納米—亞微米級酸化磷礦粉混合物生產方法

2023-05-11 20:44:11

專利名稱:納米—亞微米級酸化磷礦粉混合物生產方法
本發明屬農業、生態環境領域。
1842年英國學者勞斯使用骨粉加硫酸製取過磷酸鈣，後來人們用磷礦粉取代骨粉，至今磷肥生產已有162年歷史。1898年俄羅斯農業化學奠基人D.N.普良尼釋尼柯夫開始系統研究磷礦粉直接施用的效果。二十世紀七十年代初，中國農科院土壤肥料研究所陳尚謹、張夫道利用摩洛哥磷礦粉，中國科學院南京土壤研究所李慶逵等利用國產磷礦粉在全國各種類型土壤和作物上布置了田間肥效試驗，在酸性土壤和中性土壤上直接施用磷礦粉顯示出良好的效果。上世紀八十年代末、九十年代初，中國科學院南京土壤研究所魯如坤等與法國合作，開展了酸化磷礦粉效果的研究，獲得了良好的效果。我國絕大多數農業土壤缺氮、缺磷或施用磷肥有效，但我國磷礦除了雲南和貴州品位較高外，其它基本上為中、低品位磷礦。據統計資料，全國磷礦平均品位為20.36％(P2O5，下同)。在308個礦點中，品位＞30％的儲量佔7％，品位25％～30％佔15％，品位20％～25％佔25％，品位＜20％的佔53％(魯如坤我國的磷礦資源和磷肥生產消費，土壤，2004，36(1)1-4)。如何充分有效地利用大量的中、低品位磷礦石，一直是肥料專家們探索的問題。
本發明目的是應用納米技術，將中、低品位磷礦粉加工為納米—亞微米級酸化磷礦粉，以減少硫酸用量、提高磷的利用率。
本發明人在研究工作中發現，95％以上的納米—亞微米級酸化磷礦粉中的磷可被風化煤和有機肥分解的小分子有機化合物物理性吸附或包敷，從而減少土壤粘土礦粉對磷的吸附和固定。
本發明採用的主要技術是將磷礦粉粉碎過200目篩孔(篩孔直徑0.074mm)，加入硫酸溶液酸化，通過高剪切(2萬r/min)，即成為納米—亞微米級酸化磷礦粉；加入過200目篩孔的風化煤，有效磷被風化煤物理性吸附，烘乾後加造粒粘結劑製成顆粒狀磷肥。既便於施用，又可減少土壤對磷的固定。
為了確定在本發明工藝過程中的硫酸用量和酸化後的高剪切時間，作了如下工藝條件的生物學試驗1、工藝條件試驗使用本實驗室迴轉化成混合器(四槳式)進行工藝條件試驗。
試驗分三組(1)磷礦粉(過200目篩孔，下同)加全量硫酸水溶液，攪拌反應0.5h，製備成普通過磷酸鈣料漿，放置備用；(2)磷礦粉加生產過磷酸鈣全酸量50％的硫酸水溶液，攪拌反應0.5h，生成酸化磷礦粉料漿，然後高剪切(2萬r/min)5min，加入過200目篩孔的風化煤，1萬r/min速度下繼續剪切5min，放置備用；(3)磷礦粉加生產過磷酸鈣全酸量50％的硫酸水溶液，攪拌反應0.5h，生成酸化磷礦粉料漿，放置5h後加進高剪切設備，2萬r/min速度下剪切5min，加入過200目篩孔的風化煤，1萬r/min速度下繼續剪切5min，放置備用。
2.生物學試驗結果採用石英砂砂培試驗，作物為玉米，品種為中單8578，重複4次，營養液使用霍格蘭營養液(配方見毛達如主編植物營養研究方法，北京農業大學出版社，北京，1994，P.17)，營養液P2O5濃度0.094g.L-1，生長時間32天，每4天澆灌100ml營養液，共澆灌8次。試驗結果見下表砂培玉米植株莖葉氮磷鉀含量及分布(生長期32天)
砂培試驗結果，酸化磷礦粉放置5小時進行高剪切並加入風化煤處理的玉米植株(莖葉)總含磷量(P2O5)最高，達0.342％，玉米莖葉吸收P2O5總量11.01mg；其次是過磷酸鈣處理，莖葉含總磷量(P2O5)0.337％，玉米莖葉吸收P2O5總量10.78mg；再其次是酸化磷礦粉當時就進行高剪切並加風化煤處理，莖葉含總磷量(P2O5)0.257％，玉米莖葉吸收P2O5總量7.27mg。
