淺析復(fù)合肥料結(jié)塊原因及防結(jié)塊劑的開(kāi)發(fā)

李書海，黃祥川，徐愛(ài)葉

(魯西化工集團(tuán)股份有限公司 山東聊城 252211)

由于在生產(chǎn)過(guò)程中受原料、控制指標(biāo)等多種因素的影響，復(fù)合肥料在儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，給肥料的儲(chǔ)存和施用帶來(lái)諸多不便。為了有效防止復(fù)合肥產(chǎn)品出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，應(yīng)確定復(fù)合肥結(jié)塊的原因，并采取合適的方法阻止肥料結(jié)塊，一般采用防結(jié)塊劑對(duì)肥料顆粒表面進(jìn)行處理[1]。

1 肥料結(jié)塊機(jī)理及影響因素

1.1 內(nèi)部因素

水分是肥料結(jié)塊的主要因素，可促進(jìn)顆粒形成晶橋及肥料發(fā)生溶解和重結(jié)晶。肥料中的水分分成2種：一種是自由水，即吸附在顆粒表面的水分；另一種是結(jié)晶水，是顆粒的結(jié)構(gòu)水，是由內(nèi)部反應(yīng)形成的水分。此外，肥料成分也是肥料結(jié)塊的重要影響因素，如硝基、尿基高氮肥相比硫基、磷基等肥料更易結(jié)塊，而含鐵離子的復(fù)合肥料不易結(jié)塊。生產(chǎn)復(fù)合肥的原料有尿素、硝酸銨、氯化鉀、硫酸鉀等，這些物料均有不同程度的吸濕性，且混合物更易吸濕，在存儲(chǔ)過(guò)程中肥料顆粒間易形成晶橋[2]、發(fā)生重結(jié)晶，從而導(dǎo)致肥料結(jié)塊。

1.2 外部因素

儲(chǔ)存壓力會(huì)使肥料顆粒變形、破碎，增大了顆粒接觸面積，易形成晶橋，造成肥料結(jié)塊。儲(chǔ)存環(huán)境溫度和大氣濕度同樣會(huì)影響肥料結(jié)塊，主要表現(xiàn)在環(huán)境溫度影響肥料的吸濕性[3]。同時(shí)，環(huán)境溫度升高后，各成分的反應(yīng)活性增強(qiáng)，導(dǎo)致重結(jié)晶的發(fā)生，形成晶橋而結(jié)塊。

1.3 其他因素

肥料顆粒大且均勻，可減小顆粒間的接觸面積和顆粒間的相互吸引，能減緩結(jié)塊趨勢(shì)。此外，肥料顆粒強(qiáng)度高，不易被壓碎，同樣不容易結(jié)塊。

2 肥料防結(jié)塊的方法

2.1 控制工藝指標(biāo)

依據(jù)不同原料采用不同的干燥工藝以降低產(chǎn)品水分含量；采用合適的造粒工藝得到粒度均勻、顆粒尺寸大的產(chǎn)品；管控產(chǎn)品儲(chǔ)存溫度、相對(duì)濕度、堆積高度、儲(chǔ)存壓力、儲(chǔ)存時(shí)間等。

2.2 使用防結(jié)塊劑

防結(jié)塊劑可分為外部防結(jié)塊劑和內(nèi)部防結(jié)塊劑兩大類。

外部防結(jié)塊劑一般采用惰性粉末，不與肥料成分發(fā)生反應(yīng)，以分子力吸附在肥料顆粒表面形成一層保護(hù)膜，以阻止顆粒的吸濕。常用的外部防結(jié)塊劑主要有黏土、滑石、硅藻土等以及聚乙二醇、硅油、飽和脂肪酸酯、石蠟等非離子表面活性劑[4]。

內(nèi)部防結(jié)塊劑是在肥料生產(chǎn)過(guò)程中添加，以改變晶體形態(tài)或提高肥料硬度，如在尿素生產(chǎn)過(guò)程中添加甲醛、硫酸銨或石膏以提高強(qiáng)度，在硝酸銨中添加硝酸鎂或硝酸鈣以防止結(jié)塊，向磷酸銨中添加氧化鎂、氫氧化鋁也有一定的防結(jié)塊作用[5]。

3 防結(jié)塊劑的試驗(yàn)研究

目前市場(chǎng)上流通的防結(jié)塊劑價(jià)格較高且質(zhì)量參差不齊，一些企業(yè)使用礦物油、地溝油等作為油劑載體生產(chǎn)防結(jié)塊劑，而礦物油、地溝油不易降解，會(huì)污染土壤，且在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生異味、廢渣等污染物，導(dǎo)致環(huán)境遭受破壞。隨著人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，迫切需要開(kāi)發(fā)一種綠色、價(jià)廉的可降解型復(fù)合肥防結(jié)塊劑。

3.1 主要原料及設(shè)備

主要原料：硝基復(fù)合肥(16- 5- 24)、尿基復(fù)合肥(25- 14- 6)、十八烷基伯胺(固體，質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)、固體石蠟、硬脂酸(400型)、棕櫚油等。

主要設(shè)備：電熱爐、稱量天平、糖衣鍋、套筒、恒溫恒濕試驗(yàn)箱、電子萬(wàn)能壓力試驗(yàn)機(jī)、紫外線分析儀、玻璃棒、溫度計(jì)、反應(yīng)釜等。

