易發(fā)生粘輥現(xiàn)象。一般溫度要控制在70～80 ℃之間。這可借助擠壓輥內(nèi)部循環(huán)冷卻水量的大小來控制。

圓球狀顆粒鉀肥的生產(chǎn)工藝是根據(jù)氯化鉀、硫酸鉀本身的物理化學(xué)特性，從物料前期浸潤處理、采用特殊的造粒設(shè)備、設(shè)置特殊的陳化工序等方面著手，經(jīng)團(tuán)聚、粘裹成顆粒狀，經(jīng)干燥、冷卻、篩分后包裝成產(chǎn)品。

(2)外觀形狀不同。擠壓造粒生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出的顆粒是不規(guī)則的顆粒，圓球狀顆粒鉀肥的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的是圓球狀顆粒。

(3)干燥過程不同。擠壓造粒生產(chǎn)工藝無干燥過程，圓球狀顆粒鉀肥的生產(chǎn)工藝需進(jìn)行干燥。

(4)流動(dòng)性不同。擠壓造粒生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出的顆粒流動(dòng)性差，圓球狀顆粒鉀肥的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的顆粒流動(dòng)性好。

(5)離析性不同。擠壓造粒生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出的顆粒在裝卸和運(yùn)輸過程中極易離析分層，圓球狀顆粒鉀肥的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的顆粒在裝卸和運(yùn)輸過程中不離析分層。

(6)生產(chǎn)能力不同。擠壓造粒生產(chǎn)工藝產(chǎn)能較小，圓球狀顆粒鉀肥的產(chǎn)能較大。

(7)工藝流程不同。擠壓造粒生產(chǎn)工藝流程簡單，圓球狀顆粒鉀肥的生產(chǎn)工藝流程較擠壓造粒生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

2工藝流程

將氯化鉀或硫酸鉀原料先進(jìn)行浸潤處理。浸潤處理主要是在預(yù)處理后的氯化鉀或硫酸鉀中，加入一定量的生物酶調(diào)節(jié)劑并攪拌、混合均勻，分別放入并列的一組浸潤槽中，經(jīng)過一段時(shí)間后，生物酶調(diào)節(jié)劑使氯化鉀或硫酸鉀不易成球的特性發(fā)生部分改變。達(dá)到浸潤要求的物料，通過其下部的刮板輸送機(jī)或螺旋輸送機(jī)輸送到造粒機(jī)內(nèi)(該造粒機(jī)經(jīng)過改進(jìn)后，具有粒度分級(jí)和內(nèi)返料的特殊功能)，同時(shí)輔助以少量具有黏性的液體調(diào)理劑，使物料在造粒機(jī)內(nèi)造成圓球狀顆粒。出造粒機(jī)的顆粒進(jìn)入特殊的陳化工序進(jìn)行陳化處理，該陳化過程分自動(dòng)陳化和自然陳化。自動(dòng)陳化是造粒后的顆粒在陳化機(jī)內(nèi)，經(jīng)過一定的時(shí)間和溫度后，使顆粒具有了一定的強(qiáng)度和冷硬性，避免了干燥和冷卻過程中的顆粒粉化現(xiàn)象的產(chǎn)生；自然陳化是將造粒后的顆粒放置在干凈、平坦的水泥地面(或裝在過渡性的包裝袋中，不允許堆垛)上，依靠自然界的溫度來增加其強(qiáng)度和冷硬性，當(dāng)其強(qiáng)度和冷硬性達(dá)到干燥和冷卻工藝的要求后，再進(jìn)入干燥和冷卻系統(tǒng)。陳化處理后的物料送入干燥機(jī)內(nèi)進(jìn)行干燥、冷卻機(jī)內(nèi)進(jìn)行冷卻，冷卻后的物料進(jìn)入篩分系統(tǒng)，篩分后的細(xì)粉(無大顆粒)返回造粒系統(tǒng)重新造粒，合格顆粒包裝成產(chǎn)品。干燥和冷卻尾氣經(jīng)各自的除塵系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放，回收的細(xì)小粉塵一部分在線返回，一部分集中清理后返回造粒系統(tǒng)。其主要工藝流程見圖1。

圖1　工藝流程

3生產(chǎn)過程控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

3.1原料浸潤處理

原料浸潤處理的好壞，是決定能否成球和成球率高低的關(guān)鍵因素之一。不僅要將物料混拌均勻，還要控制好浸潤劑(生物酶調(diào)節(jié)劑)的加入量(2%～3%)、浸潤時(shí)間(一般情況下為30～50 min)的長短。

