一种圆球状颗粒钾肥的生产工艺

季保德

(安徽中元化肥股份有限公司，安徽 宿州　234600)



一种圆球状颗粒钾肥的生产工艺

季保德

(安徽中元化肥股份有限公司，安徽 宿州234600)

摘要：介绍一种圆球状颗粒钾肥的生产工艺及其市场前景。根据氯化钾、硫酸钾本身的物理、化学特性，从物料前期浸润处理、采用特殊的造粒设备、特殊的陈化工序等方面着手，经多次改进和试验终于成功研发出了圆球状颗粒钾肥，生产出的圆球状颗粒氯化钾、圆球状颗粒硫酸钾外观光滑圆润，其K2O含量可分别达到60%、50%。

关键词：圆球状；颗粒；氯化钾；硫酸钾

现在生产颗粒状钾肥的主要方法是挤压造粒法，用挤压造粒机将粉状钾肥压成片状，经过破碎机破碎后再筛选出2～6 mm的不规则颗粒，用该方法生产的颗粒钾肥不仅产量低(合格颗粒只有50%～60%)，而且外观质量非常不规则，其主要用途就是与氮肥、磷肥掺混成BB肥料。在装卸和运输过程中极易离析分层；在机械化施肥过程中，因圆球状的氮肥、磷肥与不规则的颗粒钾肥流动速度是不一样的，会造成农作物得到的养分不均匀。钾肥不规则的颗粒形状也容易卡阻施肥机下料口，造成断肥现象。同时，不规则的钾肥颗粒与圆球状的氮肥、磷肥混成BB肥时，也影响BB肥的整体外观质量。

1钾肥的性质和生产方法

1.1氯化钾的性质和生产方法

无色立方结晶或白色结晶；密度1.984 g/cm3；熔点770 ℃，沸点1 413 ℃，加热至1 500 ℃时则升华；易溶于水；溶于乙醚、甘油；微溶于乙醇；不溶于盐酸。在水中的溶解度随温度的升高而迅速增加；有吸湿性，易结块。

氯化钾的生产方法有4种：浮选法、光卤石法、溶解结晶法、重介质分离法。

1.2硫酸钾的物理性质与生产方法

外观与性状：通常状况下为无色或白色结晶、颗粒或粉末。无气味，味苦，质硬，在空气中稳定。分子量为174.27，密度为2.66 g/cm3(20 ℃)，熔点为1 069 ℃。在水溶液呈中性，常温下pH约为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。硫酸钾的生产方法有4种：①由氯化钾与硫酸作用而制得；②以无水钾镁矾为原料制得；③以钾盐镁矾为原料制得；④以明矾石为原料制得。

由含钾矿石的自然特性和氯化钾、硫酸钾本身的物理化学特性所决定，使其造粒成球的难度极大，即使勉强造出了圆球状的颗粒，也由于添加了大量的造粒剂等物质，造出来的颗粒钾肥的K2O含量远低于60%(氯化钾)和50%(硫酸钾)，在配成BB肥特别是高含量的BB肥时，难以满足使用要求。根据氯化钾、硫酸钾本身的物理化学特性，从物料前期浸润处理、采用特殊的造粒设备、设置特殊的陈化工序等方面着手，经多次改进和试验终于成功研发出了圆球状颗粒钾肥，生产出的圆球状颗粒氯化钾、圆球状颗粒硫酸钾外观光滑圆润，其K2O含量可分别达到60%、50%。

圆球状颗粒钾肥生产工艺包括浸润、造粒、陈化、干燥、冷却、筛分、包装等主要工序。

(1)浸润工序的特征在于：所述的在预处理后的氯化钾或硫酸钾中，加入 2%～3%的生物酶调节剂并搅拌、混合均匀，分别放入并列的一组浸润槽中，经过30～50 min后，生物酶调节剂使氯化钾或硫酸钾不易成球的特性发生部分改变。

(2)造粒工序的特征在于：所述的达到浸润要求的物料，通过其下部的刮板输送机或螺旋输送机输送到造粒机内，该造粒机经过改进后，具有粒度分级和内返料的特殊功能，同时辅助以 3%～5%的、具有黏性的液体调理剂，通过造粒机的转动，使物料在造粒机内成核、挤压、凝聚成圆球状颗粒。

(3)陈化工序的特征在于：所述的出造粒机的颗粒进入特殊的陈化工序进行陈化处理，该过程分自动陈化和自然陈化。自动陈化是造粒后的颗粒在陈化机内，经过15～20 min的时间和20～35 ℃的温度后，使颗粒具有了一定的强度和冷硬性，避免了干燥和冷却过程中颗粒粉化现象的产生；自然陈化是将造粒后的颗粒放置在干净、平坦的水泥地面(或装在过渡性的包装袋中，不允许堆垛)上，依靠自然界的温度来增加其强度和冷硬性，当其强度和冷硬性达到干燥和冷却工艺的要求后，再进入干燥和冷却系统。