由以上試驗結果可得出以下結論(1)玉米可吸收利用納米—亞微米級酸化磷礦粉中的磷；(2)過磷酸鈣全硫酸量減半加工而成的酸化磷礦粉放置5小時，進行高剪切加工並加入風化煤的處理(簡稱納米—亞微米級酸化磷礦粉混合物)與全硫酸量加工而成的過磷酸鈣處理玉米植株吸收的磷量基本上相等；(3)酸化磷礦粉放置5小時進行高剪切的生物學效果比當時立即進行高剪切加工的效果要好得多。因此，通過本研究確立了酸化磷礦粉放置5小時再進行高剪切的工藝。
本發明的詳細描述1.工藝流程見附圖1。
2.主要工藝路線2.1原料加工(1)磷礦石粉碎磷礦石經粗碎、中碎、乾燥後採用旋風式球磨機粉碎過200目篩孔(篩孔直徑0.074mm)。
(2)風化煤粉碎風化煤(腐殖酸含量50％以上)粉碎過200目篩孔(篩孔直徑0.074mm)。
2.2酸化磷礦粉的製備(1)硫酸用量的確定在傳統普通過磷酸鈣生產中，理論的硫酸用量比較常用的計算方法是按照磷礦石中的五氧化二磷(P2O5)、二氧化碳(CO2)、三氧化二鐵(Fe2O3)、三氧化二鋁(Al2O3)等成分加以計算而得出的，酸用量為這四種耗酸成分消耗硫酸量的總和。
磷礦的理論硫酸用量＝P2O5含量(％)×1.61耗酸單位+CO2含量(％)×2.23耗酸單位+Fe2O3含量(％)×1.84耗酸單位+Al2O3含量(％)×2.88耗酸單位計算結果，錦屏磷礦每100單位磷礦理論酸用量為72.12(100％硫酸)，開陽磷礦每100單位磷礦理論酸用量為64.0(100％硫酸)，昆陽磷礦每100單位磷礦理論酸用量為59.75(100％硫酸)。荊襄磷礦每100單位磷礦理論酸用量為51.56(100％硫酸)。理論酸用量往往與生產實際酸需求量不一致，對於難分解的磷礦，一般採用理論酸量的100％～110％。
常用磷礦的化學組成(％)
(引自南京化學工業公司磷肥廠、廣東省湛江化工廠編《普通過磷酸鈣生產工藝與操作》，化學工業出版社，1979.1，北京，P.89)(2)普通過磷酸鈣和酸化磷礦粉製備本項發明研究選用荊襄磷礦石，全P2O5含量16.02％，CO2含量8.91％，Fe2O3含量4.65％，Al2O3含量4.21％。計算結果，生產普通過磷酸鈣硫酸用量為每100單位磷礦理論酸用量66.34(100％硫酸)。普通過磷酸鈣加工業硫酸量1000kg磷礦粉加入工業硫酸(93％)713.3kg，首先將硫酸配製成1070kg硫酸水溶液，一邊攪拌一邊加入1000Kg磷礦粉，反應0.5小時後放置，繼續進行化學反應，也稱為熟化；酸化磷礦粉的操作程序為稱取工業硫酸(93％)356.7kg，加入713.3kg水中，配製成1070kg硫酸水溶液，一邊攪拌，一邊加入1000kg磷礦粉，反應0.5小時，成為酸化磷礦粉料漿，放置熟化。
2.3納米—亞微米級酸化磷礦粉製備(1)酸化磷礦粉料漿放置5小時後放進本發明使用的高剪切設備中，2萬r/min速度下剪切5～10分鐘，即成為納米—亞微米級酸化磷礦粉料漿(見附圖2)。加入磷礦粉質量20％的過200目篩孔(篩孔直徑0.074mm)的風化煤(腐殖酸含量50％以上)或過50～60目篩孔(篩孔直徑0.30～0.25mm)的腐熟畜禽糞便，1萬r/min速度下繼續剪切5～10分鐘，即成為納米—亞微米級酸化磷礦粉—風化煤(或畜禽糞便)混合物料漿，簡稱納米—亞微米級酸化磷礦粉混合物。
(2)顆料狀納米—亞微米級酸化磷礦粉混合物的製備將納米—亞微米級酸化磷礦粉—風化煤(或畜禽糞便)混合物在80℃-100℃溫度下烘乾至含水量5％左右，加入造粒粘結劑，加入量為磷礦粉質量的1％～1.5％，用水稀釋6～8倍後與烘乾後的酸化磷礦物混合物摻混均勻，採用圓盤或轉鼓式造粒機造粒、旋轉乾燥筒乾燥、篩分，即成為直徑1～5mm圓顆粒狀納米-亞微米級酸化磷礦粉混合物。
2.4高剪切設備(見附圖3)該設備主要由以下部件組成(1)電機江蘇星輪高速電機設備製造公司製造。
(2)刀軸與高剪切刀採用高鉻高鎳奧氏體不鏽鋼材料加工製造，剪切刀為鋸齒狀。刀軸通過三爪夾頭與電機輸出軸連接。
