宋明凱

（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東 德州 253000）

高塔硝硫基復(fù)合肥的主要原料是硝酸銨溶液（硝銨磷）、磷酸一銨、硫酸鉀、磷酸二氫鉀等[1]，由于硝酸銨遇熱源易劇烈分解，存在較大的安全隱患，目前大多數(shù)硝基復(fù)合肥生產(chǎn)企業(yè)通常以硝銨磷為氮源，經(jīng)熔融后，再加入磷酸一銨、硫酸鉀、磷酸二氫鉀等原料進(jìn)行二次加工，主要采用半料漿法和高塔熔融造粒法的生產(chǎn)工藝，但生產(chǎn)中仍有一定的危險(xiǎn)性。其中，高塔熔融造粒法生產(chǎn)出的成品硝態(tài)氮含量更高，肥效快，而且產(chǎn)品顆粒圓潤(rùn)，外觀更美觀[2]。

山東華魯恒升化工股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱華魯恒升）60 萬t/a 硝基復(fù)合肥裝置是采用高塔熔融造粒工藝，以硝酸銨溶液為氮源，通過添加磷酸一銨、硫酸鉀等原料混合制漿，篩分，包膜后制得硝硫基復(fù)合肥成品。在硝基復(fù)合肥實(shí)際生產(chǎn)過程中，特別是硝硫基高鉀配方（如15-5-25、15-5-27 等）混合槽料漿過于黏稠，易出現(xiàn)混合槽內(nèi)壁結(jié)疤、堵噴頭、異形粒等生產(chǎn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。目前，高鉀配方作為全水溶肥使用，一直受到農(nóng)戶們的青睞，但人們對(duì)于全水溶肥的標(biāo)準(zhǔn)要求較高，清澈，透明，無殘?jiān)?，這就在生產(chǎn)原料選用上受到極大的限制。

相比曼海姆法硫酸鉀，羅布泊硫酸鉀的溶解后殘?jiān)啵伾S，但pH 值偏高，生產(chǎn)過程中料漿黏稠度小，而使用曼海姆法的硫酸鉀生產(chǎn)出來的復(fù)合肥產(chǎn)品品質(zhì)更高，但是料漿黏稠度大。因此，為滿足市場(chǎng)需求，提升產(chǎn)品質(zhì)量，如何降低料漿的黏稠度成為各復(fù)合肥生產(chǎn)企業(yè)的研究方向。

華魯恒升復(fù)合肥生產(chǎn)車間進(jìn)行了硝基復(fù)合肥中添加碳酸鈉的實(shí)驗(yàn)摸索，通過調(diào)節(jié)pH 值，尋求改善料漿的黏稠度的途徑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在硝硫基復(fù)合肥15-5-25 配方中，分別添加不等量的碳酸鈉，然后制備成料漿和顆粒，研究添加不等量碳酸鈉對(duì)于料漿黏稠度、pH 值、產(chǎn)品指標(biāo)的影響。

1.2 實(shí)驗(yàn)器材與原料

玻璃棒；250 mL 燒杯；電子天平；電子萬用爐；不銹鋼板；溫度計(jì)；pH 酸度計(jì)

99%的硝酸銨溶液，自產(chǎn)；磷酸一銨，60%，威海恒邦化工有限公司；硫酸鉀，52%，唐山三孚硅業(yè)股份有限公司；碳酸鈉，純度≥99.5%。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1）分別設(shè)計(jì)4 組實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)A（空白對(duì)照）、B（1%碳酸鈉）、C（2%碳酸鈉）、D（3%碳酸鈉）。

A：分別稱取99%的硝酸銨120 g 放置于燒杯中，稱取磷酸一銨（恒邦60%）36 g，稱取硫酸鉀148 g，不加入碳酸鈉，作為空白對(duì)照。

B：分別稱取99%的硝酸銨120 g 放置于燒杯中，稱取磷酸一銨（恒邦60%）36 g、硫酸鉀148 g、碳酸鈉3.08 g（1%碳酸鈉）；

C：分別稱取99%的硝酸銨120 g 放置于燒杯中，稱取磷酸一銨（恒邦60%）36 g、硫酸鉀148 g、碳酸鈉6.2 g（2%碳酸鈉）；

D：分別稱取99%的硝酸銨120 g 放置于燒杯中，稱取磷酸一銨（恒邦60%）36 g、硫酸鉀148 g、碳酸鈉9.4 g（3%碳酸鈉）。

2）實(shí)驗(yàn)前將步驟1 中需要的樣品提前稱量好（硝酸銨需要在使用時(shí)稱量，防止吸水潮解影響結(jié)果），放放密封袋內(nèi)。

3）將放入硝酸銨的燒杯放置于電子萬用爐上加熱，并用溫度計(jì)測(cè)量溫度，控制溫度在155 ℃～160 ℃，使其緩慢融化，期間注意禁止劇烈攪拌，嚴(yán)格控制溫度。

