矽肥及其製造方法
2023-10-05 13:03:44
專利名稱：矽肥及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種矽肥，它主要採用絕大部分由熔融生鐵預處理而產生的轉爐爐渣而製得，本發明還涉及這種矽肥的製造方法。
根據本發明，術語「預備處理」包括脫硫和脫矽處理以調整包含在熔融生鐵中的矽和/或硫含量(如果這些含量較高時)。
根據本發明，術語「主要處理」包括向熔融生鐵中加入氧化鈣和吹入氧氣的脫矽和脫磷工藝。
由高爐排出渣、將在制鋼過程中產生的鋼渣分離和水冷而製得的顆粒渣以及通過將在轉爐中進行熔融生鐵預處理而產生的轉爐渣，在過去除了用於混凝土集料以外，已有效地用於製造作物肥料，如用於稻作物、玉米和小麥的肥料。
但是，採用高爐爐渣的肥料僅僅是通過將該渣料粉碎成不超過3mm的顆粒大小，或者是通過加入可溶於檸檬酸的氧化磷(P2O5)(檸檬酸可溶性)而製得的，這對於渣料來說是不夠的。因此，作為渣料中組成物的氧化矽(SiO2)中可溶性氧化矽的比率較小，並且這些氧化矽不易溶入土壤中。順便說一下，術語「可溶性氧化矽」是指當將含有氧化矽的材料在30℃下放入0.5N鹽酸溶液中並且搖晃1小時所瀝出的氧化矽，而術語「可溶性石灰」是指當進行類似試驗時瀝出的石灰。
術語「可溶於檸檬酸的氧化磷」、「可溶於檸檬酸的氧化鎂」以及「可溶於檸檬酸的氧化錳」均是指在2％檸檬酸分別洗脫(溶解)的原料中的氧化磷、氧化鎂和氧化錳。
另一方面，常規的轉爐爐渣是在除了供入氧氣以外一塊加入石灰、鐵礦和錳礦作為副原料以後在大約1600℃高溫下處理的。由於石灰加入量較大，所形成的爐渣不是較低鹼度(3或更低)的爐渣，氧化矽的含量也低。此外，對於高爐爐渣來說，可溶性氧化矽的含量同樣也較小。由於脫硫過程是用純鹼進行的，純鹼含量和硫含量較大，所形成的爐渣不適合用於作物肥料。
可溶性氧化矽是用於作物生長的一種重要成分。如果該成分含量較小，作物很可能會被強風吹倒，並且不能抵抗枯萎和害蟲的損害以及寒冷氣候的損害。當可溶性氧化矽不足時，其生長和成熟均會因此而受損。
無需多說，有效成分含量較高的肥料是優選的，這不僅僅是對於禾本科作物而言，而且即使是較小含量對於常規植物也是有益的。由於從事農業生產的人員的年齡在最近幾年平均來說變得越來越高，這就要求肥料能夠提供與常規肥料相同的效果、甚至比常規肥料更高的效果，而噴灑量即使更小也應如此，並且可以改善效率和減輕勞動強度。
用於解決上述問題的本發明的要點在於(1)一種矽肥，它包括鹼度(CaO/SiO2)不超過3並且含有15-35質量％(下文中僅用「％」表示)可溶性氧化矽的爐渣；(2)一種矽肥，它包括含有15-35％可溶性氧化矽、30-45％可溶性石灰、不超過8％可溶於檸檬酸的氧化鎂、1-8％可溶於檸檬酸的氧化錳和低於5％的可溶於檸檬酸的氧化磷的爐渣；(3)在(1)或(2)的爐渣中，矽肥含有15-35％可溶性氧化矽、30-45％可溶性石灰、不超過8％可溶於檸檬酸的氧化鎂、1-8％可溶於檸檬酸的氧化錳和至少5％的可溶於檸檬酸的氧化磷；(4)一種矽肥，它包括鹼度(CaO/SiO2)不超過3並且含有15-35％可溶性氧化矽、30-45％可溶性石灰、不超過8％可溶性氧化鎂、1-8％可溶於檸檬酸的氧化錳和低於5％的可溶於檸檬酸的氧化磷的爐渣；(5)(1)或(2)或(4)的矽肥，其中還將可溶於檸檬酸的氧化磷加入到爐渣中，並且該爐渣含有至少5％可溶於檸檬酸的氧化磷。