(3)不鏽鋼罐體直徑500mm，高700mm。
(4)導流筒內襯於罐體中部起到導流的作用，使物料呈湍流狀態循環高剪切，筒體直徑200mm，高350mm。
(5)封蓋不鏽鋼封蓋周邊及與軸接觸部分均粘有密封圈，起到密閉的作用。
(6)進出料口進料口位於罐體上部，出料口位於罐體下部。
2.5造粒粘結劑採用納米粘土—聚酯混聚物肥料膠結劑作為造粒粘結劑(見本發明人2002年8月9日提交的發明專利申請書，申請號02126009.5，公開號CN1414033A，專利號ZL02126009.5)。
本發明的優點1.節約硫酸量50％，有效利用中、低品位磷礦。
2.減少磷在土壤中的固定，提高磷的有效利用率。
3.本發明研究證實了植物根系可吸收利用納米—亞微米級酸化磷礦粉中的磷。



附圖1納米—亞微米級酸化磷礦粉混合物生產工藝流程圖。
附圖2納米—亞微米級酸化磷礦粉混合物電鏡照片附圖3高剪切設備實施例稱取工業硫酸(93％)35.7kg，緩慢放入71.3kg工業淨水中，配製成107kg硫酸水溶液，一邊攪拌一邊加入100kg荊襄磷礦石、過200目篩孔的磷礦粉(P2O5含量16.02％)，放置5小時後，放進高剪切設備中，2萬r/min剪切10分鐘，再加入20kg過200目篩孔的風化煤，1萬r/min速度下繼續剪切10分鐘，即成為納米—亞微米級酸化磷礦粉—風化煤混合物料漿，放進搪瓷託盤中，在乾燥烘箱中100℃溫度下烘乾至含水量5.5％。使用本實驗室自製圓盤造粒機造粒，造粒粘結劑選用粘土—聚酯混聚物肥料膠結包膜劑，用量1.5kg，加水釋釋至10kg，與烘乾後的酸化磷礦粉—風化煤混合物充分摻混均勻，放入圓盤中造粒，再烘乾、篩分，即成為圓顆粒狀納米—亞微米級酸化磷礦粉—風化煤混合物(P2O5含量11.33％，有效P2O5含量5.34％)。
權利要求
1.一種納米-亞微米級酸化磷礦粉混合物的生產方法，其特徵是由以下工藝過程所組成，即酸化磷礦粉的製備、納米-亞微米級酸化磷礦粉混合物的製備，圓顆粒狀納米-亞微米級酸化磷礦粉混合物的製備。
2.按照權利要求
1所述納米-亞微米級酸化磷礦粉混合物生產方法，其特徵在於將磷礦粉粉碎過200目篩孔，加入普通過磷酸鈣理論用酸量一半的硫酸水溶液，攪拌0.5h即成為酸化磷礦粉。
3.按照權利要求
1所述納米-亞微米級酸化磷礦粉混合物的生產方法，其特徵在於將酸化磷礦粉放置5小時後放入高剪切設備中，2萬r/min速度下剪切5-10分鐘，再加入粉碎過200目篩孔的風化煤，在1萬r/min速度下剪切5-10分鐘，即成為納米-亞微米級酸化磷礦粉-風化煤混合物料漿，簡稱納米-亞微米級酸化磷礦粉混合物。
4.按照權利要求
1所述納米-亞微米級酸化磷礦粉混合物的生產方法，其特徵在於將納米-亞微米級酸化磷礦粉混合物料漿在80℃-100℃溫度下烘乾，加入磷礦粉質量1％～1.5％造粒粘結劑，粘結劑用水稀釋6-8倍後與納米-亞微米級酸化磷礦粉混合物摻混均勻，在圓盤或轉鼓造粒機中造粒、旋轉乾燥筒乾燥、篩分，即成為圓顆粒狀納米-亞微米級酸化磷礦粉混合物。
專利摘要
本發明採用納米技術，使用生產過磷酸鈣一半的硫酸量將磷礦粉加工為納米－亞微米級酸化磷礦粉－風化煤混合物，其生物學效果與過磷酸鈣相當，從而降低了硫酸用量和生產成本。本技術產品適合在酸性土壤和中性土壤上使用。
文檔編號C05B11/00GKCN1636946SQ200410101498
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月22日
發明者張夫道, 馮兆濱, 王玉軍, 姚青松, 張建峰, 張樹清, 劉秀梅 申請人:中國農業科學院土壤肥料研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan