含中量元素的顆粒狀氮磷複合肥料的製造方法
2023-08-07 00:33:46
專利名稱：含中量元素的顆粒狀氮磷複合肥料的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種含中量元素的顆粒狀氮磷或氮磷鉀複合肥料的製造方法。
現有的顆粒狀氮磷鉀復混肥料生產技術中，比較常用的是團粒法生產工藝，其實質是將粉狀、結晶狀或細粒狀的基礎肥料團聚成粒。粉狀肥料的團聚成粒是靠肥料鹽類自身產生的溶液和外加入的鹽溶液及水汽把粉粒表面潤溼，在造粒機內物料呈流動狀態，經物料間相互磨擦、翻動、擠壓，在適宜液相量的條件下，團聚粘附成粒。目前，國內中、低濃度復混肥料生產的主要體系有氯化銨-普鈣-氯化鉀(硫酸鉀)系，尿素-普鈣-氯化鉀(硫酸鉀)系，其復混肥料中磷素的主要來源為普鈣產品。傳統的普鈣生產一般採用經典的堆置陳化法，其生產過程由磷礦粉與硫酸的混合反應、反應料漿的固化和切削以及鮮肥的堆置熟化三個工序組成，生產過程簡單，成本較低。普鈣產品含有效P2O512％～18％，水分10％～14％，並且需要10～20天的熟化時間才能轉化為產品，產品的物理性質往往不甚理想。普鈣用作復混肥料的原料尚須進行預處理。
鄭州工業大學申請的中國專利公開了一種部分酸化磷礦一步法制粒狀複合肥料生產技術，專利號為91122622．8，授權公告號CN1063674C，授權公告日1996年10月2日。該技術介紹了以尿素為氮源，氯化鉀或硫酸鉀為鉀源，磷礦粉為磷源，用硫酸、磷酸或硫磷混酸為酸化劑，一步法製成粒狀複合肥料。該技術的特點是投資省，無乾燥，無返料，成本低。但該產品的枸溶性磷檢測採用檸檬酸溶液浸取磷，而國家復混肥料標準GB15063-94中規定枸溶性磷檢測用中性檸檬酸銨溶液浸取磷。前者有效磷測定數據偏高。其產品的檢驗參照鄭州工業大學企業標準Q／ZGF002-94部分酸化磷礦復混肥料標準。
《Phosphorus ＆ Potassium》(No．191，1994年)報導了法國巴黎採礦學院研究部開發的一種基本利用現有普鈣生產裝置生產氮磷複合肥料的技術。該技術以硫酸脲溶液(尿素∶硫酸∶水=3．6∶1∶1，摩爾比)代替硫酸作為磷礦的分解液，經過分解液和磷礦的混合反應、料漿的固化和化成、鮮肥的熟化三個階段製得粉狀的氮磷複合肥料。用摩洛哥磷礦可製得總養分(N+P2O5)大於30％的氮磷複合肥料，其中含N20．90％，有效P2O59．70％，水分1．0％。該工藝基本無氟逸出，也無廢水排放，操作環境好，所得產品含水量遠較普鈣產品低，而且有效養分顯著提高。產品的主要成分為四尿素硫酸鈣加合物和一水磷酸一鈣，肥效較之等量尿素、普鈣簡單摻混施用明顯提高。但是該技術僅適用於反應活性較高的磷礦，如摩洛哥磷礦、約旦磷礦等。而我國的磷礦普遍反應活性較低，在使用該技術時遇到反應料漿長時間不固化，鮮肥和熟化料物理性質差，無法正常生產的問題。
本發明的目的是提供一種含有中量元素的顆粒狀氮磷複合肥料的製造方法。該方法針對我國磷礦反應活性較低，反應後料漿固化性能差的特點，用一定濃度的硫酸脲溶液分解磷礦粉，酸性的反應料漿用含有中量元素鈣和鎂的鹼性物質作為中和劑進行中和造粒；也可再加入鉀鹽(氯化鉀或硫酸鉀)、磷酸一銨、磷酸二銨等基礎肥料和返料一起進行料漿造粒，造粒後的物料經乾燥、篩分後即為顆粒狀氮磷或氮磷鉀複合肥料。
