CN104250013A - 硫酸镁的造粒方法 - Google Patents

Abstract

关于对硫酸镁造粒的方法，包括在混合装置中加水，对以无水或水合物形式存在的粉末状硫酸镁进行团聚造粒。该混合装置带有一个圆柱形的旋转容器用于容纳造粒对象。其旋转轴相对于垂直方向是倾斜的，其中该容器带有至少一个旋转的、相对于该容器的旋转中心偏心设置的混合工具以及至少一个相对于该容器的旋转中心偏心设置的刮刀。

Description

硫酸镁的造粒方法

技术领域

本发明涉及一种对无水硫酸镁或其水合物进行造粒的方法，尤其是对主要由含不同数量结晶水的硫酸镁水合物进行造粒的方法。

背景技术

硫酸镁，尤其是硫酸镁水合物、特别是一水硫酸镁（天然一水硫酸镁）已经在农业中作为镁肥得到了应用，尤其广泛用于缺镁的土壤，而且在碱性土壤（pH>7）上的施用相比其它含镁的肥料有明显优势。硫酸镁除了对植物有效的镁含量高之外，在缺硫土壤上，硫的含量更是具有额外的意义。

通常情况下生产出来的硫酸镁和其水合物是粉末状的。尔现代化的施肥方法则需要将其转化为颗粒形式。特别是用于掺混肥料（BB肥）生产时，要求颗粒大小介于约0.5mm-5mm之间。

矿质颗粒肥料的制造通常采用挤压和搅拌造粒方法，也就是将分散的细小固体粒子聚集而变大的方法。就硫酸镁颗粒而言，已知的制造方法已不能获得令人满意的结果，因为所得颗粒机械稳定性较差，尤其是耐磨损和抗破碎强度差，因而会产生粉尘和不易操作。

在通常的情况下，由于天然一水硫酸镁或合成一水硫酸镁缺乏晶格平面的可移动性而不能塑性变形，这使得挤压成粒变得困难。

为了提高矿质肥料颗粒的机械稳定性，在造粒时通常会加入粘合剂。粘合剂为液态或固态材料，其粘合力起到了聚拢粒子的作用。常见的粘合剂有水，明胶，淀粉、木素磺化盐、石灰和糖浆。但是粘合剂的使用不仅提高了成本并且有可能会对颗粒的性质产生负面影响。

从DE1183058中已知，几乎完全加热脱水后的天然一水硫酸镁可以通过搅拌方法进行造粒。由于加热脱水，使得该方法不仅复杂而且在能量利用上效率低。同时，颗粒的品质也不尽如人意。

在DE2106212中描述了对湿润的K2SO4-MgSO4水合物的进行滚筒造粒的方法。DE2316701描述了一种类似的方法，对合成的无水钾镁矾（K2SO4·2MgSO4）进行造粒。但以上方法制得的颗粒已无法满足当今的品质要求。

DE2748152描述了以硫酸铵作为造粒辅料时对天然一水硫酸镁进行搅拌造粒的方法。但制得的颗粒只有经过较长的熟化之后才能通过形成水合物达到足够的强度。另外，由于颗粒氮含量高使施肥时间受到限制。

DE3541184中描述了通过添加不溶于水的其它肥料成分，如矿渣粉和/或岩石粉，在对天然一水硫酸镁造粒而存在的肥料的情况下，必要的用量却会显著减小镁的含量。

EP1219581描述了在加入羧酸螯合物（例如柠檬酸盐）时，通过搅拌法对一水硫酸镁（天然一水硫酸镁）的造粒方法。由于使用了添加剂，自然地提高了颗粒的生产成本。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种对硫酸镁水合物造粒的方法（例如天然一水硫酸镁或合成一水硫酸镁）。该方法在没有添加或添加少量粘合剂的情况下，使得颗粒具有良好的机械强度并且尤其是还具有所希望的均匀的粒径分布。用本方法制造的颗粒具有良好的稳定性，尤其突出之处是抗破碎强度高和磨损小。此外，颗粒中的镁对于植物的有效性相对于用现有技术方法制造的颗粒会得以改善。用现有技术方法制造，颗粒中很大一部分镁不溶或难溶于水。

良好的机械强度可以通过以下详述的方法来实现。将粉末状的硫酸镁（无水硫酸镁或硫酸镁水合物）加水投入到一个属于于团聚造粒方式的混合装置中。此混合装置具有一个能够容纳造粒对象的圆柱形旋转容器。其旋转轴相对于垂直方向是倾斜的，并而该容器具有至少一个相对于容器的旋转中心偏心设置的旋转的混合工具以及至少一个相对于该容器的旋转中心偏心设置的刮刀。

依此本发明涉及一种对硫酸镁水合物造粒的方法，将粉末状的硫酸镁（无水硫酸镁或硫酸镁水合物）加水投入一个属于团聚造粒的混合装置中。此混合装置具有一个能够容纳造粒对象的圆柱形旋转容器。其旋转轴相对于垂直方向是倾斜的，并而该容器具有至少一个相对于容器的旋转中心偏心设置的旋转的混合工具以及至少一个相对于该容器的旋转中心偏心设置的刮刀。

与用其它造粒方法如挤压或团聚造粒，以及其它造粒设备（如造粒圆盘或造粒滚筒）产生的颗粒相比，本发明方法制得的颗粒具有良好的机械稳定性，尤其是抗破碎强度高和磨损低。从而可以减少甚至能够完全避免使用粘合剂。而且，所制得的颗粒也更圆，更均匀，表面也更光滑。

本发明的方法中采用的混合装置均是已知的并且可以在市场上买到。

本发明中使用的混合装置具有一个能够容纳造粒对象的圆柱形旋转容器（1）。其旋转轴相对于垂直方向是倾斜的。旋转轴相对于垂直方向的倾斜角度（倾斜角度α）比较典型的是介于10°到50°的范围内。容器高度H与容器直径D的比例通常介于3:1到1:3的范围内，特别是介于2:1到1:2的范围内。容器通常带有容器盖（11），该容器盖带有一个可关闭的投料口。，在工作中，容器处于封闭状态。容器（1）通常具有一个圆形的底部，该容器底部与一个电动机相连接，通过该电动机，容器（1）可以作旋转运动。容器底部带有一个可关闭的出料口，该出料口最好设置在容器底部的中间。

容器至少带有一个旋转的混合工具（2），该混合工具相对于容器（1）的旋转中心是偏心设置的。偏心的意思是，该混合工具的旋转轴与容器（1）的旋转轴并不重合，而是靠近容器的圆柱体内壁。混合工具（2）旋转轴的最佳位置应偏离容器的旋转中心并向靠近容器圆柱体内壁方向平移，偏离度至少应为容器半径的5%，譬如5%-60%，特别是当混合工具下端靠近容器底部的旋转轴呈倾斜角度时更应采取此位置调整。值得注意的是，混合工具应向呈倾斜状的容器的上部圆柱体内壁平移。

通常混合工具（2）带有一个转轴（21），它与该混合工具的旋转轴方向一致。该转轴（21），也就是混合工具（2）的旋转轴一般来说是平行于容器的旋转轴运动的，但也可以与其成一个>0°的角度。通常来说，该混合工具的旋转轴相对于容器（1）旋转轴倾斜角不大于20°、特别是不大于10°或5°。转轴（21）通过容器盖（11）的开口伸入容器内，可以自由旋转并向下悬挂。在该转轴上，一般安有一个或多个，例如2个到12个搅拌翼（22）。相对于混合工具的旋转轴，这些搅拌翼可以是平行或者垂直的。通常，这些搅拌翼会被设计为片状。在一个首选的实施方式中，该混合工具带有至少2个、特别是至少4个垂直于旋转轴的搅拌翼（22）。

容器装置还带有至少一个刮刀（3），该刮刀伸入容器中并且偏心设置于容器（1）的旋转中心。该刮刀（3）可以被固定住或者也可以旋转。刮刀（3）和混合工具（2）在容器中的设置，必须保证混合工具转轴旋转时不受到刮刀的阻碍。通常来说，刮刀会安置在一个平行于容器壁的杆柄上（31）。该杆柄最好在容器中被设计为片状，或者带有一个固定在其上的为片状的搅拌翼。另外，刮刀（3）可以带有一个或多个平行于该容器（1）底部的，最好为刀片式的叶片（32）。刮刀最好与容器的内壁保持较小的间距。特别是刮刀的安置，应该使它与容器的内壁形成一定的缝隙。该缝隙的宽度通常不回大于5mm，最好在2mm到3mm之间。只要刮刀带有一个或多个叶片（32），那么通常来讲，该刮刀与容器（1）底部会有一个较小的间距并且与其形成一个缝隙。刮刀的叶片（32）与容器底部之间的缝隙宽度通常不会大于2mm，最好在1mm到2mm之间。

混合工具（2）和容器（1）彼此独立地被驱动。驱动装置通常为两个独立的、可调节的电动机。这两个电机通常通过传动装置将容器（1）以及混合工具（2）相连。此外，混合装置带有常规的控制和调节设备并且该混合装置是可以加热的。

在本发明的造粒过程中，混合工具（2）和容器（1）通常具有不同的旋转速度，并且混合工具的转速一般要高于容器的转速。混合工具的转速通常为容器转数的至少2倍，尤其是至少4到5倍，例如2到100倍，特别是4到50倍，更好的是5到30倍。在造粒过程中，最好让混合工具（2）和容器（1）保持相反方向的旋转。

本方法适合对主要由至少一种硫酸镁水合物组成的混合物进行造粒。硫酸镁+水的重量占颗粒总重量的比例通常是至少在90%、特别是在95%以上。其余的重量主要是无机杂质，如包含在原料中的硅酸盐或菱镁矿。适合的水合物有一水硫酸镁（天然一水硫酸镁或合成一水硫酸镁），六水硫酸镁，七水硫酸镁以及带有5/4个结晶水的硫酸镁。

原料可以使用无水硫酸镁，一种或多种硫酸镁水合物或其与无水硫酸镁的混合物。本发明的方法被证实适合于对硫酸镁水合物的造粒，特别是适用于至少80%，最好90%的成分为一水硫酸镁和/或带有5/4个结晶水的硫酸镁的造粒。也就是说，根据本发明获得的颗粒至少含有80%，特别是90%的一水合硫酸镁和/或带有5/4个结晶水的硫酸镁。

作为造粒原料最好选择粉末状的硫酸镁，其水溶性的镁，以MgO计算，含量在25-30%的范围内。

用于造粒的原料为粉末状。与根据本发明制得的颗粒不同的是，粉末具有不规则、较不密实的特点。首选粉末的大小是，至少90%的粒子直径一般小于2mm、通常小于1.5mm、最好小于0.5mm。特别考虑使用的粉末，其90%的粒子直径在0.06mm到0.5mm的范围内。在此所述的粒子直径可以通过筛分来确定。

根据本发明，对粉末状的硫酸镁加水来进行造粒。用于造粒所需的水的重量，比较典型的是，每1千克的原料需要加水至少100克，或者是至少150克/千克，通常是介于100克/千克到400克/千克的范围内，最好是在150克/千克到350克/千克之间。这对在使用一水硫酸镁和/或带有5/4个结晶水的硫酸镁作为原料时尤其适用。在使用无水硫酸镁时，加水的量最高还可以达到500克/千克。最好是，所需加水总重量的至少90%，是在混合的过程中被注入容器中的。首选的是，把水注入到容器内混合工具的区域内但。水可以连续的或者分步多次的加入。首选的方式是迅速的加入水，或者也可以分步的加入，但最好是在1到15分钟之内加完。

首选的方式是，作为主要原料的粉末状硫酸镁，至少90%的量已经加入到造粒的容器，然后将所需的水量注入到该容器中。首选的是，水被注入到容器内混合工具的区域内。最好是迅速的加入水，或者也可以分步的加入，但最好是在1到15分钟之内。。最迟当向容器内注水时，混合工具以及容器都必须处于旋转状态，并且它们的转速应符合前面所提到的。

造粒时的温度通常在10°C到50°C之间。

在造粒之后也可以设置干燥或熟化的步骤，以使颗粒达到最终的强度。比较好的干燥或熟化的温度是在15°C到105°C之间，首选20°C到70°C。

附图说明：

图1展示了本发明所使用混合装置的一个示意性的、未按比例的侧视图。该混合装置带有一个相对于垂直方向成倾斜角度的容器（1），该容器带有一个可关闭的盖子（11），一个混合工具（2）和一个刮刀（3）。电机和控制装置在图中没有显示。穿过容器盖（11）伸入到容器内的混合工具（2）的转轴（21）的下部有八个分布在两个平面中的设计为片状的搅拌翼（22）。穿过容器盖的刮刀（3）的杆柄（31）在其最下端带有一个刀片式的、垂直于该杆柄的、例如在其纵向上弯曲的叶片（32）。杆柄（31）是可以转动的。

图2展示了图1所示混合装置的一个没有按比例的俯视示意图。

图3展示了根据实例1所制得的颗粒的照片。

具体实施方式

以下所描述的实验是在一台型号为R02的混合机中进行的。这套装置是一个可加热的和可旋转的带有可关闭盖的不锈钢容器。容器容积大约是8升，其旋转轴相对于垂直方向的倾斜约35°（倾斜角度α）。穿过容器盖进入混合容器中的是一个可以旋转的、相对于容器的旋转中心偏心设置的混合工具（搅拌器）。该混合工具带有八个垂直于混合工具的旋转轴并固定其上的翼片。还有一个穿过容器盖，平行于容器壁并且靠近容器壁的刮刀，其带有一个固定在其末端的、刀状的叶片，该叶片与容器底部形成一个约2mm的间隙。混合工具和容器分别有两个电动机来驱动。

在这些实验中采用的硫酸镁是一水合成硫酸镁。根据X射线粉末衍射仪的显示，其主要由天然一水硫酸镁和少量的硬石膏、泻利盐以及微量的滑石和石英或是菱镁矿组成。化学性质在下表中给出。

检测参数
		镁（总量），Mg	17.7%
镁（水溶性），Mg	15.7%
		硫酸盐	64.0%
MgO（计算值）	29.4%
		MgO（水溶性，计算值）	26.0%
硫酸镁（计算值）	80.2%

检测参数
		灼烧失重（在550°C）	13.7%
干燥失重（在105°C）	1.3%
		5%溶液的pH值	8,8

为了进行以下的实验，将硫酸镁水合物在1.4mm进行筛分。在以下实验中使用了小于1.4mm粒径的组分。

颗粒粒径的分布根据DIN66165方法通过筛分进行。

触觉印象显示了产品具有较小磨损和良好颗粒强度。

实例1：

首先向混合装置的容器中投入2kg粒径小于1.4mm硫酸镁水合物。关闭该容器。混合容器以32min^-1的转速而混合工具以450min^-1的转速呈反方向旋转。然后在15min之内分14次，每次加入50ml的水，每次加水间隔大约1min。在加水过程中，容器内的物料温度会升到大约40°C。在加完水后，清空该容器并且将所得的颗粒铺展在一个薄板上。

这样就制得了一种相对较圆的颗粒。通过筛分测得的粒径分布为：85%的颗粒粒径在0.5mm到1.4mm的范围内。不足13%的颗粒粒径大于1.4mm，同时大约2%的颗粒粒径小于0.5mm。

制得的颗粒具有圆形的粒状以及非常光滑、均匀的表面。

Claims (13)

1.关于对硫酸镁水合物造粒的方法，包括在混合装置中加水，对以无水或水合物形式存在的粉末状硫酸镁进行团聚造粒。该混合装置带有一个圆柱形的旋转容器用于容纳造粒对象，其旋转轴相对于垂直方向是倾斜的（倾斜角度α）。该容器带有至少一个旋转的、相对于该容器的旋转中心偏心设置的混合工具以及至少一个相对于该容器的旋转中心偏心设置的刮刀。

2.根据权利要求1所述的方法，该混合工具的旋转轴与容器的旋转轴平行或者相对于该容器的旋转轴倾斜不超过20°。

3.根据权利要求1或2所述的方法，混合工具设置更靠近容器的上部圆柱体内壁。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，刮刀与容器的上部圆柱体内壁保持一个较小的间距。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，在造粒过程中，混合工具和容器呈反向旋转。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，混合工具的转速是容器转速的5到50倍。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，每1千克粉末状硫酸镁加水量为150到350克。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，至少90%的水在造粒过程中加入。

9.根据权利要求8所述的方法，将水注入到容器中混合工具所在区域内。

10.根据权利要求8或9所述的方法，将水在1分钟到15分钟之内加完。

11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，在容器中投入至少90%的粉末状硫酸镁。

12.根据以上权利要求中任一项所述的方法，至少90%的粉末状硫酸镁的粒子直径小于2mm。

13.根据以上权利要求中任一项所述的方法，粉末状硫酸镁水溶性镁的含量，以MgO计算，在25-30%的范围内。