(4)干燥工序的特征在于：所述的陈化处理后的物料送入干燥机内进行干燥，干燥温度控制在120～480 ℃，干燥机的直径为φ1.5～2.2 m，长度为22～35 m，其安装的倾斜角度为2.5°～3.8°，转速为2.8～4.5 r/min。

(5)冷却工序的特征在于：所述的干燥后的物料进入冷却机内进行冷却，冷却机的直径为φ1.2～2.0 m，其长度为20～32 m，其安装的倾斜角度为2.5°～3.8°，转速为3.5～5.5 r/min。

(6)筛分工序的特征在于：所述的冷却后的物料进入筛分系统，该筛分可以是滚筒筛分机，也可以是振动筛分机，筛网的孔径分别为2.6 mm×2.6 mm、4.6 mm×4.6 mm，筛分后的细粉(无大颗粒)返回造粒系统重新造粒。合格颗粒包装成产品。干燥和冷却尾气经各自的除尘系统处理后达标排放，回收的细小粉尘一部分在线返回，一部分集中清理后返回造粒系统。

1.3圆球状颗粒钾肥与挤压造粒生产工艺的区别

(1) 工作原理不同。挤压造粒是将按比例配好的混合物料强制送入一对大小相等、转速相等、相向旋转的挤压辊辊缝之间，在7～9 MPa的挤压力作用下，物料被挤压成密实的片料。挤压辊一般呈水平布置，一辊固定、一辊浮动(浮动辊即加压辊，由液压缸加载)，一般辊面上有规则排列的形状、大小一致的凹槽、穴孔或凸起，经过配比的粉状物料从上方均匀连续地加入两辊之间，到达加压角α(α=20°～30°)内即进入挤压角β(β=10°～15°)，物料被强制喂入。随着辊子的连续旋转，物料被挤压，当两辊半径连线成水平位置时，压力达到最大(Pmax)，然后压力迅速降低，此时成型物料在回弹力的作用下脱离与辊面的贴合，进入下一工序经破碎、筛分后即可得到所需粒度的颗粒肥料。

挤压过程中物料的成型机理一般为：物料受到挤压后，其颗粒将进行重排，并排出颗粒间的空气，从而减小物料间的空隙。其过程为：①物料的重排；②碎裂；③塑性流动3个阶段。这几个阶段不一定是按顺序进行的，可能穿插发生。挤压的结果：物料的压缩比接近2.5∶1，气体的去除率在60%以上。

影响挤压效果的因素主要有以下4个：①进料的粒度大小。其合适的范围应控制在0.1～1 mm。过细的物料(<0.1 mm)含空气太多，影响成品料片的密实度，而且会对挤压过程产生影响(造成挤压机振动加剧)；过大的物料又需消耗更多的压碎能量。所以要很好地控制进料粒度；②物料的硬度或塑性。有些物料如氯化钾、磷酸二铵及尿素，塑性较好，挤压成粒的效果较好。而硫酸钾、硫酸铵、磷矿粉的塑性差，不易挤压成粒。为了达到较好的效果,可配加适量的粘合剂；③物料的水分。原料中少量的水分均能起到粘合剂的作用；④物料的温度。在挤压过程中粒子间的摩擦会加剧并产生热量而使物料的温度升高。一般来说，温度升高有利于得到较密实的挤压产物——料片，但过高的温度会带来不利影响，特别是含尿素的配料温度过高时，易发生粘辊现象。一般温度要控制在70～80 ℃之间。这可借助挤压辊内部循环冷却水量的大小来控制。

圆球状颗粒钾肥的生产工艺是根据氯化钾、硫酸钾本身的物理化学特性，从物料前期浸润处理、采用特殊的造粒设备、设置特殊的陈化工序等方面着手，经团聚、粘裹成颗粒状，经干燥、冷却、筛分后包装成产品。