(6)一種矽肥，它包括鹼度(CaO/SiO2)不超過3並且含有15-35％可溶性氧化矽、30-45％可溶性石灰、不超過8％可溶性氧化鎂、1-8％可溶於檸檬酸的氧化錳和至少5％的可溶於檸檬酸的氧化磷的爐渣；(7)製造矽肥的方法，它包括將CaO加入到熔融生鐵中、將氧氣吹入熔融生鐵中、將熔融生鐵脫矽和脫磷、以及收集鹼度(CaO/SiO2)不超過3並且含有15-35％可溶性氧化矽的爐渣的步驟。
(8)製造矽肥的方法，它包括進行將脫硫劑加入到熔融生鐵中並且脫硫處理的預備處理步驟和將氧氣吹入熔融生鐵中並且調整矽含量的脫矽處理預備處理工藝步驟中的一個或兩個步驟；將通過這些預備處理步驟所形成的爐渣除去的步驟；向熔融生鐵中進一步加入CaO和吹入氧氣，以使熔融生鐵脫矽和脫磷，以及收集含有15-35％可溶性氧化矽的爐渣。
順便說一下，除非該爐渣的鹼度(CaO/SiO2)為3或更低，該爐渣中的氧化鈣含量會變得如此之高，結果可溶性氧化矽含量不能提高到15％或更高。當鹼度為2.5或更低時，該爐渣的可溶性氧化矽含量達到20％或更高。由於Ca2+和OH-隨爐渣在酸性水溶液或中性水溶液中的鹼度增加而增加(用下式(1)和(2)表示)，矽酸離子(SiO44-)難以存在。另一方面，當該爐渣的鹼度低於1.5時，估計氧化矽網絡將更強，因而爐渣中可溶性氧化矽含量將下降。為此，該爐渣的鹼度優選地為1.5-2.5。
…(1)K=[Ca2+]m[SiO44-][OH-](2m-n-4)[H+]n(2)]]>K平衡常數該矽肥必須具有穩定的質量。在本發明的製造方法中，在向熔融生鐵中加入石灰和氧和進行脫矽和脫磷的主要處理之前，在轉爐中收集直接的熔融生鐵樣品並且對熔融生鐵的化學成分進行分析。僅僅當熔融生鐵中的硫含量和矽含量分別為0.03％或更低以及0.8％或更低時，才進行主要處理。
但是，當熔融生鐵中的硫和矽含量較高時，必須進行上述預備處理步驟。換句話說，當熔融生鐵中的硫含量超過0.03％時，該爐渣變成具有較高硫含量並且不適合用作肥料。為了防止肥料質量下降，必須進行脫硫過程。通常說來，當熔融生鐵仍然處於魚雷車(torpedo car)中時，將脫硫劑如CaO或碳化鈣通過噴管吹入以進行脫硫。此時，可以將氧化鐵、鋁灰(aluminum ash)或其類似物可用作氧化劑。將所形成的爐渣與熔融生鐵分離並取出。當熔融生鐵中的矽含量高於0.8％時，必須進行預備脫矽處理，以調整爐渣的鹼度。為了進行該預備脫矽處理，通常將脫過硫的熔融生鐵轉移到轉爐中並且將氧通過噴管吹入。用這種方式使熔融生鐵具有0.03％或更低的硫含量和0.8％或更低的矽含量。將通過預備處理形成的爐渣取出，以防止該肥料原料的質量下降。在預備處理以後，向熔融生鐵中加入氧化鈣和氧，並且如上所說在進行鹼度調整的同時，進行脫矽和脫磷處理。由此可以獲得所需的矽肥。
