CN102765994A

CN102765994A - 一种颗粒状钾肥的制备方法

Info

Publication number: CN102765994A
Application number: CN2012102905930A
Authority: CN
Inventors: 曹卫宇; 陈国华; 张伟; 何佩华
Original assignee: Shanghai Research Institute of Chemical Industry SRICI
Current assignee: Shanghai Research Institute of Chemical Industry SRICI
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2012-11-07

Abstract

一种颗粒状钾肥的制备方法，其步骤包括：（1）造粒用添加剂的制备：氧化镁与氯化镁或硫酸镁水溶液进行反应，生成氯氧镁水合物或硫氧镁水合物，反应体系投料摩尔比为：氯化镁或硫酸镁﹕氧化镁﹕水等于1﹕3～5﹕10～50；按上述投料配比，首先将氯化镁或硫酸镁溶解到水中制成溶液，再按上述投料配比添加具有活性的粉状氧化镁，搅拌混合均匀，形成流动性良好的粘结剂料浆。（2）粉状氯化钾或硫酸钾的造粒：在造粒机中将粘结剂料浆喷洒加入由原料粉状氯化钾或硫酸钾、返料组成的料床中进行造粒，再经过干燥、冷却、筛分，即可制得所需的颗粒状钾肥成品。本发明工艺操作过程简单，生产能力大，生产成本低廉，产品粒径范围宽，外观均匀圆整，颗粒强度高等特点。

Description

一种颗粒状钾肥的制备方法

技术领域

本发明涉及一种由粉状氯化钾或硫酸钾利用氧化镁、氯化镁或硫酸与水反应的变化过程，制备可用于掺混肥料使用的颗粒状的氯化钾/硫酸钾等钾盐的方法。

背景技术

与粉状肥料相比，颗粒肥料具有许多良好的物理性质，例如装卸时不起尘，长期贮存不宜结块，流动性好，施肥时易于撒布，可实现机械化施肥。颗粒大小相近的含有不同养分的肥料可进行直接掺混，得到低成本的掺混肥料（BB肥），具有与复合肥料相同的肥效，配合农业测土施肥技术的大面积的推广应用，可提高肥料养分的综合利用率，掺混肥料已经成为二十一世纪世界肥料发展方向。

掺混肥料所需单元养分原料中，大颗粒尿素、颗粒磷铵经过近二十年的发展，都已实现大规模工业化生产，单套装置产生能力达到了几十万吨/年的规模，但以氯化钾为代表的钾盐由于本身物化性质和特点，无粘性、不可塑、高熔点，很难采用常规的团粒造粒或熔融造粒工艺等方法实现颗粒化。到目前为止，仅挤压造粒方法实现规模化生产，但单套生产装置能力仅为万吨规模。由于挤压造粒生产的颗粒钾肥密度明显高于现有的大颗粒尿素、颗粒磷铵，掺混过程极易产生离析现象造成掺混肥料的组分不均匀，影响产品质量和使用效果。另外，还存在挤压生产的颗粒钾肥圆整度差、粒径分布狭窄不可调、挤压设备关键部件磨损严重替换频率高等缺陷。颗粒钾肥生产工艺和产品质量已经成为掺混肥料发展的制约因素。

本发明涉及的是一种新的颗粒钾盐生产工艺技术，通过本发明可解决肥料行业生产和使用颗粒钾盐过程中所面临的技术瓶颈。

本发明技术核心之一就是获得一种高效、廉价的气凝性粘结材料——氯氧镁材料，可将难以成粒的粉状钾盐，团聚成为颗粒园整的高强度的球形钾盐成品。

氯氧镁材料是一种气凝性材料，室温10℃以上即可硬化凝固。氯氧镁材料具有很好的物理力学性能，其抗弯强度≥65MPa，抗压强度≥90MPa，软化系数≥0.85，吸水率≤13%，干缩率≤0.6%。

以轻烧氧化镁以及氯化镁作为胶凝材料主体，且生成的组成物相结构（常温）为5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O（通称5-1-8相）和3Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O（通称3-1-8相）。其材料中含有氧化镁和氯化镁，因此称为氯氧镁材料。

氯氧镁材料性能主要由MgO/MgCl₂、H₂O/MgCl₂摩尔比关系决定。

氯氧镁材料中氯化镁是主要的基础材料之一，它在材料中的功能作用表现为促进MgO的水化凝胶，氯氧镁材料的胶凝是MgO的水化过程最终产物，MgO+H₂O=Mg(OH)₂。由于Mg(OH)₂溶解度非常小（9×10^-3）g/L，不能使Mg(OH)₂胶凝体再结晶成为较大的结晶连接体，造成本身无胶凝性。当体系中加入MgCl₂后可提高Mg(OH)₂的溶解度，使Mg(OH)₂凝胶体转变成具有力学性能的结晶体，胶结其他物料即可成为具有一定机械强度的固体材料。

