绿色肥料的制备方法
2021-01-20张瑞洁施军营平义超乔如林王超蓝德环保科技集团股份有限公司山东德州253000
张瑞洁 施军营 平义超 乔如林 王超(蓝德环保科技集团股份有限公司,山东 德州 253000)
0 引言
在当前我国愈发重视环境保护的趋势下,使得发展生态变得愈发重要。绿色肥料的应用是实现人与自然和谐相处的关键环节之一,但由于各地对肥料制备缺乏认知,出现了环境恶化的现象。为实现经济的可持续发展,需要对肥料制备方法进行创新,以达到维持生态平衡保护环境的要求。绿色理念下的硫酸钾肥料不仅能够在最大程度上满足农作物生长需求,且可以避免病虫害的侵袭,在此过程中保护生态环境,已成为我国经济发展的一种重要技术,对实现可持续发展有着推动性作用。
1 制备绿色肥料的意义
中国是钾资源相对短缺的国家,已探明地质储量约10亿t,主要分布在青海、西藏和云南三省,但其不仅是植物生长必须的三大营养元素之一,也是动植物生长发育过程中不可或缺的营养元素。受钾盐成矿地质条件影响,全球钾盐资源的分布高度集中,主要分布在欧洲、北美等地区,加拿大、白俄罗斯和俄罗斯3个国家就占了全球总储量的70%,而中国、美国、德国、智利、英国、巴西6个国家钾盐储量约占全球总量的24%,可以看出资源的高度集中性[1]。钾盐是重要的肥料,对绝大多数农作物都有明显的增产效果,所以钾资源日益成为关系国家粮食安全战略意义的重要资源。
硫酸钾是钾肥中的重要品种,使用硫酸钾既可提高作物产量,还可改善其品质,用于缺硫土壤,可提高作物的抗病能力,其作为一种优质肥料,盐碱地指数仅是氯化钾的40%左右,特别适合于一些如烟草、西瓜、茶叶、柑桔、葡萄等忌氯的经济作物。制备硫酸钾绿色生态肥料的方法大致可划分为3大类:
(1)利用硫酸盐矿或多组分的钾盐矿制取硫酸钾,该方法的操作较为简单,且成本较低。
(2)利用盐湖卤水及地下卤水制取硫酸钾,利用盐湖卤水生产硫酸钾不需要另外加任何原料,投资少、腐蚀小,不会对周边生态造成污染。
(3)利用硫酸或硫酸盐与氯化钾转化制取硫酸钾,包括曼海姆法、缔置法、硫酸铵转化法、芒硝转化法等。
本文将以芒硝转化为主,对钾芒硝和硫酸钾制备的条件进行了研究,此法制得的硫酸钾能达到GB/T 20406—2017《硫酸钾应用规范》中水盐体系粉末结晶状优等品的技术要求,详见表1,为复分解法制备硫酸钾提供理论支持,在此基础上浅谈绿色肥料的制备。
表1 硫酸钾钾肥国家标准
2 生态肥料制备的重要作用
相对传统肥料制备而言,必须要以保护、改善生态环境为基础,遵循生态学、生态经济学规律,生态肥料制备可以在一定程度上,有效提高肥料产量,并在此基础上节约成本、减少环境污染。在生态经济建设中,肥料制备有着重要作用,其不仅能够使植物的生长更健康,还能够保护植物的生长环境。当前我国生态部门已将肥料制备应用放在肥料制备行业发展的首要位置,以此促进我国经济的发展。在以往农作物种植中,部分农民为保证其质量和产量,会通过大量施加乙烯或乙醇的方式提高农副产品产量,但极其容易引起面源污染,如发生面源污染,将会对我国造成巨大经济损失。
引入硫酸钾肥料制备则可以将生产方式创新,在保证农作物质量和产量的同时,减少对生态环境的危害[2]。芒硝制钾肥的运用需要着重关注栽培技术、旱地栽培技术等,可以说生态是运用系统工程方法和现代科学技术,从而提高技术的应用效果。芒硝制钾肥可以实现农产品安全无公害,可通过多种方式来规避病虫害对农作物的影响,增强农产品的绿色特性,降低病虫害对农作物的影响。将其应用在生态发展中,可以建立长期稳定的发展模式,加强对钾肥的应用制造,从而维持生态环境的平衡,增加经济效益。因此,需要进一步完善肥料制备,使农作物满足绿色农产品生产要求,为人们提供更加安全、可靠的食物,节约不必要的成本支出,发挥现代化技术的作用。
3 生态肥料制备的实施与应用
