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复合肥结块原因及解决方法

复合肥结块原因及解决方法


傅少伟,高举全


(山东临朐富源精细化工有限公司  山东临朐  262600

        阐述复合肥结块的机理;讨论影响复合肥结块的内在因素和外部因素;提出防结块的7措施。认为今后防结块的研究应该从保证防结块剂的环保性、成膜的坚固性以及多功能性保证复合肥颗粒的稳定性入手。

    关键词  复合肥  结块机理  结块原因  防结块措施

    复合肥是国内发展较快的肥料品种,其在生产堆放、储存、运输等过程中易结块,影响肥料生产企业的正常生产经营活动,中间商的销售及用户的使用,进而影响复合肥的推广应用。肥料结块已成为各环节必须面对而不能回避的问题。目前对于复合肥结块的原因,山东临朐富源精细化工有限公司从不同的角度提出了一些理论解释,主要有以下几种

1.1  毛细黏合理论

    肥料成分大多具有较强的吸湿性,当其临界相对湿度低于空气湿度时,就会从空气中吸收水分,在肥料颗粒表面形成饱和的溶液膜。由于表面张力的作用在一面相接触的颗粒间形成凹液面,使得它和溶液中的离子向颗粒接触处移动,导致相邻颗粒间形成交联和黏结成团块。设粒子是半径为r (m)的球形,额粒间接触面为环形,半径为r(m),根据Laplace 公式,施于粒子使之在一起的黏附力1(N)

   122σ/K

   式中:σ—表面张力,N/m

   此力与蒸气压力无关,取决设粒子大小和颗粒间的接触面积。增大颗粒的尺寸,減小颗粒间的接触面积有利于降低粒子间的黏附力。

1.2 晶桥理论

    当复合肥颗粒吸收空气中的水分,或颗粒内部的水分扩散到表面,就会在颗粒表面形成溶液膜,这种溶液的浓度取决于温度。温度的波动会导致溶解和结晶过程交替进行。有些肥料成分的溶解度随温度的升高而增大,当环境温度降低时,颗粒间的溶液膜将变成过饱和溶液而析出晶体。或者当颗粒吸收的水分被蒸发或被其它干颗粒吸收时,这种溶液膜也会变成饱和溶液而有新的晶体产生。随着时间的推移这些晶体之间彼此结合形成晶桥,将肥料颗粒黏合在一起,逐渐形成大的团块。晶桥的强度取决于新生成的晶体的形状、厚度和等轴程度。

1.3  化学反应理论

    当空气湿度较大,或复合肥在造粒过程中不同组分间的化学反应未来得及完成,在贮存过程中会发生复分解反应或生成复盐。这些反应发生在颗粒表面组分之间以及不同颗粒表面之间,伴随着放热与释放水分,可能引起颗粒表面之间的重结晶,形成晶桥而导致复合肥结块。此外,随着热效应的产生,复盐组分可能发生变化,导致颗粒产品膨胀和收缩,从而使产品出现崩裂粉化和结块现象。

    在复合肥中有些肥料组分如硝酸铵,存在5种晶型。当温度变化时,晶型也随之发生变化,导致颗粒中各个晶粒密度和体积的变化,引起颗粒内部机械应力,造成颗粒破碎,进而导致结块程度的増大。

1.4  塑性变形理论

    该理论认为,结块伴随着形变,形变又会因受压而加剧;未经彻底冷却的化肥的残余热量会从颗粒中心向外转移,如果这时化肥颗粒受到挤压就可导致形变,进而结块。在贮存过程中,如果堆积的压力过大,复合肥颗粒的塑性变形就愈大,颗粒间的接触面积也愈大,品粒之间的距离变小,分子引力增大,这就为其反应及重结晶创造了有利条件,使肥料很容易发生结块。

