綠色肥料的制備方法

張瑞潔 施軍營 平義超 喬如林 王超(藍德環保科技集團股份有限公司，山東 德州 253000)

0 引言

在當前我國愈發重視環境保護的趨勢下，使得發展生態變得愈發重要。綠色肥料的應用是實現人與自然和諧相處的關鍵環節之一，但由于各地對肥料制備缺乏認知，出現了環境惡化的現象。為實現經濟的可持續發展，需要對肥料制備方法進行創新，以達到維持生態平衡保護環境的要求。綠色理念下的硫酸鉀肥料不僅能夠在最大程度上滿足農作物生長需求，且可以避免病蟲害的侵襲，在此過程中保護生態環境，已成為我國經濟發展的一種重要技術，對實現可持續發展有著推動性作用。

1 制備綠色肥料的意義

中國是鉀資源相對短缺的國家，已探明地質儲量約10億t，主要分布在青海、西藏和云南三省，但其不僅是植物生長必須的三大營養元素之一，也是動植物生長發育過程中不可或缺的營養元素。受鉀鹽成礦地質條件影響，全球鉀鹽資源的分布高度集中，主要分布在歐洲、北美等地區，加拿大、白俄羅斯和俄羅斯3個國家就占了全球總儲量的70%，而中國、美國、德國、智利、英國、巴西6個國家鉀鹽儲量約占全球總量的24%，可以看出資源的高度集中性[1]。鉀鹽是重要的肥料，對絕大多數農作物都有明顯的增產效果，所以鉀資源日益成為關系國家糧食安全戰略意義的重要資源。

硫酸鉀是鉀肥中的重要品種，使用硫酸鉀既可提高作物產量，還可改善其品質，用于缺硫土壤，可提高作物的抗病能力，其作為一種優質肥料，鹽堿地指數僅是氯化鉀的40%左右，特別適合于一些如煙草、西瓜、茶葉、柑桔、葡萄等忌氯的經濟作物。制備硫酸鉀綠色生態肥料的方法大致可劃分為3大類：

(1)利用硫酸鹽礦或多組分的鉀鹽礦制取硫酸鉀，該方法的操作較為簡單，且成本較低。

(2)利用鹽湖鹵水及地下鹵水制取硫酸鉀，利用鹽湖鹵水生產硫酸鉀不需要另外加任何原料，投資少、腐蝕小，不會對周邊生態造成污染。

(3)利用硫酸或硫酸鹽與氯化鉀轉化制取硫酸鉀，包括曼海姆法、締置法、硫酸銨轉化法、芒硝轉化法等。

本文將以芒硝轉化為主，對鉀芒硝和硫酸鉀制備的條件進行了研究，此法制得的硫酸鉀能達到GB/T 20406—2017《硫酸鉀應用規范》中水鹽體系粉末結晶狀優等品的技術要求，詳見表1，為復分解法制備硫酸鉀提供理論支持，在此基礎上淺談綠色肥料的制備。

表1 硫酸鉀鉀肥國家標準

2 生態肥料制備的重要作用

相對傳統肥料制備而言，必須要以保護、改善生態環境為基礎，遵循生態學、生態經濟學規律，生態肥料制備可以在一定程度上，有效提高肥料產量，并在此基礎上節約成本、減少環境污染。在生態經濟建設中，肥料制備有著重要作用，其不僅能夠使植物的生長更健康，還能夠保護植物的生長環境。當前我國生態部門已將肥料制備應用放在肥料制備行業發展的首要位置，以此促進我國經濟的發展。在以往農作物種植中，部分農民為保證其質量和產量，會通過大量施加乙烯或乙醇的方式提高農副產品產量，但極其容易引起面源污染，如發生面源污染，將會對我國造成巨大經濟損失。

引入硫酸鉀肥料制備則可以將生產方式創新，在保證農作物質量和產量的同時，減少對生態環境的危害[2]。芒硝制鉀肥的運用需要著重關注栽培技術、旱地栽培技術等，可以說生態是運用系統工程方法和現代科學技術，從而提高技術的應用效果。芒硝制鉀肥可以實現農產品安全無公害，可通過多種方式來規避病蟲害對農作物的影響，增強農產品的綠色特性，降低病蟲害對農作物的影響。將其應用在生態發展中，可以建立長期穩定的發展模式，加強對鉀肥的應用制造，從而維持生態環境的平衡，增加經濟效益。因此，需要進一步完善肥料制備，使農作物滿足綠色農產品生產要求，為人們提供更加安全、可靠的食物，節約不必要的成本支出，發揮現代化技術的作用。

3 生態肥料制備的實施與應用

所謂的生態肥料制備，就是突出高產、優質、高效、生態、安全支撐作用[3]。現代肥料制備正朝著微觀與宏觀兩個方向發展，應用生態學和系統工程學的原理和方法，能夠在宏觀指導下進行微觀研究，建立肥料應用決策體系。發展生態營造有利環境，構建立體化的肥料制備體系。在利用芒硝制鉀肥的過程中，必須明確技術的使用方法并控制用量，做好降排的工作，貫穿到農作物種植的始末，在種植前認真整地，為農作物生長構建安全的環境。

