一種圓球狀顆粒鉀肥的生產工藝

季保德

(安徽中元化肥股份有限公司，安徽 宿州　234600)

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一種圓球狀顆粒鉀肥的生產工藝

季保德

(安徽中元化肥股份有限公司，安徽 宿州234600)

摘要：介紹一種圓球狀顆粒鉀肥的生產工藝及其市場前景。根據氯化鉀、硫酸鉀本身的物理、化學特性，從物料前期浸潤處理、采用特殊的造粒設備、特殊的陳化工序等方面著手，經多次改進和試驗終于成功研發出了圓球狀顆粒鉀肥，生產出的圓球狀顆粒氯化鉀、圓球狀顆粒硫酸鉀外觀光滑圓潤，其K2O含量可分別達到60%、50%。

關鍵詞：圓球狀；顆粒；氯化鉀；硫酸鉀

現在生產顆粒狀鉀肥的主要方法是擠壓造粒法，用擠壓造粒機將粉狀鉀肥壓成片狀，經過破碎機破碎后再篩選出2～6 mm的不規則顆粒，用該方法生產的顆粒鉀肥不僅產量低(合格顆粒只有50%～60%)，而且外觀質量非常不規則，其主要用途就是與氮肥、磷肥摻混成BB肥料。在裝卸和運輸過程中極易離析分層；在機械化施肥過程中，因圓球狀的氮肥、磷肥與不規則的顆粒鉀肥流動速度是不一樣的，會造成農作物得到的養分不均勻。鉀肥不規則的顆粒形狀也容易卡阻施肥機下料口，造成斷肥現象。同時，不規則的鉀肥顆粒與圓球狀的氮肥、磷肥混成BB肥時，也影響BB肥的整體外觀質量。

1鉀肥的性質和生產方法

1.1氯化鉀的性質和生產方法

無色立方結晶或白色結晶；密度1.984 g/cm3；熔點770 ℃，沸點1 413 ℃，加熱至1 500 ℃時則升華；易溶于水；溶于乙醚、甘油；微溶于乙醇；不溶于鹽酸。在水中的溶解度隨溫度的升高而迅速增加；有吸濕性，易結塊。

氯化鉀的生產方法有4種：浮選法、光鹵石法、溶解結晶法、重介質分離法。

1.2硫酸鉀的物理性質與生產方法

外觀與性狀：通常狀況下為無色或白色結晶、顆?；蚍勰?。無氣味，味苦，質硬，在空氣中穩定。分子量為174.27，密度為2.66 g/cm3(20 ℃)，熔點為1 069 ℃。在水溶液呈中性，常溫下pH約為7。1 g溶于8.3 mL水、4 mL沸水、75 mL甘油，不溶于乙醇、丙酮和二硫化碳。硫酸鉀的生產方法有4種：①由氯化鉀與硫酸作用而制得；②以無水鉀鎂礬為原料制得；③以鉀鹽鎂礬為原料制得；④以明礬石為原料制得。

由含鉀礦石的自然特性和氯化鉀、硫酸鉀本身的物理化學特性所決定，使其造粒成球的難度極大，即使勉強造出了圓球狀的顆粒，也由于添加了大量的造粒劑等物質，造出來的顆粒鉀肥的K2O含量遠低于60%(氯化鉀)和50%(硫酸鉀)，在配成BB肥特別是高含量的BB肥時，難以滿足使用要求。根據氯化鉀、硫酸鉀本身的物理化學特性，從物料前期浸潤處理、采用特殊的造粒設備、設置特殊的陳化工序等方面著手，經多次改進和試驗終于成功研發出了圓球狀顆粒鉀肥，生產出的圓球狀顆粒氯化鉀、圓球狀顆粒硫酸鉀外觀光滑圓潤，其K2O含量可分別達到60%、50%。

圓球狀顆粒鉀肥生產工藝包括浸潤、造粒、陳化、干燥、冷卻、篩分、包裝等主要工序。

(1)浸潤工序的特征在于：所述的在預處理后的氯化鉀或硫酸鉀中，加入 2%～3%的生物酶調節劑并攪拌、混合均勻，分別放入并列的一組浸潤槽中，經過30～50 min后，生物酶調節劑使氯化鉀或硫酸鉀不易成球的特性發生部分改變。