3.2造粒

由于氯化鉀或硫酸鉀具有特殊的物理和化學(xué)性狀，決定了其相互之間的黏合性較差，造粒時(shí)不易成球，即使在原料浸潤處理滿足造粒要求的前提下，如采用普通的造粒方式，也難以提高造粒成球率，必須對(duì)造粒機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，增加了造粒機(jī)內(nèi)部粒度分級(jí)結(jié)構(gòu)和內(nèi)返料結(jié)構(gòu)，使其具有粒度分級(jí)和內(nèi)返料的特殊功能，以滿足其成球?qū)υO(shè)備的特殊要求。與此同時(shí)，還必須加入少量的適合鉀肥造粒、具有黏性的液體調(diào)理劑。在這三者都達(dá)到要求的情況下，才能實(shí)現(xiàn)正常的造粒。

3.3陳化處理

造粒后的物料需要在一定的溫度下、經(jīng)過一定的時(shí)間陳化處理后，才能進(jìn)入干燥機(jī)進(jìn)行干燥。自動(dòng)陳化工序是造粒后的顆粒在陳化機(jī)內(nèi)，經(jīng)過一定的時(shí)間和溫度后，使顆粒具有了一定的強(qiáng)度和冷硬性，當(dāng)其強(qiáng)度和冷硬性達(dá)到干燥和冷卻工藝的要求后，再進(jìn)入干燥和冷卻系統(tǒng)，這樣便可避免干燥和冷卻過程中的顆粒粉化現(xiàn)象的產(chǎn)生。如不進(jìn)行陳化處理或者陳化處理效果不好，物料會(huì)在干燥過程中大面積粉化，導(dǎo)致產(chǎn)量降低、系統(tǒng)內(nèi)粉料增多、生產(chǎn)工藝系統(tǒng)惡化。

3.4主要工藝指標(biāo)

浸潤劑(生物酶調(diào)節(jié)劑)的加入量： 2%～3%；浸潤時(shí)間(一般情況下)： 30～50 min；(造粒)液體黏性調(diào)理劑用量： 3%～5%；自動(dòng)陳化溫度：20～35 ℃；自動(dòng)陳化時(shí)間：15～20 min；顆粒自動(dòng)陳化后的抗壓強(qiáng)度：6～8 N；造粒成球率：85%～90%；產(chǎn)品水分：0.2%～0.6%；粒度范圍：2.0～4.5 mm；顆?？箟簭?qiáng)度：18～25 N；養(yǎng)分：氯化鉀56%～60%，硫酸鉀46%～50%。

4成本核算

以5萬t/a氯化鉀生產(chǎn)線為例，成本核算見表1。

表1　成本核算

圓球狀顆粒氯化鉀的市場(chǎng)售價(jià)為2 600～2 650元/t，噸肥利潤為400～450元/t。

5生產(chǎn)裝置投資情況

5萬t/a生產(chǎn)線設(shè)備投資800萬～1 250萬元，10萬t/a生產(chǎn)線設(shè)備投資1 850萬～2 200萬元。

6結(jié)語

隨著農(nóng)民科學(xué)種田意識(shí)和科學(xué)施肥意識(shí)的提高、農(nóng)村土地適度集約化經(jīng)營的普及、社會(huì)化的農(nóng)化服務(wù)功能的增強(qiáng)和網(wǎng)絡(luò)的健全，無論是轉(zhuǎn)鼓造粒工藝還是高塔造粒工藝生產(chǎn)的復(fù)合肥，最終都將會(huì)被BB肥和水溶肥所取代。因水溶肥大部分用于經(jīng)濟(jì)作物，BB肥大部分用于大田作物，在未來的肥料市場(chǎng)中，BB肥所占的比重會(huì)遠(yuǎn)大于水溶肥。目前國內(nèi)BB肥發(fā)展受限的主要原因之一，很大程度上是受到不規(guī)則顆粒鉀肥的制約。圓球狀顆粒鉀肥的問世，肯定會(huì)大幅度地改變目前和今后一個(gè)時(shí)期的鉀肥市場(chǎng)的現(xiàn)狀和BB肥市場(chǎng)的格局，增加鉀肥銷售的亮點(diǎn)，更能推動(dòng)整個(gè)BB肥行業(yè)的快速發(fā)展，加快BB肥行業(yè)技術(shù)升級(jí)的步伐。

A Globular Potassium Fertilizer Process

JI Bao-de

(AnhuiZhongyuanFertilizerCo.,Ltd.，SuzhouAnhui234600China)

Abstract：This paper introduces a globular potassium fertilizer production process and its market prospect. As per the physical and chemical characteristics of potassium chloride and potassium sulfate, several improvements and experiments have been made in the aspects of feedstock impregnation, special granulation equipment and special aging section etc. to finally come up with globular potassium fertilizers—globular potassium chloride and globular potassium sulfate with slick and mellow appearance and 60% and 50% K2O content respectively.

Keywords：globular shape; particle; potassium chloride; potassium sulfate

收稿日期：2015-10-01

中圖分類號(hào)：TQ 443

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-8901(2016)02-0036-04

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.02.010 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.02.010

作者簡介：季保德(1961年-)，男，安徽臨泉人，高級(jí)工程師，現(xiàn)任安徽六國化工股份有限公司的控股子公司——安徽中元化肥股份有限公司總工程師。