氮磷鉀複合肥料的製作方法

2023-10-27 15:10:02

專利名稱:氮磷鉀複合肥料的製作方法
本發明是關於製造含氯化物-和/或硫酸鹽的NPK-肥料(複合肥料)的方法，這種肥料有減低的膨脹和結塊趨勢。這種肥料是通過用無機酸酸化磷酸鹽，然後除去鈣鹽、脫水、造粒或成粒而製得。
在儲存期間，尤其在散裝儲存期間，某些NPK-肥料的顆粒發生結塊和/或膨脹。看來這個問題部分地與使用的鉀源類型，也就是KCL或K2SO4有關。
新生產出的肥料顆粒是自由流動的，但是會發生緩慢的後反應，並且一些後反應明顯地導致肥料顆粒的體積增大和結塊。如果在生產期間能夠保持低含水量(＜0.35%)操作條件，上面所提及的問題看來就可以避免。然而，實際上這樣嚴格的操作條件會導致一種高度複雜的生產過程。經常發生這樣的情況甚至當人們認為已經遵守了這種嚴格的操作條件後。這種高度複雜的生產過程也會引起能否獲得合格的產品儲存性能的問題。
那麼問題或者在於高含水量本身造成的儲存問題，抑或在於結合(游離的)水的存在，這些游離水引起某些可能的有害後反應。
從2000652號日本專利申請中早已知道，通過加入0.5-1.0%重量(以MgO計算)的氫氧化鎂來穩定NPK-肥料，以抵抗溼度和溫度變化的影響。然而這種添加劑造成摻入水份並不能解決面對的問題。
正如大家都知道的未能找到解決這一問題的方法，發明人認為有必要進一步進行研究，以確定引起儲存問題的真正原因。於是就近從後反應理論著手。在這裡可以變化使用的鉀鹽類型，並且為了弄明白今後能否阻止或大大推遲可能發生的不良後反應。人們從研究KCL和K2SO4各自可能的後反應著手。
根據經驗，僅僅某些NPK-配方出現問題，因而，人們研究了已經發現了的一些上述的配方以獲得在儲存期間增加體積(體積變化百分之幾)的顆粒。這種體積變化導致了顆粒破碎和結塊問題。這樣的一種NPK-配方已從具有大約如下的重量%組成的水溶液中製備出來38.9% NH4NO312.1% NH4H2PO4+(NH4)2HPO425.8% K2SO415.2% MgSO4·H2O0.5% H2O這種混合物包含一種複雜的化學體系，最終產物中的組分含量將不可能與上述組分含量一樣。因為有溼度存在並且還存在有大的溫度差異，不能將這種系統看成是鹽的一種機械混合物。
一種最重要的主要組分NH4NO3(AN)在固化和進一步冷至室溫的期間可能經過幾個相。每一次相轉變首先引起體積變化。例如從ANⅢ轉換為ANⅣ體積增加約3.6%。
然而，在膨脹機理中看來是核心反應的化學反應是一對鹽的轉變，可將它書寫如下
在研究膨脹現象的時候，用化學分析和X-射線衍射儀的手段證明這一對鹽的轉換發生在硫酸鹽為基的肥料中。在混料器中這種轉換就已經開始，在散裝儲存期間繼續進行。已經證明反應速度首先主要取決於含水量，其次是溫度，但是在很大程度上也取決於化學組成。
當反應是根據反應式(1)進行時，這對鹽的轉化將會引起嚴重的膨脹。如果AN是以Ⅲ式存在，膨脹5.3%，如果是以Ⅳ式存在應是7.7%。已知當有水分存在的時候從Ⅲ式到Ⅳ式的轉換於32℃下發生。
由這對鹽的轉化引起的體積增加不能單獨說明膨脹現象。然而，一些研究表明。KNO3和(NH4)2SO4二者將進一步反應並生成新化合物。
為了確定是否這對鹽的轉換是膨脹機理的主要因素，必須確定在具有不同膨脹度的樣品中有多少NH4NO3或K2SO4轉換了
使用選擇萃取一種組分的方法來確定轉換度。對於大量的具有不同膨脹度的樣品測定了未反應的NH4NO3。發現當未反應的NH4NO3的量增加的時候，也就是當NH4NO3的轉化度增加的時候，膨脹增加。
已經發現在膨脹度百分數和未反應的NH4NO3量之間有很好的對應關係這就證實了這對鹽的轉化是膨脹機理的主要反應。
膨脹度(S)可定義為S＝100·K· ((L1－L2))/(L1) ，式中L1是膨脹試驗前的公升重量L2是膨脹試驗後的公升重量K是取決於肥料類型的常數當使用KCL作鉀源時，這種轉化可以簡化的形式書寫如下