(2)造粒工序的特征在于：所述的達到浸潤要求的物料，通過其下部的刮板輸送機或螺旋輸送機輸送到造粒機內，該造粒機經過改進后，具有粒度分級和內返料的特殊功能，同時輔助以 3%～5%的、具有黏性的液體調理劑，通過造粒機的轉動，使物料在造粒機內成核、擠壓、凝聚成圓球狀顆粒。

(3)陳化工序的特征在于：所述的出造粒機的顆粒進入特殊的陳化工序進行陳化處理，該過程分自動陳化和自然陳化。自動陳化是造粒后的顆粒在陳化機內，經過15～20 min的時間和20～35 ℃的溫度后，使顆粒具有了一定的強度和冷硬性，避免了干燥和冷卻過程中顆粒粉化現象的產生；自然陳化是將造粒后的顆粒放置在干凈、平坦的水泥地面(或裝在過渡性的包裝袋中，不允許堆垛)上，依靠自然界的溫度來增加其強度和冷硬性，當其強度和冷硬性達到干燥和冷卻工藝的要求后，再進入干燥和冷卻系統。

(4)干燥工序的特征在于：所述的陳化處理后的物料送入干燥機內進行干燥，干燥溫度控制在120～480 ℃，干燥機的直徑為φ1.5～2.2 m，長度為22～35 m，其安裝的傾斜角度為2.5°～3.8°，轉速為2.8～4.5 r/min。

(5)冷卻工序的特征在于：所述的干燥后的物料進入冷卻機內進行冷卻，冷卻機的直徑為φ1.2～2.0 m，其長度為20～32 m，其安裝的傾斜角度為2.5°～3.8°，轉速為3.5～5.5 r/min。

(6)篩分工序的特征在于：所述的冷卻后的物料進入篩分系統，該篩分可以是滾筒篩分機，也可以是振動篩分機，篩網的孔徑分別為2.6 mm×2.6 mm、4.6 mm×4.6 mm，篩分后的細粉(無大顆粒)返回造粒系統重新造粒。合格顆粒包裝成產品。干燥和冷卻尾氣經各自的除塵系統處理后達標排放，回收的細小粉塵一部分在線返回，一部分集中清理后返回造粒系統。

1.3圓球狀顆粒鉀肥與擠壓造粒生產工藝的區別

(1) 工作原理不同。擠壓造粒是將按比例配好的混合物料強制送入一對大小相等、轉速相等、相向旋轉的擠壓輥輥縫之間，在7～9 MPa的擠壓力作用下，物料被擠壓成密實的片料。擠壓輥一般呈水平布置，一輥固定、一輥浮動(浮動輥即加壓輥，由液壓缸加載)，一般輥面上有規則排列的形狀、大小一致的凹槽、穴孔或凸起，經過配比的粉狀物料從上方均勻連續地加入兩輥之間，到達加壓角α(α=20°～30°)內即進入擠壓角β(β=10°～15°)，物料被強制喂入。隨著輥子的連續旋轉，物料被擠壓，當兩輥半徑連線成水平位置時，壓力達到最大(Pmax)，然后壓力迅速降低，此時成型物料在回彈力的作用下脫離與輥面的貼合，進入下一工序經破碎、篩分后即可得到所需粒度的顆粒肥料。

擠壓過程中物料的成型機理一般為：物料受到擠壓后，其顆粒將進行重排，并排出顆粒間的空氣，從而減小物料間的空隙。其過程為：①物料的重排；②碎裂；③塑性流動3個階段。這幾個階段不一定是按順序進行的，可能穿插發生。擠壓的結果：物料的壓縮比接近2.5∶1，氣體的去除率在60%以上。