影响的复合肥结块的因素

2.1  内在因

2.1.1  化学组成

    原料的化学组成是影响肥料结块的内在因素。复合肥生产所用的原料主要包括硝酸铵、尿素、磷酸一铵、磷酸二铵、重钙、氯化钾、硫酸钾等,这些原料都有不同程度的吸湿性。而当不同原料混合后,混合物的临界吸湿点与単体物质相比会明显降低,变得更易吸湿。例如磷酸二氢铵在与硝酸铵混合时,会使其吸湿点明显下降。对于复合肥,如果原料选择不当,就会导致吸湿点降低,吸湿性増强。此外,有些原料如硝酸铵与硫酸铵在造粒时生成组成为2NH4NO3(NH4)2SO4的复盐,该物料在干燥时发生热分解而成为各自的组分,在冷却时又还原成复盐,这样容易引起粒状产品的粉化和结块。为了防止这种现象的发生,可采用控制NO3-SO42-摩尔比例的方法以减少复盐的生成,当NO3-SO42-的摩尔比例在2.5以上时,产品不易结块。也可采用较低的干操温度,如使出口物料温度低于来減少复盐的受热分解,延长冷却时间,加强筛分使还原成复盐时生成的细粒粉尘筛掉以达到减少成品结块的目的,所以在设计配方时,应考虑原料的物理、化学性质,合理搭配,尽量降低其吸湿结块倾向

2.1.2  防结块剂的多功能性和均匀性

    复合肥的结块趋势与肥料颗粒的粒径和形状直接相关。化肥颗粒愈小,其表面积愈大,就易在空气中吸潮并结块。小粒径化肥及圆润度差的粒肥在储运过程中颗粒间接触紧,摩擦多,颗粒易破碎起尘,发生不均匀离散,易造成结块。颗粒不均、细粒过多、圆润度差的化肥,其抗压强度、耐磨性、抗冲击强度也比较差,颗粒脆弱易散,在贮运中易粉化或受压变形,分离度高。这些细粉填满了颗粒之问的空隙,颗粒间接触点与接触面积成百倍增加,很易造成化肥结块。所以必须重视生产过程中的成型和筛分。

2.1.3  水分含量

    生产时允许的水分含量对肥料贮存过程中的结块趋势有很大的影响:一方面水分的存在会导致毛细粘合,并产生晶桥;另一方面水分会导致肥料颗粒软化,在压力作用下变形,使颗粒间接触面积增大,加大了颗粒间结合的强度。颗粒的水分含量越少,结块的可能性就越小;产品的水分含量越高,在一定温度下包装后的产品,在自然冷却过程中析出的结晶就越多,因而,产品的结块就会更严重。一般而言,含氮高的化肥需要的干燥程度也较高,这对硝基或尿基复合肥尤其如此。几种肥料体系最高的水分含量范围:尿基、硝基NPKn(N)/n(P2O5)>1时,m(H2O)应小于1%;尿基、硝基NPKn(N)/n(P2O5)<1时,m(H2O)应小于1.5%;其它体系的如氯化铵—磷铵系、硫铵—磷铵系等当n(N)/n(P2O5)>1时,mH2O)应小于2%;不含NN很少时,m(H2O)可大于2%

2.2  外部因素

2.2.1  空气湿度

    外部的水分即空气湿度也会影响复合肥结块。当空气湿度较大时,肥料颗粒吸湿使得水分含量增加,导致肥料容易结块。引起吸湿的原因可概括为蒸汽压下降和毛细凝结。蒸汽压下降是指颗粒表面无机盐溶解在吸附水中形成饱和溶液,其蒸汽压低于纯水的饱和表汽压,使临界相对湿度降低,当空气相对湿度高于这一数值时,使会产生吸湿。毛细凝结是弯曲液面饱和蒸汽压发生变化而引起的。因颗粒间的水分会形成凹形液面,其饱和蒸汽压低于平面液体的蒸汽压,空气中的水蒸气很容易使颗粒表面无机盐溶液达到饱和,从而产生凝结。