於平衡狀態下KCL將不易存在。當所加入的KCL的量是已知時，可轉化的NH4NO3的量可以容易地計算出。
已經發現，當游離水含量高時，轉化以高速度進行。用從最終產品中選擇萃取NH4NO3的方法來研究上述反應進行到了什麼程度。
研究了一系列的樣品，以確完存在的NH4NO3有多大部分與KCl反應生成NH4Cl和KCl。對上述這些同樣的樣品也測量了結塊趨勢。並發現結塊趨勢隨轉換的NH4NO3部分的增加而增加。因為上面指明的反應是存在的游離水的函數，可以設想用多種方法降低游離水含量，可以阻止或至少推遲所說的轉換。
因此，看來在某些存在有若干游離水的肥料配方中，後反應在KCl和K2SO4二者用作鉀源時發生，並且看來這些後反應給予產品不良的性質。
正如前面已經知道了的，用一般的控制操作條件的方法來獲得有足夠低的含水量的產品是困難的，因此人們開始研究結合最終NPK-肥料中的游離水的可能性。
本發明的目的是獲得一種含KCl和/或K2SO4的NPK-肥料這種肥料在儲存期間，尤其是散裝儲存期間是穩定的。以致於沒有肥料顆粒的膨脹和/或結塊發生。
本發明進一步的目的是獲得一種製造這種產品的簡單而合理的方法。
結合水的幾種添加劑是已知的，例如關於NH4NO3，這裡因種種原因它作為水結合添加劑是有意義的。然而，並未明顯看出，這樣的添加劑將會適用於解決上述的NPK-肥料的問題。因此人們研究了是否其它的添加劑可以適用於此目的。在選擇添加劑的時候也不得不考慮在肥料中的鹽和添加劑之間可能發生哪些反應。然而，添加劑應是農藝學上合格的以致它們不減少該產品的農藝學質量。
從上述的要求的角度出發，人們首先從事研究某些添加劑對含有K2SO4作為鉀源的NPK-肥料的影響。
在這次試驗中對一系列不含水的Na2SO4進行了試驗。這種鹽能夠結合達10摩爾水成為結晶水，也就是每克Na2So4結合1.26克水。因而就應該給出好的結果，其條件是只要它不起反應因而生成沒有水結合性的化合物。更進一步的對Na2So4的研究表明，在這種鹽系統中它有低水結合效力。
Al(OH)3是一種已知的水結合添加劑，每100克混合NPK-溶液加入0.1克Al。然而，發現這種添加劑也沒有任何顯著的水結合效力。
硫鎂礬形式的鎂在若干種NPK-肥料中是一種合適的組分。因此研究了是否MgO有結合剩餘的水份的可能性並因而能使用它來代替硫鎂礬。進行過某些試驗，將1%輕度焙燒過的細碎的MgO與K2So4一起添加到混合的氮/磷溶液(NP-溶液)中。從這種溶液中製得的顆粒儲存了一段時間並進行了有關的體積增加(膨脹)試驗。然後發現，加入MgO有非常好的效果。因為MgO與NP-溶液反應生成Mg(No3)2和磷酸鎂(可能MgHPO4)。因而偏巧都有好效果。上述這些鹽具有每一摩爾鹽結合幾摩爾水為結晶水的能力。這個效果用直接測量在產品上的平衡壓力來確定的。測量指出當加入1.6%MgO時水蒸氣壓力減半。也觀察到了MgO時，於NH4NO3轉化過程中水結合效力降低。令人驚奇地發現，儘管水蒸氣壓力較低，當樣品含1.6%MgO時得到較低的吸水速度。
當MgO與KCl/K2So4一起加入NP-溶液時可能發生若干不同的反應。
下列反應可能發生a)、磷酸鹽
b)、硝酸鹽
c)、氯化物所有這些鎂化合物將水結合成為結晶水。
上面所提及的初步研究結果是最可確信的，發明人發現，進一步研究添加MgO到根據經驗可能出現儲存問題的肥料中所產生的效果是正確的。也研究了在生產過程中應該怎樣加入MgO。在什麼地方加入MgO。這些研究表明，當用KCl和K2SO4作為鉀源時，只要在製造期間加入足夠量的MgO就可以得到對儲存和膨脹都穩定的NPK-肥料。加入0.2%(重量)MgO就已獲得積極的效果。還發現1-2%(重量)加入量是最合適的，但是可以使用達3%(重量)的MgO。發明人也獲得製造這種產品的全部合適的生產流程。
本發明的特徵如在權項中所定義的一樣。
在下面的實施例中本發明會得到進一步的解釋。