影響擠壓效果的因素主要有以下4個：①進料的粒度大小。其合適的范圍應控制在0.1～1 mm。過細的物料(<0.1 mm)含空氣太多，影響成品料片的密實度，而且會對擠壓過程產生影響(造成擠壓機振動加劇)；過大的物料又需消耗更多的壓碎能量。所以要很好地控制進料粒度；②物料的硬度或塑性。有些物料如氯化鉀、磷酸二銨及尿素，塑性較好，擠壓成粒的效果較好。而硫酸鉀、硫酸銨、磷礦粉的塑性差，不易擠壓成粒。為了達到較好的效果,可配加適量的粘合劑；③物料的水分。原料中少量的水分均能起到粘合劑的作用；④物料的溫度。在擠壓過程中粒子間的摩擦會加劇并產生熱量而使物料的溫度升高。一般來說，溫度升高有利于得到較密實的擠壓產物——料片，但過高的溫度會帶來不利影響，特別是含尿素的配料溫度過高時，易發生粘輥現象。一般溫度要控制在70～80 ℃之間。這可借助擠壓輥內部循環冷卻水量的大小來控制。

圓球狀顆粒鉀肥的生產工藝是根據氯化鉀、硫酸鉀本身的物理化學特性，從物料前期浸潤處理、采用特殊的造粒設備、設置特殊的陳化工序等方面著手，經團聚、粘裹成顆粒狀，經干燥、冷卻、篩分后包裝成產品。

(2)外觀形狀不同。擠壓造粒生產工藝生產出的顆粒是不規則的顆粒，圓球狀顆粒鉀肥的生產工藝生產的是圓球狀顆粒。

(3)干燥過程不同。擠壓造粒生產工藝無干燥過程，圓球狀顆粒鉀肥的生產工藝需進行干燥。

(4)流動性不同。擠壓造粒生產工藝生產出的顆粒流動性差，圓球狀顆粒鉀肥的生產工藝生產的顆粒流動性好。

(5)離析性不同。擠壓造粒生產工藝生產出的顆粒在裝卸和運輸過程中極易離析分層，圓球狀顆粒鉀肥的生產工藝生產的顆粒在裝卸和運輸過程中不離析分層。

(6)生產能力不同。擠壓造粒生產工藝產能較小，圓球狀顆粒鉀肥的產能較大。

(7)工藝流程不同。擠壓造粒生產工藝流程簡單，圓球狀顆粒鉀肥的生產工藝流程較擠壓造粒生產工藝復雜。

2工藝流程

將氯化鉀或硫酸鉀原料先進行浸潤處理。浸潤處理主要是在預處理后的氯化鉀或硫酸鉀中，加入一定量的生物酶調節劑并攪拌、混合均勻，分別放入并列的一組浸潤槽中，經過一段時間后，生物酶調節劑使氯化鉀或硫酸鉀不易成球的特性發生部分改變。達到浸潤要求的物料，通過其下部的刮板輸送機或螺旋輸送機輸送到造粒機內(該造粒機經過改進后，具有粒度分級和內返料的特殊功能)，同時輔助以少量具有黏性的液體調理劑，使物料在造粒機內造成圓球狀顆粒。出造粒機的顆粒進入特殊的陳化工序進行陳化處理，該陳化過程分自動陳化和自然陳化。自動陳化是造粒后的顆粒在陳化機內，經過一定的時間和溫度后，使顆粒具有了一定的強度和冷硬性，避免了干燥和冷卻過程中的顆粒粉化現象的產生；自然陳化是將造粒后的顆粒放置在干凈、平坦的水泥地面(或裝在過渡性的包裝袋中，不允許堆垛)上，依靠自然界的溫度來增加其強度和冷硬性，當其強度和冷硬性達到干燥和冷卻工藝的要求后，再進入干燥和冷卻系統。陳化處理后的物料送入干燥機內進行干燥、冷卻機內進行冷卻，冷卻后的物料進入篩分系統，篩分后的細粉(無大顆粒)返回造粒系統重新造粒，合格顆粒包裝成產品。干燥和冷卻尾氣經各自的除塵系統處理后達標排放，回收的細小粉塵一部分在線返回，一部分集中清理后返回造粒系統。其主要工藝流程見圖1。

圖1　工藝流程

3生產過程控制的關鍵環節

3.1原料浸潤處理

原料浸潤處理的好壞，是決定能否成球和成球率高低的關鍵因素之一。不僅要將物料混拌均勻，還要控制好浸潤劑(生物酶調節劑)的加入量(2%～3%)、浸潤時間(一般情況下為30～50 min)的長短。