4）待硝酸銨完全溶解，控制溫度在160 ℃，加入提前準(zhǔn)備好的磷酸一銨，邊加熱邊攪拌，期間注意觀察其黏稠度并記錄；待混合完全后，緩慢加入準(zhǔn)備好的鉀鹽和碳酸鈉的混合配料，邊添加邊攪拌，要求控制好溫度，不要超過160 ℃，在此過程中認(rèn)真觀察料漿的黏稠度，觀察實(shí)B、實(shí)驗(yàn)C、實(shí)驗(yàn)D 的情況，與實(shí)驗(yàn)A 進(jìn)行對(duì)比，并記錄，如圖1 所示。

圖1 料漿黏稠度

5）待料漿混合均勻后，用玻璃棒沾取料漿，均勻地灑在提前準(zhǔn)備好的不銹鋼板上，冷卻后，將物料取下裝于密封袋內(nèi)，如圖2 所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)“成品”

6）觀察“成品”變化，并將各實(shí)驗(yàn)樣品送往分析室分別檢測(cè)各指標(biāo)、氮磷鉀含量、pH 值以及水分含量情況。

1.4 配方15-5-25 原料配比

硝硫基配方15-5-25 添加碳酸鈉的實(shí)驗(yàn)共分4 組進(jìn)行，每組分3 個(gè)批號(hào)進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，以確保實(shí)驗(yàn)精確性，該配方原料配比詳見表1。

表1 配方15-5-25 原料配比 （g）

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及誤差分析

2.1.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

1）實(shí)驗(yàn)過程中，由于使用電子萬用爐給小燒杯加熱，燒杯受熱不均勻，底部提早達(dá)到硝銨融化溫度，但燒杯頂部溫度較低，融化較慢，實(shí)驗(yàn)過程中需要控制好溫度，待硝銨緩慢融化成液態(tài)。

2）實(shí)驗(yàn)過程中，硝銨溶液溫度較高，加入碳酸鈉粉料后，在料漿表面會(huì)瞬間生成大量氣泡，并使液位迅速上升，實(shí)驗(yàn)過程需嚴(yán)格控制碳酸鈉的加入量和速度，防止溢流出燒杯。

2.1.2 誤差分析

2.1.2.1 儀器誤差

1）實(shí)驗(yàn)過程使用燒杯以及電子萬用爐，燒杯受熱不均勻，底部溫度達(dá)到160 ℃，但溶液表面溫度略低于160 ℃。

2）使用電子萬用爐，在燒杯中加熱，無法保證溫度恒定，粉體物料加入時(shí)，溶液溫度會(huì)驟然降低，無法維持恒定，有部分料漿粘在燒杯璧上，會(huì)在一定程度上影響物料的摻混均勻性。

2.1.2.2 其他誤差

化學(xué)分析測(cè)試過程中存在較多對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)質(zhì)量帶來影響的因素，如分析方法的選擇是否恰當(dāng)、實(shí)驗(yàn)人員的操作是否精確、實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件是否發(fā)生變化等，無論是系統(tǒng)誤差還是隨機(jī)誤差，任何一項(xiàng)因素都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差[3]。

2.2 試驗(yàn)“成品”數(shù)據(jù)分析

為滿足用戶需求，迎合復(fù)合肥料行業(yè)技術(shù)升級(jí)、產(chǎn)品功能化和多元化的市場(chǎng)形勢(shì)[4]，試驗(yàn)“產(chǎn)品”中的總氮含量、有效率含量以及鉀含量的測(cè)定方法，均參照新版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《復(fù)合肥料》（GB/T 15063—2020）中規(guī)定的方法檢測(cè)，具體分析數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 配方15-5-25 分析數(shù)據(jù) %