本发明所涉及的颗粒钾盐制备技术是一种采用常规复肥通用生产装置***，将粉状氯化钾或粉状硫酸钾盐制备成为颗粒状钾肥的方法。其原理是在水中按比例加入添加剂并搅拌混合均匀后，喷洒到粉状氯化钾或粉状硫酸钾原料以及返料组成的造粒料床表面，通入少量蒸汽进行连续造粒，再经过干燥、冷却、过筛，即可制成外观圆整、颗粒强度高、产品质量稳定、松散度好的颗粒钾肥产品。采用本技术生产颗粒氯化钾或硫酸钾，装置生产能力大，生产成本低。产品不结块，储存使用性能优良，可广泛应用于各种系列配方的掺混肥料及单独使用。

现有技术中：

日本大板府大板市窒素公司的山下吉达、早川昌作、小森出、金田重雄在《颗粒硫酸钾及其制造方法》（申请号：87105366）发明专利中，提供了一种粉化百分数很低的硫酸钾造粒法和生产出具有良好流动性的颗粒硫酸钾的方法，以及按上述方法获得的颗粒硫酸钾。该发明方法包括：选自一组氢氧化钙、氧化钙、氢氧化镁、氧化镁、碳酸镁和氨中至少一种组分，以相对于所述未反应硫酸量的0.5～2倍当量的量，加到由氯化钾与硫酸在无水状态中反应得到的已转化硫酸钾及所含的未反应硫酸中，继之进行湿法粒化。

加拿大汉枫缓释肥料有限公司的吕云峰、李金凯，在《一种高浓度圆粒状氯化钾的制造方法》（申请号：200810043455.6）中，发明了一种高浓度圆粒状氯化钾的制造方法。它是将氧化钾含量为60%或以上的一定细度的粉状氯化钾加入到圆盘造粒机或转鼓造粒机中,按一定比例喷入氯化钾饱和溶液作为造粒液相,进行滚圆成球造粒，再经过干燥、筛分制得圆粒状氯化钾产品。钾含量可高达60%或以上，该发明具有操作工艺简单、生产能力大、产品粒径范围宽、颗粒圆润、强度高等特点，并且在生产中不产生废料，节能，环保，市场前景广阔。

南京三普造粒装备有限公司陈刚《对辊式挤压造粒装置及其造粒工艺流程》（申请号：200910026508.8）专利公开了对辊式挤压造粒装置及其造粒工艺流程。其结构是料位自动恒定管从上部***强制喂料机料斗内所需深度并固定,强制喂料机与安装在其下方的对辊式挤压造粒机相连。无需中间料仓和定量给料装置以及料位检测装置。优点：利用固体粉料单方向传递压力的特性，通过进料口处的料位自动恒定管使强制喂料机料斗内的料位维持恒定和始终处于最佳工作状态，从而保证对辊式挤压造粒装置性能稳定。避免了传统强制喂料机靠料位计检测料位状态，并通过调节定量加料装置的繁琐方式来实现强制喂料机料斗内料位恒定，省去了传统方式下必须的中间料仓、定量给料装置以及料位检测装置等，厂房高度与投资得到大大降低，可靠性高。

山东省临沭县郭瑞《挤压造粒无烘干生产硫酸钾镁肥的工艺》（申请号：200810016920.7）发明涉及一种挤压造粒无烘干生产硫酸钾镁肥的工艺，其特点在于：将硫酸钾、五水硫酸镁、保水剂以及中、微量元素按照46∶35∶0.6∶18.4的重量份数混合，充分均匀搅拌后，送至加料斗,然后经轧片、切碎、整粒、筛分后包装成品。所述的中、微量元素包括：沸石粉、硼砂、硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁，它们按照10～20∶1～3∶1～2.5∶0.1～1.5∶0.1～1的重量份数比混合均匀。该发明采用挤压造粒工艺，并且添加抗旱保水促生长剂,生产的多元素硫酸钾镁保水肥产品，养分释放缓慢、肥料利用率高、缓解资源紧张，且减少土壤养分流失，保护地下水环境，安全环保。在整个生产过程中，无水分引入，无烘干过程，减少了烘干、冷却过程中的电耗、煤耗，在生产过程中无三废污染物排放。