本發明的含中量元素的顆粒狀氮磷複合肥料的製造方法是這樣實現的。該製造方法包括如下步驟(1)將尿素溶解在硫酸溶液中生成硫酸脲溶液，溶液的溫度保持在70～80℃，配比為尿素∶硫酸∶水=(3．1～3．5)∶1∶(5．5～6．5)(摩爾比)，(2)將磷礦粉加入到硫酸脲溶液中進行反應製成肥料料漿，磷礦粉與硫酸脲溶液的配比是磷礦粉∶硫酸脲溶液=1∶(3．06～3．19)(重量比)，反應溫度是70～75℃，反應時間是40～60分鐘，(3)肥料料漿用中和劑進行中和造粒，所述的中和劑是鈣鎂磷肥，最終製成顆粒狀氮磷複合肥料。
本發明的複合肥料的製造方法，所述的肥料料漿造粒過程中，加入中和劑鈣鎂磷肥和含氮、磷、鉀的基礎肥料，最終可製得含中量元素的顆粒狀氮磷鉀複合肥料。
本發明的複合肥料的製造方法，所述的肥料料漿與中和劑鈣鎂磷肥的配比為肥料料漿∶鈣鎂磷肥=1∶(0．18～0．3)(重量比)。
本發明的複合肥料的製造方法，所述的磷礦粉的細度是-100目大於93％，-200目大於78％。
本發明的複合肥料的製造方法，所述的含氮、磷、鉀的基礎肥料是磷酸一銨、磷酸二銨、氯化鉀、硫酸鉀等。
本發明的氮磷複合肥料的製造方法的原理是首先尿素溶解在硫酸溶液中生成硫酸脲溶液。尿素呈微弱的鹼性，可以和硫酸反應生成硫酸脲，其化學反應式為硫酸脲加合物在水中的溶解度很大，而且保持了加合物中硫酸的酸性，其酸性的大小隨著加合物中尿素比例的提高而降低。
在生產中，計量後的濃硫酸、水及顆粒尿素加入帶攪拌的溶解槽，顆粒尿素溶解在硫酸溶液中生成硫酸脲溶液，保持溶液溫度70～80℃。其溶液組成為尿素∶硫酸∶水=(3．1～3．5)∶1∶(5．5～6．5)(摩爾比)。
由於硫酸脲溶液具有較強的酸性，可以用它來分解磷礦粉。在酸礦反應過程中，尿素和硫酸鈣形成穩定的加合物四尿素硫酸鈣。磷礦粉中的磷酸三鈣則大部分轉化為可被植物吸收的磷酸一鈣和磷酸二鈣。在硫酸脲分解磷礦粉的同時，磷礦粉中的一些雜質如碳酸鹽(RCO3)、氧化鐵(Fe2O3)、氧化鋁(Al2O3)等也參與反應而消耗硫酸。為了使硫酸脲分解磷礦粉的反應進行的完全一些，工藝過程中考慮使用了過量的硫酸脲溶液，因此料漿中會含有一定量的游離磷酸和硫酸。硫酸脲和磷礦粉反應的化學反應式可簡單表示為 式中a+b=1。
本發明的複合肥料的製造方法，在用硫酸脲溶液分解磷礦粉製備肥料料漿的過程中，磷礦粉與硫酸脲溶液的配比是磷礦粉∶硫酸脲溶液=1∶(3．06～3．19)(重量比)，反應溫度是70～75℃，反應時間是40～60分鐘，磷礦粉的細度是-100目大於93％，-200目大於78％。
採用本發明的複合肥料的製造方法，在肥料料漿的製造過程中使用了過量的硫酸，導致料漿中游離酸含量較高，因此在料漿返料造粒時必須使用中和劑。考慮到使用中和劑後不致造成肥料中的有效養分降低太多，同時由於鈣鎂磷肥中富含中量元素鈣和鎂，因此本發明選擇鈣鎂磷肥作為中和劑。但是鈣鎂磷肥中有效P2O5均為枸溶性，中和後的產品應保證肥料中水溶性P2O5和有效P2O5之比達到國家復混肥料標準的要求。
反應後的料漿由料漿泵輸送到安裝在轉鼓造粒機內的噴管，經噴頭霧化為細小的液滴噴灑到不斷翻動的床層上。中和劑鈣鎂磷肥或造粒原料如氯化鉀、硫酸鉀、磷酸一銨、磷酸二銨等和返料分別經計量後輸送到造粒機內，造粒溫度50～70℃，造粒水分3．5～6．5％(重量百分數)。本發明的中和劑鈣鎂磷肥的加入量為肥料料漿∶鈣鎂磷肥=1∶(0．18～0．3)(重量比)。造粒後的肥料顆粒自造粒機出口端溢流到迴轉乾燥機進口端，乾燥用熱爐氣由燃燒煤氣或重油或煤提供。乾燥後的物料從乾燥機的出料箱進入振動篩分級，大顆粒經破碎機破碎並和細粉混合返回到造粒機，合格粒子作為產品包裝。