3.2 防結(jié)塊劑的生產(chǎn)方法

按物料配比，分別稱取硬脂酸、十八烷基伯胺、固體石蠟和棕櫚油等表面活性劑；在反應(yīng)釜中加入棕櫚油，待棕櫚油被加熱至85 ℃熔化后，依次加入硬脂酸、十八烷基伯胺和石蠟等，加熱熔化攪拌，形成溶液；反應(yīng)釜內(nèi)物料加熱至95～110 ℃、攪拌1.5～3.0 h后，冷卻制得膏狀防結(jié)塊劑。

3.3 防結(jié)塊效果驗(yàn)證

(1)打開(kāi)糖衣鍋電源，設(shè)置旋轉(zhuǎn)速度35～45 r/min、包膜溫度30～50 ℃；稱取1 kg肥料和1.8～2.5 g自制防結(jié)塊劑，在預(yù)熱后的肥料上噴涂防結(jié)塊劑，15～20 min后停止噴涂，用紫外線分析儀觀察包裹的均勻性。

(2)將包裹防結(jié)塊劑的肥料放入套筒內(nèi)，在電子萬(wàn)能壓力試驗(yàn)機(jī)下用不同的力對(duì)裝有肥料的套筒擠壓10～15 min；然后將套筒置于恒溫恒濕試驗(yàn)箱內(nèi)，設(shè)置溫度55 ℃、濕度45%～100%，進(jìn)行24 h防結(jié)塊效果試驗(yàn)。

(3)取生產(chǎn)裝置生產(chǎn)的噴涂防結(jié)塊劑的肥料50 t，在庫(kù)房中碼垛30袋的高度(肥料袋平放)；放置1個(gè)月后，正反各摔1次，稱量結(jié)塊肥料的質(zhì)量，以驗(yàn)證防結(jié)塊效果。

4 試驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 表面活性劑含量對(duì)防結(jié)塊效果的影響

表面活性劑的作用是將肥料顆粒表面由親水性變?yōu)槭杷裕愿纳票砻娼Y(jié)晶性，降低肥料表面界面能，抑制成核作用，從而防止肥料顆粒吸濕結(jié)塊[6]。不同表面活性劑含量的防結(jié)塊劑對(duì)硝基復(fù)合肥(16- 5- 24)和尿基復(fù)合肥(25- 14- 6)的防結(jié)塊效果如表1所示。

由表1可看出：防結(jié)塊劑中表面活性劑含量越高，肥料的防結(jié)塊效果越好；在其他表面活性劑含量不變的情況下，十八烷基伯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%左右時(shí)的肥料結(jié)塊率在1%左右。

表1 不同表面活性劑含量的防結(jié)塊劑的防結(jié)塊效果

4.2 油劑載體熔點(diǎn)對(duì)防結(jié)塊效果的影響

由于在同一區(qū)域的不同季節(jié)，環(huán)境溫度和濕度相差懸殊，為此，針對(duì)防結(jié)塊劑中不同熔點(diǎn)的油劑載體棕櫚油對(duì)尿基復(fù)合肥(25- 14- 6)的防結(jié)塊效果進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可看出，棕櫚油的熔點(diǎn)夏季在52 ℃左右、冬季在30 ℃左右時(shí)，肥料的結(jié)塊率小于1%，能較好地控制肥料產(chǎn)品質(zhì)量。

表2 棕櫚油熔點(diǎn)對(duì)防結(jié)塊效果的影響

4.3 肥料儲(chǔ)存條件對(duì)防結(jié)塊效果的影響

在防結(jié)塊劑組成均為w(棕櫚油)為64%、w(硬脂酸)為15%、w(十八烷基伯胺)為10%、w(石蠟)為8%、w(其他)為5%的條件下，肥料儲(chǔ)存條件對(duì)尿基復(fù)合肥(25- 14- 6)防結(jié)塊效果的影響如表3所示。

表3 儲(chǔ)存條件對(duì)防結(jié)塊效果的影響

從表3可看出：在使用相同防結(jié)塊劑及碼垛高度相同的條件下，濕度在80%以上時(shí)，肥料的結(jié)塊率較高；碼垛高度在40袋平放及以上，肥料的結(jié)塊率越高；在同一濕度條件下，碼垛高度越低(20袋平放)，肥料的結(jié)塊率越低。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)為克服現(xiàn)有防結(jié)劑在氣味、降解性、季節(jié)性噴涂的均勻性、成本等方面的問(wèn)題，利用植物油劑、表面活性劑、固體石蠟等物料制備出一種綠色防結(jié)塊劑。

(2)通過(guò)調(diào)整棕櫚油的熔點(diǎn)，得到適合不同季節(jié)應(yīng)用的防結(jié)塊劑，可有效解決高塔復(fù)合肥、滾筒造粒復(fù)合肥、摻混肥的結(jié)塊問(wèn)題，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。

(3)制備的防結(jié)塊劑中表面活性劑含量高、親水性和鋪展性能好，能有效降低顆粒表面自由水含量。

(4)肥料在儲(chǔ)存過(guò)程中，應(yīng)充分考慮環(huán)境濕度和碼垛高度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。