铜陵化学工业集团有限公司的罗自力等人在《氯化钾团聚造粒工艺》（申请号：03112963.3）发明专利中，公开了一种氯化钾团聚造粒的工艺，它是将氯化钾原料、粘接剂与添加料按一定比例混合后进入团聚造粒设备，团聚造粒工艺以及粘接剂的使用与现有技术相同，所得粒子经干燥、冷却、筛分，即得成品；所述的添加料成分主要为亚铁物质，其使用的重量份占氯化钾原料重量的3%～30%。本发明通过加入添加料改进了物料的成粒性能，提高了湿粒子的强度，从而使氯化钾可以采用团聚造粒工艺进行造粒，克服了现有技术不能生产圆粒状氯化钾的缺陷。

上海化工研究院曹卫宇等人在《一种颗粒氯化钾制造方法》（申请号200410067909.5）发明专利中提供了一种颗粒氯化钾的制造方法，其步骤包括粘结剂的制备和粉状氯化钾的造粒。在水解反应釜中，按比例加入水和淀粉，在机械搅拌下，加热进行水解，制成水解淀粉粘结剂。粉状氯化钾加入到圆盘造粒机或转鼓造粒机中，按比例喷入水解淀粉粘结剂造粒成球，再经过干燥、筛分制得掺混肥料所需的颗粒氯化钾产品。该方法具有操作工艺简单、生产能力大、生产成本低廉、产品粒径范围宽、颗粒圆整、强度高等特点。

山东省聊城市梁水镇聊城泰林化工有限公司的姜传书、黄敏在《长效颗粒钾肥》（申请号：95110359.8）发明专利中，涉及一种长效颗粒钾肥制备方法，它由90%（重量百分比，下同）的水溶性钾肥作主料，配以10%的调理剂和0.2%～2%的一种硝化抑制剂作辅料，在混合均匀后，经对辊造粒而成。它延缓钾肥的水溶性，及氧化钾的释放，减少了肥效流失，抑制了作物早期奢侈吸收，提高了钾肥的利用率和肥效。

江苏南化集团研究院的周耕勤等人在《一种颗粒肥料的制造方法》（申请号00133280.5）专利中，主要阐述了在肥料原料中加入5%～50%(重量)的造粒粘结剂，同时加入3%～30%(重量)酸浓度在5％～80％(重量)的酸活化剂进行造粒，经干燥、冷却、筛分后即可得到粒度均匀、颗粒圆整、强度高的颗粒肥料。该发明适用于生产各种单元素颗粒肥料，如颗粒氯化钾、颗粒硫酸钾等，也适合于生产多元素的专用复混肥料。该方法具有工艺简单，投资省，成本低，颗粒质量好等特点。

发明内容

本发明的目的是采用常规的转鼓造粒机或圆盘造粒机，用氯化镁/硫酸镁溶液与氧化镁作造粒添加剂，分别对粉状氯化钾或硫酸钾进行造粒。本工艺过程操作简单，生产能力大，生产成本低廉，产品粒径范围宽，外观均匀圆整，颗粒强度高等特点。本发明工艺方法可借助目前大多数复肥生产企业装置生产出可用于掺混肥料使用的颗粒钾肥产品。

本发明的一种颗粒状钾肥的制备方法的步骤包括：

（1）造粒用添加剂的制备：氧化镁与氯化镁或硫酸镁水溶液进行反应，生成氯氧镁水合物或硫氧镁水合物，反应体系投料摩尔比为：氯化镁或硫酸镁﹕氧化镁﹕水等于1﹕3～5﹕10～50；按上述投料配比，首先将氯化镁或硫酸镁溶解到水中制成溶液，再按上述投料配比添加具有活性的粉状氧化镁，搅拌混合均匀，形成流动性良好的粘结剂料浆。

（2）粉状氯化钾或硫酸钾的造粒：在造粒机中将粘结剂料浆喷洒加入由原料粉状氯化钾或硫酸钾、返料组成的料床中进行造粒，再经过干燥、冷却、筛分，即可制得所需的颗粒状钾肥成品。

本发明制备方法的步骤（2）造粒过程中通入蒸汽进行连续造粒。

本发明制备方法的步骤（2）造粒过程中粘结剂用量为粉状氯化钾或硫酸钾用量的1wt%～40wt%。

本发明制备方法的步骤（2）造粒过程中粘结剂优选用量为粉状氯化钾或硫酸钾用量的3wt%～18wt%。

本发明制备方法的步骤（2）造粒过程中的造粒机为转鼓造粒机或圆盘造粒机。

本发明钾盐造粒过程中经过筛分后的不合格粒子经过破碎后作为返料重复使用，返料与原料粉状氯化钾或硫酸钾的重量比为0.5～4﹕1。

本发明造粒所需的粉状氯化钾或硫酸钾原料的平均粒径范围为0.10～0.55mm。

本发明制得的成品颗粒状钾肥中颗粒氯化钾中K₂O含量≥55wt%，颗粒硫酸钾中K₂O含量≥46wt%；粒径范围2～4.75mm。

本发明造粒添加剂的制备反应方程式如下：

体系一：

5MgO+MgCl₂+13H₂O=5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O(5-1-8相)

3MgO+MgCl₂+11H₂O=3Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O(3-1-8相)

体系二：

5MgO+MgS0₄+13H₂O=5Mg(OH)₂·MgSO₄·8H₂O(5-1-8相)

3MgO+MgSO₄+11H₂O=3Mg(OH)₂·MgSO₄·8H₂O(3-1-8相)

本发明专利所涉及的颗粒氯化钾或颗粒硫酸钾肥等钾肥生产制备工艺与现有技术相比，具有以下技术特点：

1)本发明采用一种高效、廉价的气凝性粘结剂氯氧镁材料，可将难以成粒的粉状钾盐，通过团聚方法制备成为颗粒圆整的高强度的球形钾盐成品。

2)造粒过程通过加入蒸汽，可提高造粒温度，降低造粒水分，同时可促进颗粒钾肥成品强度的增加，更有利于生产装置产能提升。

3)成品颗粒氯化钾K₂O可达到55%以上，颗粒硫酸钾K₂O可达到46%以上，粒径范围2～4.75mm。

4)采用本发明方法生产的颗粒钾肥产品，颗粒强度大，外形圆整，贮存使用过程不产生结块现象。

附图说明

附图是本发明颗粒状钾肥制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

为了更好地实施本发明，特举例说明如下。本发明的范围决不限于这些具体实施例所描述的特征。

实施例1

将10千克氯化镁加入94.7千克的水中，搅拌溶解，加入21.5千克的粉状氧化镁，搅拌均匀。将混合料浆泵送进入转鼓等型式的造粒机中，均匀喷洒在944千克K₂O含量为60.0%的粉状氯化钾和1880千克返料形成的造粒料床中，适量通入蒸汽进行连续造粒，再经过干燥、筛分、冷却，即可成为K₂O含量为56.6wt%的颗粒状氯化钾产品；产品外观均匀圆整，粒径范围2～4.75mm。

实施例2

将10千克氯化镁加入37.8千克的水中，搅拌溶解，加入12.9千克的粉状氧化镁，搅拌均匀。将混合料浆泵送进入转鼓等型式的造粒机中，均匀喷洒在966千克K₂O含量为60.0%的粉状氯化钾和483千克返料形成的造粒料床中，适量通入蒸汽进行连续造粒，再经过干燥、筛分、冷却即可成为K₂O含量为58.0wt%的颗粒状氯化钾产品；产品外观均匀圆整，粒径范围2～4.75mm。

实施例3

将6.5千克氯化镁加入88.6千克的水中，搅拌溶解，加入21.5千克的粉状氧化镁，搅拌均匀。将混合料浆泵送进入圆盘等型式的造粒机中，均匀喷洒在972千克K₂O含量为60.0%的粉状氯化钾和1000千克返料形成的造粒料床中，适量通入蒸汽进行连续造粒，再经过干燥、筛分、冷却，即可成为K₂O含量为57.7wt%的颗粒状氯化钾产品；产品外观均匀圆整，粒径范围2～4.75mm。

实施例4

将2.5千克氯化镁加入100千克的水中，搅拌溶解，加入7.5千克的粉状氧化镁，搅拌均匀。将混合料浆泵送进入转鼓等型式的造粒机中，均匀喷洒在990千克K₂O含量为60.0%的粉状氯化钾和500千克返料形成的造粒料床中，适量通入蒸汽进行连续造粒，再经过干燥、筛分、冷却，即可成为K₂O含量为58.8wt%的颗粒状氯化钾产品；产品外观均匀圆整，粒径范围2～4.75mm。