如上所說，本發明的包括爐渣的矽肥可以由下列步驟獲得在轉爐中向熔融生鐵或者經過脫矽或脫硫預備處理(需要時)的熔融生鐵中加入石灰(氧化鈣)和氧，調整爐渣的鹼度為3.0或更低，以及進行脫矽處理和脫磷處理，由此製得含有15-35％可溶性氧化矽(SiO2)的爐渣，作為上述(1)中的矽肥。
對所形成的爐渣中的其它成分的含量，如可溶性石灰、可溶於檸檬酸的氧化鎂、可溶於檸檬酸的氧化錳、可溶於檸檬酸的氧化磷等成分的含量進行分析和確定。當該爐渣含有30-45％可溶性石灰、不超過8％可溶於檸檬酸的氧化鎂、1-8％可溶於檸檬酸的氧化錳和低於5％可溶於檸檬酸的氧化磷時，將其收集作為上述(2)和(4)中的矽肥。
當該矽肥需要大量可溶於檸檬酸的氧化磷時，例如可以向可溶於檸檬酸的氧化磷含量低於5％的爐渣(1)或者向可溶於檸檬酸的氧化磷含量低於5％的爐渣(2)和(4)中加入可溶於檸檬酸的氧化磷，例如含有20％可溶於檸檬酸的氧化磷的檸檬酸可溶性磷肥或者含有35％可溶於檸檬酸的氧化磷的重燒磷肥，由此獲得矽肥(3)或(5)。
此外，當從爐渣(1)中收集到含有30-45％可溶性石灰、不超過8％可溶於檸檬酸的氧化鎂、1-8％可溶於檸檬酸的氧化錳和至少5％可溶於檸檬酸的氧化磷的爐渣時，可以獲得矽肥(5)。
換句話說，普通熔融生鐵中的磷含量大約為0.1-0.2％。但是由於通過預處理而形成的爐渣的量較大，因此爐渣中的磷含量低於5％並且一般為1-4％。當對採用具有較高磷含量的礦石製得的具有較高磷含量的熔融生鐵進行脫矽和脫磷處理時，該爐渣中的氧化磷含量變高，並且可以收集到可溶於檸檬酸的氧化磷含量為5％或更高的爐渣。
由熔融生鐵預處理產生的爐渣中的上述成分的含量受到下列因素的影響熔融生鐵中的Si、Mn、P、S等的含量、在預處理過程中加入的石灰(氧化鈣)、其它副原料的量以及處理容器如轉爐的耐火材料組成。
因此，舉例來說，可以通過加入白雲石作為副原料來調整和控制可溶於檸檬酸的氧化鎂；通過熔融生鐵中的Mn含量和加入錳礦石作為副原料來調整和控制可溶於檸檬酸的氧化錳；以及通過熔融生鐵中的P含量和鹼度來調整和控制可溶於檸檬酸的氧化磷。
根據本發明的方法，其中向熔融生鐵中加入氧化鈣和氧並且在調整鹼度為3.0或更低，優選2.5或更低的同時將熔融生鐵脫矽和脫磷，所形成的爐渣如上所說可以含有15-35％可溶於檸檬酸的氧化矽。
說到可溶性石灰、可溶於檸檬酸的氧化鎂、可溶於檸檬酸的氧化錳和可溶於檸檬酸的氧化磷，自然是在對每一次處理加料的爐渣中各種成分的含量進行分析和確定以後才收集爐渣的。
順便說一下，對於可溶於檸檬酸的氧化錳(MnO)和可溶於檸檬酸的氧化磷(P2O5)來說，當事先獲知熔融生鐵中的Mn和P含量時，可以事先有效地估算所收集的爐渣或者所製得的矽肥的種類。術語「收集」用於本文中時是指分析熔融生鐵預處理所形成的爐渣並且將具有與本發明的矽肥的原料的組成相適應的組成的爐渣分離並收集起來的操作。
本發明的矽肥通常是顆粒形式的，它們是通過將上述爐渣粉碎和粒化而獲得的。
接下來，將對本發明的矽肥中各種成分進行限定的理由進行解釋。