2.2.2  温度

    温度对结块的影响主要体现在贮存时的环境温度和包装时的产品温度两方面。在贮存过程中,因环境温度的波动,在水分存在的情况,会引起肥料盐的溶解,致使结晶重复发生,促使晶桥生成。如果贮存的环境温度过高,肥料的临界对湿度将降低,其吸湿性将增强,导一致结块容易发生。包装时如产品温度过高,在缓慢的冷却过程中,原来溶解在残余水分中的肥料盐就结晶析出,形成盐桥,从而导致结块。

2.2.3  贮存压力

    提高贮存压力就会增加颗粒形变的可能性和颗粒间的接触面积,使晶体交联的可能性加大,从而增加结块的可能性,一般易结块的肥料应避免堆得过高。散堆仓库锥形肥料堆的底部平均压力可按式gh · d/3来计算,其中d为肥料的松密度(kg/m3)h为堆高(m)g为常数9.81(m/s)。锥形堆斜边上的压力约等于零,底中心最大压力为2gih· d/3

2.2.4  贮存时同

    贮存时间愈长,肥料表面盐溶液重结晶-溶解过程进行的次数愈多,长期处于一定压力下,肥料产生的形变愈大,结块的趋势越明显。因此,要尽量缩短肥料的贮存时间。

3  防止复合肥结块措施与方法

    复合肥结块的原因多种多样,通常采用的措施主要有以下几种。

    1)在原料选择方面,采用一些不易结块的原料,如磷酸二铵等,在添加剂中加入一些氧化钙、沸石粉凹凸棒土等。

    2)控制产品粒度。造粒过程中要严格控制原料的粒度及水分含量。因为原料的粒度分布与成品肥料的颗粒度密切相关,而原料的水分含量也会影响成品的含水率。所以应根据不同原料严格控制造粒机中增湿的程度,严格控制返料比。返料量过小,会给造粒帯来一定的困难;返料量过大,内部物料循环量大,使干燥、冷却和筛分的负荷增加。另外,生产中适当加入一些调理剂,可改善产品的圆润度。

    3)降低装袋温度。在肥料颗粒干燥后,只有经过充分的冷却才能进行装袋贮存,复合肥许可证考核时要求包装前物料温度50 ,但在此温度下仍然会有结块情况的发生,因此,应进一步降低产品冷却后的温度,再进行包装。

    4)降低堆放高度,可以防止颗粒破碎。通常采取每垛10层堆包,还要尽量减少产品装却的次数。

    5)在复合肥颗粒的外表面喷涂一层油性膏状防结块剂,以防止颗粒表面组分间发生反应,同时会降低颗粒吸收水分的速度,此外,还可以減慢母液中的水分向粒了表面迁移,降低在颗粒表面发生溶解与再结晶变化的可能性

    6)在复合肥颗粒的表面包裹一层粉状防结块剂,此产品特点是能良好的粘附于复合肥颗粒表面上,不吸水,对产品完全惰性,因而可降低复合肥颗粒的吸湿性。

    7)在复合肥生产中可以适当添加稳定剂,其作用是阻止肥料的晶型转化。例如加入0.3%硝酸镁可以使硝酸铵的相变温度从32 降至22 ,防止因温度变化而导致颗粒破碎和结块情况发生。

 结束语

    为了更大程度的满足市场对高品质肥料的需要,山东临朐富源精细化工有限公司结合多年生产经营肥料防结块剂的品牌优势,不断开发新产品,在使用效果上不断取得突破进展。尤其是新开发的油性膏状防结块剂系列配方,在复合肥上的防结块效果达到国外进口产品的效果。今后防结块剂的研究应该从保证防结块剂的环保性成膜的坚固性防结块剂的多功能性以及保证颗粒的稳定性为研发方向。我们衷心的希望各肥料企业对我公司生产的产品提出宝贵意见或建议,同时也希望我公司富源牌防结块剂系列产品能被更多的企业和厂家使用,让我公司产品服务于肥料企业,造福于农业生产。

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