实施例5

将8千克氯化镁加入80千克的水中，搅拌溶解，加入40千克的粉状氧化镁，搅拌均匀。将混合料浆泵送进入圆盘造粒机中，均匀喷洒在952千克K₂O含量为60.0%的粉状氯化钾和2000千克返料形成的造粒料床中，适量通入蒸汽进行连续造粒，再经过干燥、筛分、冷却，即可成为K₂O含量为57wt%的颗粒状氯化钾产品；产品外观均匀圆整，粒径范围2～4.75mm。

实施例6

将10千克硫酸镁加入75.0千克的水中，搅拌溶解，加入16.7千克的粉状氧化镁，搅拌均匀。将混合料浆泵送进入转鼓等型式的造粒机中，均匀喷洒在954千克K₂O含量为50.0%的粉状硫酸钾和3780千克返料形成的造粒料床中，适量通入蒸汽进行连续造粒，再经过干燥、筛分、冷却即可成为K₂O含量为47.7wt%的颗粒状硫酸钾产品；产品外观均匀圆整，粒径范围2～4.75mm。

实施例7

将4.3千克硫酸镁加入37.5千克的水中，搅拌溶解，加入4.3千克的粉状氧化镁，搅拌均匀。将混合料浆泵送进入转鼓等型式的造粒机中，均匀喷洒在984千克K₂O含量为50.0%的粉状硫酸钾和984千克返料形成的造粒料床中，适量通入蒸汽进行连续造粒，再经过干燥、筛分、冷却即可成为K₂O含量为49.2wt%的颗粒状硫酸钾产品；产品外观均匀圆整，粒径范围2～4.75mm。

实施例8

将4.3千克硫酸镁加入43千克的水中，搅拌溶解，加入21.5千克的粉状氧化镁，搅拌均匀。将混合料浆泵送进入转鼓等型式的造粒机中，均匀喷洒在975.2千克K₂O含量为50.0%的粉状硫酸钾和1000千克返料形成的造粒料床中，适量通入蒸汽进行连续造粒，再经过干燥、筛分、冷却即可成为K₂O含量为48.8wt%的颗粒状硫酸钾产品；产品外观均匀圆整，粒径范围2～4.75mm。

实施例9

将6.2千克硫酸镁加入62千克的水中，搅拌溶解，加入18.6千克的粉状氧化镁，搅拌均匀。将混合料浆泵送进入圆盘造粒机中，均匀喷洒在975千克K₂O含量为50.0%的粉状硫酸钾和4000千克返料形成的造粒料床中，适量通入蒸汽进行连续造粒，再经过干燥、筛分、冷却即可成为K₂O含量为48.7wt%的颗粒状硫酸钾产品；产品外观均匀圆整，粒径范围2～4.75mm。

实施例10

将1.9千克硫酸镁加入95千克的水中，搅拌溶解，加入9.5千克的粉状氧化镁，搅拌均匀。将混合料浆泵送进入圆盘造粒机中，均匀喷洒在989.5千克K₂O含量为50.0%的粉状硫酸钾和495千克返料形成的造粒料床中，适量通入蒸汽进行连续造粒，再经过干燥、筛分、冷却即可成为K₂O含量为49.5wt%的颗粒状硫酸钾产品；产品外观均匀圆整，粒径范围2～4.75mm。

Claims

1.一种颗粒状钾肥的制备方法，其特征在于该方法步骤包括：

（1）造粒用添加剂的制备：氧化镁与氯化镁或硫酸镁水溶液进行反应，生成氯氧镁水合物或硫氧镁水合物，反应体系投料摩尔比为：氯化镁或硫酸镁﹕氧化镁﹕水等于1﹕3～5﹕10～50；按上述投料配比，首先将氯化镁或硫酸镁溶解到水中制成溶液，再按上述投料配比添加具有活性的粉状氧化镁，搅拌混合均匀，形成流动性良好的粘结剂料浆，

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）造粒过程中通入蒸汽进行连续造粒。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）造粒过程中粘结剂用量为粉状氯化钾或硫酸钾用量的1wt%～40wt%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）造粒过程中粘结剂优选用量为粉状氯化钾或硫酸钾用量的3wt%～18wt%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）造粒过程中的造粒机为转鼓造粒机或圆盘造粒机。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，钾盐造粒过程中经过筛分后的不合格粒子经过破碎后作为返料重复使用，返料与原料粉状氯化钾或硫酸钾的重量比为0.5～4﹕1。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，造粒所需的粉状氯化钾或硫酸钾原料的平均粒径范围为0.10～0.55mm。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制得的成品颗粒状钾肥中颗粒氯化钾中K₂O含量≥55wt%，颗粒硫酸钾中K₂O含量≥46wt%，粒径范围2～4.75mm。