本發明的矽肥中可溶性氧化矽含量限定為15-35％，其原因在於當該含量低於15％時，用於禾本科作物的肥料中的可溶性氧化矽不夠。優選地，可溶性氧化矽的含量至少為20％。當該含量超過35％時，該作用將達到飽和並且用於脫磷的氧化鈣的加入量將變小，結果使脫磷變得不足。可溶性石灰的含量限定為30-45％的原因在於可溶性石灰是中和土壤和促進作物生長的有效成分，因此至少需要30％可溶性石灰。但是當該含量超過45％時，可溶性氧化矽的含量相反將變低。可溶於檸檬酸的氧化鎂限定為8％或更低。氧化鎂用於與石灰一起校正土壤的酸度並且是作物營養源的一種重要成分。氧化鎂包含在植物的葉綠素中並且可以有效地改善禾本科作物中特別是水稻的味道。當可溶於檸檬酸的氧化鎂含量超過8％時，該作用將達到飽和。可溶於檸檬酸的氧化錳的含量限定為1-8％。氧化錳也是植物生長的有效成分。當該含量低於1％時，它不適合用於肥料，但當它超過8％時，該作用將達到飽和。
可溶於檸檬酸的氧化磷的含量將隨應用而變化。熔融生鐵含有0.1-0.2％磷，但通過脫矽和脫磷而形成的爐渣量較大，結果使得包含在作為矽肥的爐渣中的氧化磷的含量低於5％，通常約為1-4％。因此在沒有對可溶於檸檬酸的氧化磷含量提出特別要求的矽肥用途中，可溶於檸檬酸的氧化磷含量限定為低於5％。
但是，在對可溶於檸檬酸的氧化磷含量提出要求的矽肥中，可溶於檸檬酸的氧化磷的含量必須至少為5％。當該含量低於5％時，氧化磷的作用不能完全展現出來，另一方面，當其超過25％時，該作用將達到飽和。因此其上限優選地為25％。
在轉爐中，將氧化鈣粉直接通過噴管與氧一起吹入熔融生鐵中，熔融生鐵含有S0.024％和Si0.65％，而無需進行脫硫和脫矽預備處理，從而對熔融生鐵進行脫矽和脫磷。收集鹼度為2.1的爐渣，而後將其粉碎和粒化，從而獲得下表1中所說的矽肥A。
類似地，改變吹入和加入到熔融生鐵中的氧化鈣粉量，並且進行脫矽和脫磷處理。收集鹼度為2.6、1.6和1.8的爐渣，從而獲得具有所下表1中所說組成成分的矽肥B、C和G。
類似地，改變吹入和加入到經過預備處理的熔融生鐵中的氧化鈣粉量，並且進行脫矽和脫磷處理。收集鹼度為1.6和2.7的爐渣並將其粉碎。在加入可溶於檸檬酸的氧化磷以後，將粉碎後的爐渣粒化從而獲得具有所下表1中所說組成成分的矽肥E和F。
順便說一下，對於表1中所說的組成成分I和J來說，肥料I是由常規粒化的高爐爐渣組成的肥料，而肥料J是由常規轉爐爐渣組成的肥料。
接下來，將氧吹入經過脫硫並裝入轉爐中的熔融生鐵中，以進行預備脫矽處理，並將所形成的爐渣取出。在預備處理以後，將氧化鈣粉與氧一起通過噴管吹入含有P0.140％、S0.007％和Si0.15％的熔融生鐵中，並且對熔融生鐵進行脫矽和脫磷。收集鹼度為2.9的爐渣並粉碎。用這種方法，可以獲得含有6.0％可溶於檸檬酸的氧化磷爐渣。將該爐渣粒化，從而獲得如表1中所示的矽肥H。表1
(％質量％)表2
(％質量％)
將表1中所說的每一種肥料噴灑到10公畝大小的彼此相鄰的稻田中，這些稻田具有相似的用來種植水稻的氣象條件和土壤條件。其結果示於表2中。
常規肥料I的噴灑量為200公斤/10公畝，其結果為597公斤糙米和7.9公斤米屑，米產量比為88.0％。
常規肥料J的噴灑量為120公斤/10公畝，其結果為552公斤糙米低產量，米屑重量高達19.3公斤，米產量比僅為83.7％。
