固體大量元素水溶肥料結塊因素分析及防控措施

周晶晶，蘇小林

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北 鐘祥 431910）

0 引言

我國磷復肥生產從2007 年以來進入產能過剩期，雖然消費量逐年上升，但利潤非常微薄。2016年12 月開始，磷酸二銨行業圍繞著“集體限產”和“聯合挺價”兩方面召開多次會議，提議以一年為周期，各大磷酸二銨企業聯合限產30%左右，以緩解產能過剩壓力。磷復肥企業紛紛轉型，開發新產品。同時，隨著我國水資源與礦物資源短缺問題日益嚴重，以水溶性肥料為代表的新型肥料備受關注。水肥同施、以水調肥不僅能節水節肥，提高水肥利用率，而且能減少勞動力投入，提高生產效率。在國家提倡發展節水節肥農業的大背景下，越來越多的企業順應時代潮流，投身水溶肥料產業［1］。

大量元素水溶肥料是指以大量元素氮、磷、鉀為主要成分，經水溶解或稀釋，用于灌溉施肥、葉面施肥、無土栽培、浸種蘸根等用途的液體或固體肥料［2］。固體大量元素水溶肥料以粉劑為主，在生產、包裝和儲運過程中受原料特性，環境溫度、濕度和儲存堆壓等因素影響易結塊。結塊產品不僅給用戶施用帶來不便，而且影響產品銷量。為此，筆者從原料特性、包裝袋類型及尺寸、環境溫度、堆存壓力和防結塊劑等方面分析固體大量元素水溶肥料結塊因素。

1 原料特性

固體大量元素水溶肥料所用原料主要有硫酸銨、氯化鉀、磷酸一銨、磷酸二氫鉀、尿素、硫酸鉀、硝酸鉀、硝酸銨等。這些原料具有不同的吸濕點，原料混合后也會導致吸濕性發生變化。比如，在30 ℃條件下，尿素的臨界相對濕度為75.2%，硝酸銨的臨界相對濕度為59.4%，當尿素與硝酸銨兩種原料混配后，其混合物的臨界相對濕度為18%。通常尿素與硫酸銨、尿素與氯化銨等混配后混合物的臨界相對濕度都在60%以下。

因此，在進行配方設計時應注意原料混合后的臨界相對濕度，減少吸濕結塊［3］。同時，根據生產排產計劃，合理安排生產原料庫存。

2 包裝袋

固體大量元素水溶肥料因其養分利用率高，每公頃施用量較普通復合肥料少，故主要的包裝規格為20 kg 和5 kg。以包裝規格為5 kg 的20-20-20 固體大量元素水溶肥料為例，對使用不同類型、不同尺寸包裝袋時，其產品結塊情況進行研究分析。

2.1 包裝袋的類型

包裝袋的類型有單內膜編織袋、雙內膜編織袋、內覆膜編織袋、鋁塑包裝袋、密封厚膜袋、帶呼吸閥密封厚膜袋。在包裝袋尺寸相同的情況下，將正常生產的產品采用不同類型包裝袋分別包裝，每種包裝袋均按五花垛進行碼垛，每層5袋，垛高24 層。在倉庫中存放90 d 后抽樣，并按照重量法檢測產品結塊率，結果見圖1。

圖1 不同類型包裝袋對產品結塊率的影響

從圖1 可知，不同類型包裝袋防結塊效果不同。內覆膜編織袋的防結塊效果最差，其主要原因是相較于單內膜編織袋和雙內膜編織袋，內覆膜編織袋灌入產品后，內覆膜和編織袋之間無空氣緩沖區，產品在灌裝和運輸過程中對膜產生的摩擦力相對較大，易造成內膜破損。內膜破損后，產品將直接與外界空氣中的水分接觸，加速結塊。鋁塑包裝袋、密封厚膜袋和帶呼吸閥密封厚膜袋較編織袋的防結塊效果要好，主要是因為鋁塑包裝袋、密封厚膜袋和帶呼吸閥密封厚膜袋采用熱熔塑封，編織袋采用縫包機線縫，線縫封口的密封效果較熱熔塑封效果差。另外，鋁塑包裝袋和密封厚膜袋相較普通內膜編織袋耐磨性更好。

對于需求量較大、儲存時間相對較短的固體大量元素水溶肥料，包裝袋可選擇20 kg規格的雙內膜編織袋，不僅提高包裝能力，也能降低包裝成本。對于需求量相對較小、養分含量高的高附加值固體大量元素水溶肥料，選擇5 kg規格鋁塑包裝袋、密封厚膜袋和帶呼吸閥密封厚膜袋，防結塊效果相差不大，但帶呼吸閥密封厚膜袋成本稍高。在高溫高濕的南方地區，選擇帶呼吸閥密封厚膜袋。密封厚膜袋上安裝單向呼吸閥，可避免肥料吸收空氣中水，同時環境溫度變化引起袋內氣體熱脹冷縮，單向呼吸閥可排出多余氣體和部分物質在高溫環境下反應分解產生的氣體及水分，不僅可以減緩結塊速率，而且可以防止脹包現象。

2.2 包裝袋的尺寸

5 kg規格的帶呼吸閥密封厚膜袋尺寸有480 mm×300 mm、500 mm × 300 mm、520 mm × 300 mm、550 mm×300 mm、550 mm × 350 mm。將正常生產的產品用不同尺寸的包裝袋分別包裝，并按五花垛進行碼垛，每層5袋，垛高24層，在倉庫中存放90 d后，抽樣按照重量法檢測產品結塊率，結果見圖2。