2.3 添加碳酸鈉對(duì)料漿黏稠度的影響

如圖3 所示，碳酸鈉加入后，與料漿中的游離酸發(fā)生中和反應(yīng)[5]，生成水和二氧化碳，肉眼可見有氣泡產(chǎn)生，料漿由黏稠變稀薄，明顯感覺攪拌輕松，因此，添加碳酸鈉在一定程度上可降低料漿的黏稠度。

圖3 添加碳酸鈉對(duì)料漿產(chǎn)生的變化

2.4 添加碳酸鈉對(duì)拍pH 值影響

未加入碳酸鈉的空白對(duì)照樣品，測(cè)得復(fù)合肥顆粒pH 為2.9，加入1%碳酸鈉時(shí)，pH 值為4.01，加入2%碳酸鈉時(shí)，顆粒pH 為5.07，加入3%碳酸鈉時(shí)，顆粒pH 值為5.86，隨著碳酸鈉添加量的增多，pH 值明顯提高，因此添加碳酸鈉，可中合復(fù)合肥原料中的游離酸，有效提高料漿pH 值，如圖4 中所示。

圖4 添加碳酸鈉對(duì)料漿pH 的影響

2.5 添加碳酸鈉對(duì)養(yǎng)分的影響

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出，在硝硫基配方15-5-25 中各養(yǎng)分指標(biāo)均較穩(wěn)定，無波動(dòng)，因此，添加碳酸鈉對(duì)“產(chǎn)品”的總氮含量、有效磷含量、鉀含量及總養(yǎng)分含量影響均較小，如圖5 中所示。

圖5 添加碳酸鈉對(duì)養(yǎng)分的影響

2.6 添加碳酸鈉對(duì)產(chǎn)品水分的影響

添加1%的碳酸鈉時(shí)，產(chǎn)品水分與未加入碳酸鈉的指標(biāo)變化較小，略有降低，當(dāng)加入超過1%的碳酸鈉時(shí)，含水量明顯增多，超過了未加入碳酸鈉時(shí)的狀態(tài)，加入3%碳酸鈉時(shí)，含水量明顯增加，且增加的速度加快。因此，碳酸鈉添加后對(duì)產(chǎn)品水分指標(biāo)有影響，且隨著碳酸鈉添加量的增多，影響越大，如圖6 中所示。

圖6 添加碳酸鈉對(duì)產(chǎn)品水分的影響

2.7 危險(xiǎn)性分析及控制措施

硝基復(fù)合肥在生產(chǎn)過程中使用的硝銨溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%，屬于熱敏性物料，易發(fā)生熱分解，不同溫度階段，發(fā)生分解反應(yīng)的速率不同，在溫度超過200 ℃時(shí)，會(huì)加劇分解，伴隨溫度升高會(huì)出現(xiàn)爆炸。

在硝基復(fù)合肥實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)加強(qiáng)溫度控制，嚴(yán)控操作指標(biāo)，并設(shè)置溫度報(bào)警和聯(lián)鎖，同步增加聯(lián)鎖加水降溫應(yīng)急措施，降低事故風(fēng)險(xiǎn)；入廠原材料應(yīng)加強(qiáng)管控，增加氯離子、有機(jī)物、酸性物質(zhì)等組分的檢測(cè)[6]。

3 結(jié)論

高塔硝硫基配方15-5-25 中加入一定量的碳酸鈉后，通過對(duì)產(chǎn)品的總氮含量、有效磷含量、鉀含量、pH 值變化，以及水分進(jìn)行的檢測(cè)分析數(shù)據(jù)，可以看出，加入碳酸鈉后對(duì)pH 值得影響較明顯，能夠很好地中和復(fù)合肥其他原料帶入的游離酸；加入碳酸鈉后對(duì)于產(chǎn)品總氮含量、有效磷含量、鉀含量影響較小，不會(huì)影響產(chǎn)品原有質(zhì)量；加入碳酸鈉后對(duì)于復(fù)合肥顆粒水分影響比較明顯，且隨著碳酸鈉添加量的增多成品水分增長(zhǎng)明顯；料漿中添加碳酸鈉時(shí)，發(fā)生中和反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，料漿液位有上漲趨勢(shì)，處于安全考慮，一定控制碳酸鈉的添加量和添加速率，以防止溢流。