本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明針對我國最大的兩個磷肥品種普鈣和鈣鎂磷肥，最大的氮肥品種尿素，通過有機的組合，一步法生產粒狀複合肥料產品，符合我國復混肥料的發展方向。
2、本發明是對傳統的普鈣生產工藝和尿素過磷酸鈣(USP)生產工藝的完善和提高，設計思路從我國磷礦反應活性較低，固化性能較差的基本情況出發，革除了普鈣生產中6～9天的熟化期和粉狀肥料二次加工制顆粒狀肥料的工序，縮短了生產周期，提高了勞動生產率，降低了投資費用。
3、本發明中由於反應過程中引入了鹼性的尿素以及在合適的溫度條件下操作，因此，磷礦中所含有的氟基本不逸出，且無三廢排放，大大改善了操作環境，是一項符合現代化環保要求的清潔生產工藝。
4、本發明得到的總養分大於25％的顆粒狀氮磷或氮磷鉀複合肥料，物理性質較好，產品質量達到國家復混肥料標準GB15063-94的要求。該肥料含合理的水溶磷／枸溶磷比例，兼具化肥速效性與農家肥持久性的特點，既滿足作物在某些生長周期對磷元素的大量需求，又能保證作物整個生長周期中持續穩定地獲取磷元素，提高了磷肥的利用率。產品中氮以四尿素硫酸鈣形式，避免了尿素的淋溶和揮發損失，肥效試驗證明，該產品可有效地提高尿素的利用率。此外，該產品中還富含作物生長所需的中量元素鈣、鎂、硫，對植物的生長和維持土壤養分的均衡大有好處。
下面是本發明的具體實施例。實施例是對本發明的進一步闡述，而不是對本發明的限制。本發明實施例中的百分數都為重量百分數。
實施例1
顆粒尿素2．41千克／小時，硫酸(93％H2SO4)1．28千克／小時，水1．20千克／小時，均勻地加入帶攪拌的夾套反應器中，顆粒尿素溶解在硫酸溶液中成為清澈的硫酸脲溶液，溶液溫度70℃，溶解時間10分鐘。該溶液溢流進入帶攪拌、夾套保溫的混合反應器中，含P2O533．85％的開陽磷礦粉(-100目93．6％，-200目79．7％)以1．58千克／小時的量均勻地加入到混合反應器中，反應時間40分鐘，反應料漿溫度70℃。取樣分析料漿的化學組成為全P2O58．34％，水溶性P2O56．18％，有效P2O57．35％，總N17．13％，游離水分15．22％，磷礦分解率88．13％。料漿用膠管泵均勻輸送，並通過噴管噴出分散為細小的液滴，與轉鼓造粒機內的中和劑和返料混合造粒，中和劑鈣鎂磷肥的加入量為1．17千克／小時，造粒機內造粒物料的溫度為65～70℃，造粒物料水分5．5～6．5％，返料倍數為2．43倍。造粒後物料經迴轉乾燥機乾燥後，乾燥物料合格粒子百分率(-4．75+1．0毫米)為80．2％。產品氮磷複合肥料的化學分析結果為總N16．59％，水溶P2O54．25％，有效P2O59．13％，水分3．37％，水溶P2O5／有效P2O546．55％，總養分(N+P2O5)為25．72％，中量元素含量為CaO18．42％，MgO3．21％，S7．75％，顆粒抗壓強度12．02牛頓／顆。