3.2造粒

由于氯化鉀或硫酸鉀具有特殊的物理和化學性狀，決定了其相互之間的黏合性較差，造粒時不易成球，即使在原料浸潤處理滿足造粒要求的前提下，如采用普通的造粒方式，也難以提高造粒成球率，必須對造粒機內部結構進行改造，增加了造粒機內部粒度分級結構和內返料結構，使其具有粒度分級和內返料的特殊功能，以滿足其成球對設備的特殊要求。與此同時，還必須加入少量的適合鉀肥造粒、具有黏性的液體調理劑。在這三者都達到要求的情況下，才能實現正常的造粒。

3.3陳化處理

造粒后的物料需要在一定的溫度下、經過一定的時間陳化處理后，才能進入干燥機進行干燥。自動陳化工序是造粒后的顆粒在陳化機內，經過一定的時間和溫度后，使顆粒具有了一定的強度和冷硬性，當其強度和冷硬性達到干燥和冷卻工藝的要求后，再進入干燥和冷卻系統，這樣便可避免干燥和冷卻過程中的顆粒粉化現象的產生。如不進行陳化處理或者陳化處理效果不好，物料會在干燥過程中大面積粉化，導致產量降低、系統內粉料增多、生產工藝系統惡化。

3.4主要工藝指標

浸潤劑(生物酶調節劑)的加入量： 2%～3%；浸潤時間(一般情況下)： 30～50 min；(造粒)液體黏性調理劑用量： 3%～5%；自動陳化溫度：20～35 ℃；自動陳化時間：15～20 min；顆粒自動陳化后的抗壓強度：6～8 N；造粒成球率：85%～90%；產品水分：0.2%～0.6%；粒度范圍：2.0～4.5 mm；顆?？箟簭姸龋?8～25 N；養分：氯化鉀56%～60%，硫酸鉀46%～50%。

4成本核算

以5萬t/a氯化鉀生產線為例，成本核算見表1。

表1　成本核算

圓球狀顆粒氯化鉀的市場售價為2 600～2 650元/t，噸肥利潤為400～450元/t。

5生產裝置投資情況

5萬t/a生產線設備投資800萬～1 250萬元，10萬t/a生產線設備投資1 850萬～2 200萬元。

6結語

隨著農民科學種田意識和科學施肥意識的提高、農村土地適度集約化經營的普及、社會化的農化服務功能的增強和網絡的健全，無論是轉鼓造粒工藝還是高塔造粒工藝生產的復合肥，最終都將會被BB肥和水溶肥所取代。因水溶肥大部分用于經濟作物，BB肥大部分用于大田作物，在未來的肥料市場中，BB肥所占的比重會遠大于水溶肥。目前國內BB肥發展受限的主要原因之一，很大程度上是受到不規則顆粒鉀肥的制約。圓球狀顆粒鉀肥的問世，肯定會大幅度地改變目前和今后一個時期的鉀肥市場的現狀和BB肥市場的格局，增加鉀肥銷售的亮點，更能推動整個BB肥行業的快速發展，加快BB肥行業技術升級的步伐。

A Globular Potassium Fertilizer Process

JI Bao-de

(AnhuiZhongyuanFertilizerCo.,Ltd.，SuzhouAnhui234600China)

Abstract：This paper introduces a globular potassium fertilizer production process and its market prospect. As per the physical and chemical characteristics of potassium chloride and potassium sulfate, several improvements and experiments have been made in the aspects of feedstock impregnation, special granulation equipment and special aging section etc. to finally come up with globular potassium fertilizers—globular potassium chloride and globular potassium sulfate with slick and mellow appearance and 60% and 50% K2O content respectively.

Keywords：globular shape; particle; potassium chloride; potassium sulfate

收稿日期：2015-10-01

中圖分類號：TQ 443

文獻標識碼：B

文章編號：1004-8901(2016)02-0036-04

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.02.010 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.02.010

作者簡介：季保德(1961年-)，男，安徽臨泉人，高級工程師，現任安徽六國化工股份有限公司的控股子公司——安徽中元化肥股份有限公司總工程師。