實施例1本實施例中給出製造NPK-14-4-17的全面試驗結果，在這裡使用K2SO4作鉀源。這種肥料也應該含1%的Mg，並且這種Mg是以硫鎂礬(MgSO4)加入的。試驗首先在沒有MgO添加劑下進行。以獲得參照樣品。然後加入0.6%的MgO，並且隨後加入1%的MgO。根據加入的MgO的量，減少硫鎂礬的量。使用的MgO的松填料單位體積重量大約0.6公斤/升，它的顆度分布為2-6mm＝0-30%，0.5-2mm＝40-70%，小於0.5mm的＝20-40%。在將他們送入混料器之前，將MgO與K2SO4和硫鎂礬一起加入並與濃縮的NP-溶液進行混合。在試驗過程中取膨脹試驗和化學分析樣品。試驗結果列於表Ⅰ。
表Ⅰ
樣品1和4不含MgO，樣品2和3各含0.6%和1%MgO。
60℃下的膨脹試驗結果和NH4NO3的轉化度列於表，從表Ⅰ可以看出MgO給出了令人滿意的效果。60℃下2天後的結果表明不含MgO的樣品增加的體積是含MgO的樣品增加的體積的兩倍。
實施例2本實施例給出製造NPK25-3-6的全面試驗結果，在這裡使用KCL作鉀源。試驗首先在沒有MgO添加劑下進行，隨後往NP-溶液，KCl和MgO的混料器中直接加入1.6%MgO，隨後將混合物造粒。在製成小粒散裝儲存25天後測量了產品的PH值，也測量了它的水蒸氣壓力「PH2O」。其結果在表Ⅱ中給出。
表Ⅱ
表Ⅱ清楚地表明MgO具有非常強的水結合效力，並從而具有較低的水蒸氣壓力「PH2O」。
含和不含MgO的肥料在儲存25天後「PH2O」分別為4.7毫巴和9.8毫巴。
「PH2O」是在肥料中的一種水結合表示符號。一般地說，認為有較低「PH2O」的肥料的吸水速度和從而它的結塊趨勢是最大的。然而令人驚奇地發現含有1.6%MgO和低「PH2O」值的肥料比不含MgO的肥料的吸溼性小。可以這樣來解釋，MgO和水在顆粒上生成一種薄膜或塗層，並從而降低了吸水性。
在65%相對溼度下，於25℃也進行了結塊試驗。其結果列於表Ⅲ中。也研究了散裝儲存3周後的含和不含MgO的肥料的結塊趨勢。這些研究表明含1.6%MgO的肥料不形成結殼並自由流動，而不含MgO的肥料硬化並趨向於形成結殼。
表Ⅲ
結塊值(K)是肥料結塊趨勢的表示符號。低結塊值表明肥料有低結塊趨勢。當K＝0時，肥料是完全自由流動的，K＜150被認為是可以接受的，當K＞300在儲存期間可能出現問題。
從實施例中可以看出，某些NPK-肥料存在的問題通過添加MgO而得到解決，當KCL和K2SO4用作鉀源時也是如此。所需MgO的量是不一樣的，它多少依賴於所討論的NPK-肥料的類型，但是進一步的研究表明加入0.2-0.3%MgO就足夠。當考慮到各種條件時，發現添加1-2%MgO得到最好的結果。更進一步，應使用細碎的輕度焙燒類型的MgO較好。
生產過程中何處加入MgO不是關鍵性的。但是必須在用無機酸酸化磷酸鹽之後加入。還發現MgO應剛好在造粒或成粒之前加入較好。在NP-溶液和添加鹽進行混合的混料器中加入較好。
權利要求
1.使用KCL和/或K2SO4作為鉀源製造的NPK-肥料，其特徵在於它含有0.2-3.0%(以MgO計)的鎂，並以MgO加入產品。
2.按照權利要求
1的NPK-肥料，其特徵在於加入產品中的MgO是輕度焙燒過的類型MgO。
3.按照權利要求
1-2的製造含氯化物和/或硫酸鹽的NPK-肥料的方法，這種肥料有降低的膨脹和結塊趨勢，在此方法中肥料是用無機酸酸化磷酸鹽，隨後除去鈣鹽、乾燥和造粒或成粒的方法製成，其特徵在於在造粒之前或成粒之前/之間將0.2-3.0%活性MgO和鉀鹽加到濃縮的溶液中。
4.按照權利要求
3的方法，其特徵在於加入的MgO是輕度焙燒了的類型的MgO，其平均粒度為0.2-3.0mm並且正好在造粒之前將MgO加入混合物。
專利摘要
本發明是關於用KCl和/或K
文檔編號C05G1/06GK85106816SQ85106816
公開日1987年3月11日 申請日期1985年9月11日
發明者奧拉夫·克喬爾, 託斯坦·奧伯斯塔德, 漢斯·格羅蘭德 申請人:挪威海德羅公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan