磷酸一銨
由于粉狀磷酸一銨主要用作復(fù)混肥生產(chǎn)的基礎(chǔ)原料,用戶對(duì)其結(jié)塊性有較高的要求。
1粉狀磷酸一銨結(jié)塊的原因
導(dǎo)致粉狀磷酸一銨結(jié)塊的原因比較多,主要是以下三個(gè)方面:
(1) 產(chǎn)品游離水分含量過高。包裝后,貯存、運(yùn)輸過程中因壓力、溫度、受潮等外部條件的變化,使產(chǎn)品微粒局部發(fā)生微小的溶解與重結(jié)晶而結(jié)塊。
(2) 產(chǎn)品包裝溫度過高。一方面,高溫產(chǎn)品微粒軟化,包裝堆碼后,微粒受壓變形,粘連結(jié)塊。另一方面,在較高溫度下包裝后,顆粒內(nèi)部水分繼續(xù)蒸發(fā)至表面和袋內(nèi)空氣中,冷卻至露點(diǎn)以下,空氣中水分冷凝于微粒表面。使微粒表面發(fā)生局部溶解與重新結(jié)晶,導(dǎo)致粘連結(jié)塊。
(3) 原料磷酸帶入Fe、Al、Mg、K、Na、F、Si等雜質(zhì)。雜質(zhì)進(jìn)入濕法磷酸,在磷銨生產(chǎn)過程中形成復(fù)合鹽類,改變了產(chǎn)品的臨界相對(duì)濕度、吸濕性與溶解度,使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降,微粒局部發(fā)生溶解與重結(jié)晶加劇,導(dǎo)致粘連結(jié)塊。
2我國(guó)粉狀磷酸一銨生產(chǎn)工藝存在的主要問題
目前,我國(guó)粉狀磷酸一銨生產(chǎn)方法主要有兩種。一是料漿濃縮法,由于采用雜質(zhì)含量高的磷礦進(jìn)行生產(chǎn),所得產(chǎn)品P2O5及N含量均較低。二是磷酸濃縮,加壓中和、噴霧自然干燥法。采用優(yōu)質(zhì)磷礦為原料,其所得產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到ZBG21009-90標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的I類產(chǎn)品指標(biāo),即:
指標(biāo) 優(yōu)等品 一等品w
(P2O5有效)/% ≥49.0 ≥47.0
(中性檸檬酸銨溶性P2O5)
ω(P2O5水溶)/% ≥44.0 ≥41.0
ω(N總)/% ≥9.0 ≥8.0
ω(H2O游離)/% ≤7.0 ≤9.0
這一標(biāo)準(zhǔn),顯然是根據(jù)加壓中和、噴霧自然干燥生產(chǎn)工藝所能達(dá)到的一般性指標(biāo)而制訂的。可以看出,標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品游離水分限制放得很寬。
加壓中和、噴霧自然干燥工藝是靠加壓來提高反應(yīng)及料漿溫度,提高溶解度,以保持中和料漿的流動(dòng)性。料漿經(jīng)噴嘴噴入空塔,節(jié)流膨脹為常壓,溶液中的部分水分閃蒸為水蒸氣逸出,溶液被霧化和快速冷卻,析出結(jié)晶。結(jié)晶微粒在下落過程中被塔底通入的空氣逆流冷卻以便包裝。由于在空塔中,無外來熱源,物料完全靠自身熱量閃蒸水分,但同時(shí),同一塔內(nèi)又要進(jìn)行產(chǎn)品的冷卻,后續(xù)過程又不設(shè)置專門的干燥、冷卻工序,其結(jié)果是,產(chǎn)品既不可能達(dá)到較低的游離水分含量,也難以達(dá)到較低的包裝溫度。
因此,目前加壓中和、噴霧自然干燥工藝生產(chǎn)粉狀磷酸一銨必然結(jié)塊。結(jié)塊的輕重,視原料磷礦及工藝控制條件的變化而異,這已被國(guó)內(nèi)采用該種工藝進(jìn)行生產(chǎn)的許多工廠的實(shí)踐所證實(shí)。
3表面活性劑和惰性粉末在化肥和磷銨抗結(jié)塊方面的應(yīng)用
由于吸濕性相對(duì)較小,添加劑在磷銨抗結(jié)塊方面的研究有過一些報(bào)道,但遠(yuǎn)不如在粒狀復(fù)混肥和硝銨、碳銨抗結(jié)塊方面的研究廣泛和深入。國(guó)外在處理磷酸一銨和磷酸二銨混合晶體或粒狀產(chǎn)品時(shí),加入1%～3%的煅燒白云石粉可顯著減小結(jié)塊趨勢(shì)。在氨化粒化法磷酸一銨或磷酸二銨生產(chǎn)中,加入適量的包裹油再作撲粉處理來防止結(jié)塊,并可減少生產(chǎn)過程中粉塵的飛揚(yáng)。
表面活性劑具有潤(rùn)濕、滲透、乳化、分散等諸多方面的作用,越來越廣泛地應(yīng)用于洗滌、醫(yī)藥、食品、造紙、紡織、制藥等各行各業(yè),其新的用途不斷得到研究開發(fā)。它能改變?cè)斜砻?/SPAN>(界面)的性質(zhì)和狀態(tài),降低擴(kuò)展表面(界面)所需的能量,顯著降低表面張力。
在化肥抗結(jié)塊方面經(jīng)過研究、開發(fā)并投入生產(chǎn)應(yīng)用的有粒狀復(fù)混肥和碳銨、硝銨的系列抗結(jié)塊劑。主要有惰性粉末(沸石粉、硅藻土、瓷土、滑石粉、煤粉、白堊粉、凸凹棒石粉等)、表面活性劑及高分子表面活性劑(烷基磺酸鹽、烷基(醇)聚氧乙烯醚(或硫酸鈉鹽)、松香皂、油酸鈉、烷基萘(苯)磺酸鹽、脂肪胺、烷基磺酰氯及其與聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸脂、吐溫、消泡劑、煤油的復(fù)配物等)和疏水性表面涂層(石蠟、礦物油、樹酯聚合物或其它蠟質(zhì)等)。其中的表面活性劑一類添加劑,除了能起到抗結(jié)塊效果外,還能起到增大并疏松結(jié)晶、降低水分、減少分解、提高氮素利用率,提高肥效的作用。其抗結(jié)塊機(jī)理一般認(rèn)為是防止潮濕、改變晶體、分散液膜、抑制溶解等多個(gè)方面。我們認(rèn)為與表面活性劑在肥料微粒表面成膜,阻止了微粒相互間的搭橋與粘連,以及表面活性劑的滲透、擴(kuò)散作用能夠把蒸發(fā)或吸附在肥料微粒表面的游離水分均勻地滲透、擴(kuò)散到微粒內(nèi)部有關(guān)。
而抗結(jié)塊惰性粉末一般為多內(nèi)孔性物質(zhì),其內(nèi)比表面積一般均較大,能夠把肥料表面的水分吸附到其內(nèi)孔中,從而抑制了微粒表面的溶解和重新結(jié)晶,起到抗結(jié)塊作用。
4粉狀磷酸一銨抗結(jié)塊試驗(yàn)研究
本試驗(yàn)旨在不改變工廠原有粉狀磷酸一銨生產(chǎn)工藝的前提下,尋找經(jīng)濟(jì)、有效的表面活性劑和惰性粉末添加劑作抗結(jié)塊劑,其中的表面活性劑能滿足加壓中和、噴霧自然干燥磷銨生產(chǎn)工藝的溫度(160～170℃)和壓力(0.2Mpa)條件,能與磷銨生產(chǎn)中使用的消泡劑一起配制和加入,不需添置設(shè)備。試驗(yàn)篩選出的表面活性劑和粉劑,具有添加量小、成本低、配制加入方便、抗結(jié)塊效果明顯的優(yōu)點(diǎn)。
4.1 試驗(yàn)原料
試驗(yàn)原料為工廠生產(chǎn)的粉狀磷酸一銨產(chǎn)品和a、b、c、d、e、f、g7種初選表面活性劑及h、i、j、k、l、m、n7種初選惰性粉末。
4.2 試驗(yàn)方法
各種表面活性劑配成一定濃度的溶液使用。稱取相同質(zhì)量的粉狀磷酸一銨,分別加入一定量的活性劑溶液,補(bǔ)加水至同一質(zhì)量,空白加水至同一質(zhì)量,充分拌勻,放置潤(rùn)濕2h,使液相充分浸入到粉狀磷銨小粒子內(nèi)部。于同一烘箱、同一層、相同溫度(
另在粉狀磷酸一銨產(chǎn)品中加入適量的抗結(jié)塊惰性粉末,充分混勻,裝于厚塑料袋中,于
4.3 試驗(yàn)結(jié)果
按4.2中的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。先在被壓放樣品水分9.0%～9.5%,添加劑加入量300mg/kg條件下進(jìn)行第一輪篩選,結(jié)果見表1。
試驗(yàn)篩去c、d兩種添加劑,在被壓放樣品水分6.5%～7.5%(工廠粉狀磷銨產(chǎn)品常見水分含量范圍),添加劑加入量300mg/kg條件下試驗(yàn),結(jié)果見表2。
試驗(yàn)結(jié)果,抗結(jié)塊性f、g兩種添加劑較好。在被壓放樣品水分6.5%～7.5%,添加劑加入量600mg/kg條件下做擴(kuò)大試驗(yàn),結(jié)果見表3。
由擴(kuò)大試驗(yàn)結(jié)果仍可看出,抗結(jié)塊性以f、g兩種添加劑效果較好。以f、g兩種添加劑做添加量條件試驗(yàn),結(jié)果見表4。
表4 f、g兩種表面活性劑添加量的條件試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)結(jié)果,f、g兩種添加劑加入量900～1200mg/kg效果較好。除起到抗結(jié)塊效果外,f、g兩種表面活性劑還能起到增大結(jié)晶,改善料漿噴霧性能等作用,對(duì)農(nóng)作物無害。
按4.2中的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果見表5。
表5 各種惰性粉末的試驗(yàn)結(jié)果
由試驗(yàn)結(jié)果可以看出,惰性粉末的抗結(jié)塊效果m號(hào)最佳,添加3%的量可以做到完全不結(jié)塊(當(dāng)產(chǎn)品中水分含量控制在4.5%～5.5%時(shí),工廠MAP產(chǎn)品中加入3%的惰性粉末抗結(jié)塊劑,有效P2O5、水溶性P2O5及總N含量仍可達(dá)到ZBG21009-90標(biāo)準(zhǔn)一等品指標(biāo),惰性粉末對(duì)農(nóng)作物無害。
5經(jīng)濟(jì)分析
(1) 以添加表面活性劑f、g
(2) 以添加惰性粉末m號(hào)3%計(jì)。m的價(jià)格為1200元/t。則每噸MAP產(chǎn)品添加m的成本為36元。但由于添加的惰性粉末抗結(jié)塊劑同時(shí)又起到了MAP富余養(yǎng)分的稀釋作用(MAP售價(jià)約1300元/t),故其添加成本可忽略不計(jì)。
6小結(jié)與討論
(1) f、g兩種表面活性劑對(duì)粉狀磷酸一銨具有明顯的抗結(jié)塊效果,并能改善磷銨料漿的噴霧性能,增大結(jié)晶,減少產(chǎn)品中的空心粒子。其每噸磷銨產(chǎn)品的添加成本分別為9.6元和12.0元。目前,工業(yè)生產(chǎn)性試驗(yàn)已證明上述試驗(yàn)室研究結(jié)果。
(2) m號(hào)惰性粉末對(duì)粉狀磷酸一銨具有明顯的抗結(jié)塊效果。當(dāng)控制磷銨產(chǎn)品水分在5%左右時(shí),還可起到產(chǎn)品富余養(yǎng)分的稀釋作用,其添加成本可忽略。試驗(yàn)研究結(jié)果有待工業(yè)生產(chǎn)驗(yàn)證。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 姚永發(fā).磷酸、磷銨、重鈣技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996.
[2] 謝為杰.化肥工業(yè)大全[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1988.
[3] 劉程.表面活性劑應(yīng)用手冊(cè)(第2版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1994.
[4] 許洪興,沈根清.復(fù)混肥的防結(jié)塊[J].磷肥與復(fù)肥,1998,13(4):5254.·