利用芒硝制鉀肥的方法之所以在我國具有如此大的吸收引力，其原因在于我國有著極其豐富的芒硝資源[4]，且對于鉀肥有很大的需求量，產生的副產品氯化鈉可以做融雪劑，滿足我國資源二次利用的需求，避免國際上的硫酸轉化法對生產設備的腐蝕性及對操作人員的潛在的危險性，解決了高溫條件下比較難于操作的問題及對設備的材質要求比較高，且能耗高，爐體難以進行維修等難題，將微觀資料進行宏觀分析和處理，在微觀方面，運用現代科學技術成果和現代管理手段，以及傳統肥料制備的有效經驗，最終獲得較高的經濟效益、生態效益和社會效益，以此對肥料機理進行分析，并建立一支專業化的隊伍，以此為我國肥料研制提供理論依據，滿足生態的發展目標。

4 制備綠色肥料的實驗

隨著我國經濟的發展，對產品品質及技術的要求也是不斷變化的，實驗需要在保證產品質量的前提下，對工業生產過程中的綠色環保提出更高的要求。芒硝轉化法制備鉀肥生產工藝具有綠色環保，無廢水、廢氣、廢料排出，且生產條件溫和，物料循環利用、轉化率高、整個工藝流程操作簡單、方便。

4.1 實驗原理

芒硝轉化法生產K2SO4的方法是將芒硝與KCl反應首先生成鉀芒硝，然后將分離出的鉀芒硝進一步與KCl反應生成K2SO4和NaCl，經分離、干燥制得K2SO4的工藝過程。芒硝轉化法生產硫酸鉀的理論依據是K+、Na+//Cl-、SO42--H2O四元水鹽體系相圖。根據各種鹽在不同溫度下溶解度不同的差別，來進行結晶分離。KCl、NaCl、K2SO4、Na2SO4為四種鹽與水構成四元水鹽體系。在任何溫度下，K2SO4與NaCl的結晶區互不相鄰。因此，KCl與Na2SO4必須通過兩段轉化才能制取K2SO4。以芒硝、KCl和水為原料按一定比例配成混合液，通過復分解反應可以生成固相K2SO4，而反應副產物NaCl則殘留于溶液中。

4.2 鉀芒硝制備

芒硝轉化法生產硫酸鉀的理論依據是K+、Na+//Cl-、SO42--H2O四元水鹽體系相圖。根據各種鹽在不同溫度下溶解度不同的差別，來進行結晶分離。KCl、NaCl、K2SO4、Na2SO4為四種鹽與水構成四元水鹽體系。其中，NaCl與K2SO4，Na2SO4與KCl互為鹽對。在任何溫度下，K2SO4與NaCl的結晶區互不相鄰，KCl與芒硝必須通過兩段轉化才能制取K2SO4，以芒硝、KCl和水為原料按一定比例配成混合液，通過復分解反應可以生成固相K2SO4。

4.3 實驗步驟

實驗用芒硝(Na2SO4·10H2O)為原料，反應溫度為25～30℃，每步反應時間為2～3h，采用“兩部反應，一步蒸發”的實驗工藝，第一步Na2SO4·10H2O、KCl和水按一定比例混合反應分離后固體為鉀芒硝，母液進行濃縮蒸發分離出副產品NaCl；第二步為一步鉀芒硝、KCl和水按一定比例混合反應，進行固液分離得產品K2SO4，兩步反應分離后的母液參與到下個生產循環。

4.4 條件研究

固液分離是在負壓條件下分離的，水分的蒸發使NaCl從溶液中析出，在樣品的烘干過程中同樣有NaCl析出。為了提高鉀芒硝的純度，需要探究水添加量和反應時間對鉀芒硝的純度及產率的影響。由分析得出水添加量的增多，鉀芒硝的產率呈現越來越低的趨勢，因為鉀芒硝加水后不分解只溶解，隨著水添加量的繼續增加，部分鉀芒硝溶解，隨著反應時間的增加，得到的鉀芒硝的純度以及產率都是先增加后保持穩定。

4.5 制備創新

我國豐富的芒硝資源可以源源不斷地轉化為鉀肥，滿足我國國內對鉀肥的需求而改變大部分依靠進口的現狀[5]。芒硝制鉀肥法生產條件溫和，避免了國際上的硫酸轉化法對生產設備的腐蝕性及對操作人員的潛在的危險性，解決了高溫條件下比較難于操作的問題，且該工藝對設備的材質要求不高，全程無三廢產出，不僅滿足《硫酸鉀應用規范》的技術要求，且生產條件溫和、轉化率高、整個工藝流程操作簡單、方便，有效應用能夠推動我國生態發展。

5 結語

隨著我國科學技術的不斷發展，生產效率正不斷提升。在生態的發展中引入芒硝轉化制備鉀肥，不僅可以提高農作物生長效率，還能夠保證農作物的生長質量，以此加快生態建設步伐，提高肥料的質量，為我國現代化創新發展做好鋪墊。