實施例2顆粒尿素2．49千克／小時，硫酸(93％H2SO4)1．24千克／小時，水1．26千克／小時，均勻地加入帶攪拌的夾套反應器中，顆粒尿素溶解在硫酸溶液中成為清澈的硫酸脲溶液，溶液溫度80℃，溶解時間10分鐘。該溶液溢流進入帶攪拌、夾套保溫的混合反應器中，含P2O533．85％的開陽磷礦粉(-100目93．6％，-200目79．7％)以1．56千克／小時的量均勻地加入到混合反應器中，反應時間60分鐘，反應料漿溫度75℃。取樣分析料漿的化學組成為全P2O58．10％，水溶性P2O56．23％，有效P2O57．41％，總N17．50％，游離水分16．61％，磷礦分解率91．48％。料漿用膠管泵均勻輸送，並通過噴管噴出分散為細小的液滴，與轉鼓造粒機內的中和劑和返料混合造粒，中和劑鈣鎂磷肥的加入量為1．33千克／小時，造粒機內造粒物料的溫度為69～73℃，造粒物料水分3．0～4．5％，返料倍數為2．04倍。造粒後物料經迴轉乾燥機乾燥後，乾燥物料合格粒子百分率(-4．75+1．0毫米)為82．5％。產品氮磷複合肥料的化學分析結果為總N16．80％，水溶P2O53．61％，有效P2O58．99％，水分2．01％，水溶P2O5／有效P2O540．16％，總養分(N+P2O5)為25．79％，中量元素含量為CaO18．31％，MgO3．43％，S7．20％，顆粒抗壓強度18．55牛頓／顆。
實施例3顆粒尿素3．00千克／小時，硫酸(93％H2SO4)1．52千克／小時，水1．56千克／小時，均勻地加入帶攪拌的夾套反應器中，顆粒尿素溶解在硫酸溶液中成為清澈的硫酸脲溶液，溶液溫度75℃，溶解時間10分鐘。該溶液溢流進入帶攪拌、夾套保溫的混合反應器中，含P2O533．85％的開陽磷礦粉(-100目93．6％，-200目79．7％)以2．01千克／小時的量均勻地加入到混合反應器中，反應時間40分鐘，反應料漿溫度70℃。取樣分析料漿的化學組成為全P2O58．46％，水溶性P2O56．32％，有效P2O57．61％，總N17．15％游離水分16．38％，磷礦分解率89．95％。製得的肥料料漿以8．09千克／小時的流量用膠管泵均勻地送到轉鼓造粒機內，鈣鎂磷肥(含P2O512．53％)以2．38千克／小時，磷酸一銨(N11．5％；有效P2O540％，粒度＜1．0mm98．6％，＜0．45mm81．1％)1．80千克／小時，氯化鉀(K2O60％，＜1．9mm95．05％，＜0．45mm42．0％)2．69千克／小時，各自計量後均勻地加入到造粒機內，料漿與中和劑、基礎肥料、返料一起混合造粒，造粒物料溫度60-67℃，造粒物料水分3．5-4．0％，返料倍數1．44倍，造粒後物料經乾燥機乾燥後，乾燥物料合格粒子百分率(-4．75+1．0mm)為84．5％，產品氮磷鉀複合肥料規格為12-12-12，化學分析結果為總N12．12％，有效P2O512．92％，K2O12．27％，水分2．49％，水溶P2O5／有效P20559．29％，總養分(N+P2O5+K2O)為37．31％，中量元素含量為CaO14．53％，MgO3．05％，S7．97％，顆粒抗壓強度10．32牛頓／顆。