圖2 不同尺寸包裝袋對產品結塊率的影響

由圖2可知，不同尺寸包裝袋包裝時，固體大量元素水溶肥料防結塊效果相差不大。相對而言，包裝袋尺寸越大，防結塊效果越好。原因是尺寸大的包裝袋，在搬運和儲存過程中，肥料流動空間相對較大，使得肥料具有相對較大的松散度，減少物料表面的接觸面積。

在選擇包裝袋的尺寸時，要從防結塊效果、成本以及產品裝容量帶給消費者的觀感3個方面綜合考慮。

3 環境溫度

固體大量元素水溶肥料結塊問題主要發生在夏季的華南市場和冬季的東北市場。夏季的華南市場高溫天氣居多，冬季的東北市場極低溫天氣較多。

用5 kg規格密封厚膜袋包裝正常生產的20-20-20固體大量元素水溶肥料，在不施加壓力情況下，在不同環境溫度下儲存72 h后，采用重量法檢測結塊率，結果見表1。

表1 不同環境溫度對產品結塊率的影響

由表1可知，極端低溫和極端高溫條件下，結塊速度均會加快。但溫度達到70 ℃時，會出現明顯的脹包現象。在-18 ℃下，固體大量元素水溶肥料中所含水分和袋中空氣中所含水分固結，使肥料結塊加??；而在50 ～70 ℃時，隨著溫度升高，肥料的臨界相對濕度降低，顆粒表面吸水能力增強，結塊現象加劇。固體大量元素水溶肥料是根據配方選取的多種原料經過物理方法生產的復混肥料，生產過程中不會發生化學反應，但在高溫條件下，部分原料會發生化學反應，生成氣態物質。例如，尿素在60 ℃時開始水解，80 ℃時水解速度加快，145 ℃以上有劇增趨勢。一般認為尿素水解最初轉化為甲銨，最后分解成NH3和CO2。

針對華南和東北市場的特殊情況，一是選擇帶呼吸閥密封厚膜袋進行包裝；二是在安排發運固體大量元素水溶肥料時，華南市場盡量避開夏季，東北市場盡量避開冬季；三是減少倉儲時間，從而降低環境溫度變化導致的肥料結塊。

4 堆存壓力

固體大量元素水溶肥料一般為粉劑，相較粒狀而言，其分散性更好，物料之間的空隙更小。故一般情況下，粉劑產品的堆存高度小于粒狀產品。5 kg帶呼吸閥密封厚膜袋包裝的20-20-20 產品，按五花垛進行碼垛，每層5袋，垛高分別為8層、16層和24 層。在倉庫中存放90 d 后抽樣，按照重量法檢測結塊率，結果見圖3。

圖3 不同垛高對產品結塊率的影響

由圖3可知，隨著垛高增加，肥料結塊率緩慢增加。儲存壓力增大，會增加物料間的接觸面積，易發生晶體交聯，使肥料結塊加速。因此易結塊的大量元素水溶肥料應避免堆放過高。由圖3 可知，當垛高小于16 層時，大量元素水溶肥料的結塊率隨壓力的增大而緩慢升高；當垛高大于16 層時，結塊率升高趨勢明顯。

因此，不考慮倉儲能力的情況下，垛高越低越好。但在企業經營過程中，確定大量元素水溶肥料的堆存垛高時，不僅需要考慮垛高對產品結塊的影響，還要考慮企業實際倉儲能力和倉儲的流動速度。

5 防結塊劑

隨著近幾年水溶肥料的快速發展，針對水溶肥料的防結塊劑也迅速發展起來，一般分為水溶性固體型防結塊劑和水溶性液體型防結塊劑。針對大量元素水溶肥料主要為粉劑、且易吸濕結塊的特性，應選擇粉狀的水溶性固體型防結塊劑，例如碳酸鉀、無水硫酸鎂等無機鹽型和十二烷基苯磺酸鈉等水溶性表面活性劑型［4-6］，盡量減少水分和水不溶物進入產品中。

6 結論

（1）在設計肥料配方時，選擇合適的配伍原料，避免尿素與硝酸銨、尿素與硫酸銨、尿素與氯化銨等配伍禁忌。因硝酸銨極易結塊，且屬于易爆危化品范圍，配方中應不選硝酸銨或盡量減少其用量。

（2）在選擇包裝袋時，根據產品氮養分、產品需求量、包裝袋的成本和包裝袋的防結塊效果綜合考慮。w（N）≥20%、需求量相對較小的產品選擇5 kg規格的帶呼吸閥密封厚膜袋；w（N）＜20%、需求量相對較小的產品選擇5 kg規格的密封厚膜袋；需求量相對較大的產品選擇20 kg 規格的雙內膜編織袋。袋子尺寸在滿足消費者觀感的充填量（一般在70%～80%）下，以最小成本選擇最大的尺寸。

（3）根據華南和東北兩大銷售區域，以銷定產，盡量減少儲存時間。同時，避免或減少在高溫或低溫天氣生產、發貨。

（4）固體大量元素水溶肥料的堆存高度最高以16層為宜。

（5）固體大量元素水溶肥料的防結塊劑選擇固體粉劑。在防結塊效果相近的情況，盡量選擇綠色環保型防結塊劑，比如碳酸鉀、無水硫酸鎂等含有植物所需營養元素的無機鹽類。