與其相反，在噴灑量為120公斤/10公畝(也就是說，為常規肥料噴灑量的60％)時，本發明的實施例的肥料A-H在所有情況下均可以提供特別好的糙米重量結果，為592-610公斤，米屑為6.8-7.5公斤，米產率比為90％或更高。這些優異的結果主要是由於肥料中的可溶性氧化矽含量較高的緣故。
如上所說，本發明可以廉價地提供一種可以主要利用絕大部分通過預處理熔融生鐵而產生的轉爐爐渣的肥料，該肥料對於禾本科作物的生長特別有效並且具有較高的可溶性氧化矽含量和較高的可溶於檸檬酸的氧化磷含量。當向該肥料中加入可溶於檸檬酸的氧化磷並且將肥料用作矽肥時，可以獲得遠高於常規肥料的產量。此外，以較小的噴灑量可以獲得優異的效果，並且該肥料改善了農業勞動的效率並且可以減輕工人的勞動強度。
權利要求
1.一種矽肥，它包括鹼度(CaO/SiO2)不超過3並且含有15-35質量％(下文中僅用「％」表示)可溶性氧化矽的爐渣。
2.一種矽肥，它包括含有15-35％可溶性氧化矽、30-45％可溶性石灰、不超過8％可溶於檸檬酸的氧化鎂、1-8％可溶於檸檬酸的氧化錳和低於5％的可溶於檸檬酸的氧化磷的爐渣。
3.根據權利要求1或2的矽肥，其中所說的爐渣含有15-35％可溶性氧化矽、30-45％可溶性石灰、不超過8％可溶於檸檬酸的氧化鎂、1-8％可溶於檸檬酸的氧化錳和至少5％的可溶於檸檬酸的氧化磷。
4.一種矽肥，它包括鹼度(CaO/SiO2)不超過3並且含有15-35％可溶性氧化矽、30-45％可溶性氧化鈣、不超過8％可溶於檸檬酸的氧化鎂、1-8％可溶於檸檬酸的氧化錳和低於5％的可溶於檸檬酸的氧化磷的爐渣。
5.根據權利要求1或2或4的矽肥，其中還將可溶於檸檬酸的氧化磷加入到爐渣中，並且該爐渣含有至少5％可溶於檸檬酸的氧化磷。
6.一種矽肥，它包括鹼度(CaO/SiO2)不超過3並且含有15-35％可溶性氧化矽、30-45％可溶性石灰、不超過8％可溶於檸檬酸的氧化鎂、1-8％可溶於檸檬酸的氧化錳和至少5％的可溶於檸檬酸的氧化磷的爐渣。
7.製造矽肥的方法，它包括下列步驟將CaO加入到熔融生鐵中；將氧氣吹入熔融生鐵中，並將熔融生鐵脫矽和脫磷；以及收集鹼度(CaO/SiO2)不超過3並且含有15-35％可溶性氧化矽的爐渣。
8.製造矽肥的方法，它包括下列步驟進行將脫硫劑加入到熔融生鐵中並且脫硫處理該熔融生鐵的預備處理步驟和將氧氣吹入熔融生鐵中並且調整矽含量的脫矽處理的預備處理工藝步驟中的一個或兩個步驟；將通過所述預備處理步驟所形成的爐渣除去的步驟；向熔融生鐵中加入CaO和吹入氧氣，以使熔融生鐵脫矽和脫磷；以及收集鹼度(CaO/SiO2)不超過3並且含有15-35％可溶性氧化矽的爐渣。
全文摘要
本發明提供了一種利用在預處理熔融生鐵過程中產生並且具有較高可溶性氧化矽含量的爐渣的矽肥以及這種矽肥的製造方法。將氧化鈣加入並且將氧吹入熔融生鐵中同時調整鹼度(CaO/SiO
文檔編號C05D3/00GK1364749SQ0114078
公開日2002年8月21日 申請日期2001年7月13日 優先權日2001年1月11日
發明者巖崎正樹, 吹上和德, 松本周 申請人:新日本制鐵株式會社