實施例4顆粒尿素2．71千克／小時，硫酸(93％H2SO4)1．49千克／小時，水1．38千克／小時，均勻地加入帶攪拌的夾套反應器中，顆粒尿素溶解在硫酸溶液中成為清澈的硫酸脲溶液，溶液溫度75℃，溶解時間10分鐘。該溶液溢流進入帶攪拌、夾套保溫的混合反應器中，含P2O533．85％的開陽磷礦粉(-100目93．6％，-200目79．7％)以1．82千克／小時的量均勻地加入到混合反應器中，反應時間40分鐘，反應料漿溫度70℃。取樣分析料漿的化學組成為全P2O58．35％，水溶性P2O56．29％，有效P2O57．52％，總N16．90％，游離水分15．71％，磷礦分解率90．06％。製得的肥料料漿以7．44千克／小時的流量用膠管泵均勻地送到轉鼓造粒機內，中和劑鈣鎂磷肥(含P2O512．53％)以1．53千克／小時，粉狀磷酸一銨(N11．5％；有效P2O540．0％，粒度＜1．0mm98．6％，＜0．45mm81．1％)1．66千克／小時，硫酸鉀(K2O50％，＜1．0mm97．0％，＜0．45mm86．5％)2．99千克／小時，各自計量後均勻地加入到造粒機內，料漿與中和劑、基礎肥料、返料一起混合造粒，造粒物料溫度54～58，造粒物料水分4．5～5．0％，返料倍數1．43倍，造粒後物料經乾燥機乾燥後，乾燥物料合格粒子百分率(-4．75+1．0mm)為79．8％，產品氮磷鉀複合肥料規格為12-11-13，化學分析結果為總N12．30％，有效P2O510．89％，P2O513．00％，水分1．89％，水溶P2O5／有效P2O561．89％，總養分(N+P2O5+K2O)為36．19％，中量元素含量為CaO13．56％，MgO2．45％，S8．51％，顆粒抗壓強度18．13牛頓／顆。
權利要求
1.一種含中量元素的顆粒狀氮磷複合肥料的製造方法，其特徵在於該製造方法包括如下步驟(1)將尿素溶解在硫酸溶液中生成硫酸脲溶液，溶液的溫度保持在70～80℃，配比為尿素∶硫酸∶水=(3．1～3．5)∶1∶(5．5～6．5)(摩爾比)，(2)將磷礦粉加入到硫酸脲溶液中進行反應製成肥料料漿，磷礦粉與硫酸脲溶液的配比是磷礦粉∶硫酸脲溶液=1∶(3．06～3．19)(重量比)，反應溫度是70～75℃，反應時間是40～60分鐘，(3)肥料料漿用中和劑進行中和造粒，所述的中和劑是鈣鎂磷肥，最終製成顆粒狀氮磷複合肥料。
2.根據權利要求1所述的複合肥料的製造方法，其特徵在於所述的在肥料料漿造粒過程中，加入中和劑鈣鎂磷肥和含氮、磷、鉀的基礎肥料，最終可製得含中量元素的顆粒狀氮磷鉀複合肥料。
3.根據權利要求1或2所述的複合肥料的製造方法，其特徵在於肥料料漿與中和劑鈣鎂磷肥的配比為肥料料漿∶鈣鎂磷肥=1∶(0．18～0．3)(重量比)。
4.根據權利要求1所述的複合肥料的製造方法，其特徵在於所述的磷礦粉的細度是-100目大於93％，-200目大於78％。
5.根據權利要求2所述的複合肥料的製造方法，其特徵在於所述的含氮、磷、鉀的基礎肥料是磷酸一銨、磷酸二銨、氯化鉀、硫酸鉀。
全文摘要
一種含有中量元素顆粒狀氮磷或氮磷鉀複合肥料的製造方法。採用將尿素溶解在硫酸中生成硫酸脲溶液,再將磷礦粉加入硫酸脲中反應製成肥料料漿,肥料料漿用中和劑中和後造粒,製得氮磷複合肥料。本發明還可在加入中和劑的同時加入含氮、磷、鉀的基礎肥料製成氮磷鉀複合肥料。本發明針對我國磷礦反應活性較低、固化性能差的特點,利用現有普鈣裝置生產,革除了普鈣的熟化期,縮短了生產周期,並且生產中無三廢排放。
文檔編號C05G1/00GK1292367SQ9911690
公開日2001年4月25日 申請日期1999年9月23日 優先權日1999年9月23日
發明者李惠躍, 葛建國, 鄭起 申請人:化學工業部上海化工研究院