(2)外观形状不同。挤压造粒生产工艺生产出的颗粒是不规则的颗粒，圆球状颗粒钾肥的生产工艺生产的是圆球状颗粒。

(3)干燥过程不同。挤压造粒生产工艺无干燥过程，圆球状颗粒钾肥的生产工艺需进行干燥。

(4)流动性不同。挤压造粒生产工艺生产出的颗粒流动性差，圆球状颗粒钾肥的生产工艺生产的颗粒流动性好。

(5)离析性不同。挤压造粒生产工艺生产出的颗粒在装卸和运输过程中极易离析分层，圆球状颗粒钾肥的生产工艺生产的颗粒在装卸和运输过程中不离析分层。

(6)生产能力不同。挤压造粒生产工艺产能较小，圆球状颗粒钾肥的产能较大。

(7)工艺流程不同。挤压造粒生产工艺流程简单，圆球状颗粒钾肥的生产工艺流程较挤压造粒生产工艺复杂。

2工艺流程

将氯化钾或硫酸钾原料先进行浸润处理。浸润处理主要是在预处理后的氯化钾或硫酸钾中，加入一定量的生物酶调节剂并搅拌、混合均匀，分别放入并列的一组浸润槽中，经过一段时间后，生物酶调节剂使氯化钾或硫酸钾不易成球的特性发生部分改变。达到浸润要求的物料，通过其下部的刮板输送机或螺旋输送机输送到造粒机内(该造粒机经过改进后，具有粒度分级和内返料的特殊功能)，同时辅助以少量具有黏性的液体调理剂，使物料在造粒机内造成圆球状颗粒。出造粒机的颗粒进入特殊的陈化工序进行陈化处理，该陈化过程分自动陈化和自然陈化。自动陈化是造粒后的颗粒在陈化机内，经过一定的时间和温度后，使颗粒具有了一定的强度和冷硬性，避免了干燥和冷却过程中的颗粒粉化现象的产生；自然陈化是将造粒后的颗粒放置在干净、平坦的水泥地面(或装在过渡性的包装袋中，不允许堆垛)上，依靠自然界的温度来增加其强度和冷硬性，当其强度和冷硬性达到干燥和冷却工艺的要求后，再进入干燥和冷却系统。陈化处理后的物料送入干燥机内进行干燥、冷却机内进行冷却，冷却后的物料进入筛分系统，筛分后的细粉(无大颗粒)返回造粒系统重新造粒，合格颗粒包装成产品。干燥和冷却尾气经各自的除尘系统处理后达标排放，回收的细小粉尘一部分在线返回，一部分集中清理后返回造粒系统。其主要工艺流程见图1。

图1　工艺流程

3生产过程控制的关键环节

3.1原料浸润处理

原料浸润处理的好坏，是决定能否成球和成球率高低的关键因素之一。不仅要将物料混拌均匀，还要控制好浸润剂(生物酶调节剂)的加入量(2%～3%)、浸润时间(一般情况下为30～50 min)的长短。

3.2造粒

由于氯化钾或硫酸钾具有特殊的物理和化学性状，决定了其相互之间的黏合性较差，造粒时不易成球，即使在原料浸润处理满足造粒要求的前提下，如采用普通的造粒方式，也难以提高造粒成球率，必须对造粒机内部结构进行改造，增加了造粒机内部粒度分级结构和内返料结构，使其具有粒度分级和内返料的特殊功能，以满足其成球对设备的特殊要求。与此同时，还必须加入少量的适合钾肥造粒、具有黏性的液体调理剂。在这三者都达到要求的情况下，才能实现正常的造粒。

3.3陈化处理

造粒后的物料需要在一定的温度下、经过一定的时间陈化处理后，才能进入干燥机进行干燥。自动陈化工序是造粒后的颗粒在陈化机内，经过一定的时间和温度后，使颗粒具有了一定的强度和冷硬性，当其强度和冷硬性达到干燥和冷却工艺的要求后，再进入干燥和冷却系统，这样便可避免干燥和冷却过程中的颗粒粉化现象的产生。如不进行陈化处理或者陈化处理效果不好，物料会在干燥过程中大面积粉化，导致产量降低、系统内粉料增多、生产工艺系统恶化。

3.4主要工艺指标

浸润剂(生物酶调节剂)的加入量： 2%～3%；浸润时间(一般情况下)： 30～50 min；(造粒)液体黏性调理剂用量： 3%～5%；自动陈化温度：20～35 ℃；自动陈化时间：15～20 min；颗粒自动陈化后的抗压强度：6～8 N；造粒成球率：85%～90%；产品水分：0.2%～0.6%；粒度范围：2.0～4.5 mm；颗粒抗压强度：18～25 N；养分：氯化钾56%～60%，硫酸钾46%～50%。

4成本核算

以5万t/a氯化钾生产线为例，成本核算见表1。

表1　成本核算

圆球状颗粒氯化钾的市场售价为2 600～2 650元/t，吨肥利润为400～450元/t。

5生产装置投资情况

5万t/a生产线设备投资800万～1 250万元，10万t/a生产线设备投资1 850万～2 200万元。

6结语

随着农民科学种田意识和科学施肥意识的提高、农村土地适度集约化经营的普及、社会化的农化服务功能的增强和网络的健全，无论是转鼓造粒工艺还是高塔造粒工艺生产的复合肥，最终都将会被BB肥和水溶肥所取代。因水溶肥大部分用于经济作物，BB肥大部分用于大田作物，在未来的肥料市场中，BB肥所占的比重会远大于水溶肥。目前国内BB肥发展受限的主要原因之一，很大程度上是受到不规则颗粒钾肥的制约。圆球状颗粒钾肥的问世，肯定会大幅度地改变目前和今后一个时期的钾肥市场的现状和BB肥市场的格局，增加钾肥销售的亮点，更能推动整个BB肥行业的快速发展，加快BB肥行业技术升级的步伐。

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

中图分类号：TQ 443

文献标识码：B

文章编号：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

作者简介：季保德(1961年-)，男，安徽临泉人，高级工程师，现任安徽六国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总工程师。