所谓的生态肥料制备,就是突出高产、优质、高效、生态、安全支撑作用[3]。现代肥料制备正朝着微观与宏观两个方向发展,应用生态学和系统工程学的原理和方法,能够在宏观指导下进行微观研究,建立肥料应用决策体系。发展生态营造有利环境,构建立体化的肥料制备体系。在利用芒硝制钾肥的过程中,必须明确技术的使用方法并控制用量,做好降排的工作,贯穿到农作物种植的始末,在种植前认真整地,为农作物生长构建安全的环境。
利用芒硝制钾肥的方法之所以在我国具有如此大的吸收引力,其原因在于我国有着极其丰富的芒硝资源[4],且对于钾肥有很大的需求量,产生的副产品氯化钠可以做融雪剂,满足我国资源二次利用的需求,避免国际上的硫酸转化法对生产设备的腐蚀性及对操作人员的潜在的危险性,解决了高温条件下比较难于操作的问题及对设备的材质要求比较高,且能耗高,炉体难以进行维修等难题,将微观资料进行宏观分析和处理,在微观方面,运用现代科学技术成果和现代管理手段,以及传统肥料制备的有效经验,最终获得较高的经济效益、生态效益和社会效益,以此对肥料机理进行分析,并建立一支专业化的队伍,以此为我国肥料研制提供理论依据,满足生态的发展目标。
4 制备绿色肥料的实验
随着我国经济的发展,对产品品质及技术的要求也是不断变化的,实验需要在保证产品质量的前提下,对工业生产过程中的绿色环保提出更高的要求。芒硝转化法制备钾肥生产工艺具有绿色环保,无废水、废气、废料排出,且生产条件温和,物料循环利用、转化率高、整个工艺流程操作简单、方便。
4.1 实验原理
芒硝转化法生产K2SO4的方法是将芒硝与KCl反应首先生成钾芒硝,然后将分离出的钾芒硝进一步与KCl反应生成K2SO4和NaCl,经分离、干燥制得K2SO4的工艺过程。芒硝转化法生产硫酸钾的理论依据是K+、Na+//Cl-、SO42--H2O四元水盐体系相图。根据各种盐在不同温度下溶解度不同的差别,来进行结晶分离。KCl、NaCl、K2SO4、Na2SO4为四种盐与水构成四元水盐体系。在任何温度下,K2SO4与NaCl的结晶区互不相邻。因此,KCl与Na2SO4必须通过两段转化才能制取K2SO4。以芒硝、KCl和水为原料按一定比例配成混合液,通过复分解反应可以生成固相K2SO4,而反应副产物NaCl则残留于溶液中。
4.2 钾芒硝制备
芒硝转化法生产硫酸钾的理论依据是K+、Na+//Cl-、SO42--H2O四元水盐体系相图。根据各种盐在不同温度下溶解度不同的差别,来进行结晶分离。KCl、NaCl、K2SO4、Na2SO4为四种盐与水构成四元水盐体系。其中,NaCl与K2SO4,Na2SO4与KCl互为盐对。在任何温度下,K2SO4与NaCl的结晶区互不相邻,KCl与芒硝必须通过两段转化才能制取K2SO4,以芒硝、KCl和水为原料按一定比例配成混合液,通过复分解反应可以生成固相K2SO4。
4.3 实验步骤
实验用芒硝(Na2SO4·10H2O)为原料,反应温度为25~30℃,每步反应时间为2~3h,采用“两部反应,一步蒸发”的实验工艺,第一步Na2SO4·10H2O、KCl和水按一定比例混合反应分离后固体为钾芒硝,母液进行浓缩蒸发分离出副产品NaCl;第二步为一步钾芒硝、KCl和水按一定比例混合反应,进行固液分离得产品K2SO4,两步反应分离后的母液参与到下个生产循环。
4.4 条件研究
固液分离是在负压条件下分离的,水分的蒸发使NaCl从溶液中析出,在样品的烘干过程中同样有NaCl析出。为了提高钾芒硝的纯度,需要探究水添加量和反应时间对钾芒硝的纯度及产率的影响。由分析得出水添加量的增多,钾芒硝的产率呈现越来越低的趋势,因为钾芒硝加水后不分解只溶解,随着水添加量的继续增加,部分钾芒硝溶解,随着反应时间的增加,得到的钾芒硝的纯度以及产率都是先增加后保持稳定。
4.5 制备创新
我国丰富的芒硝资源可以源源不断地转化为钾肥,满足我国国内对钾肥的需求而改变大部分依靠进口的现状[5]。芒硝制钾肥法生产条件温和,避免了国际上的硫酸转化法对生产设备的腐蚀性及对操作人员的潜在的危险性,解决了高温条件下比较难于操作的问题,且该工艺对设备的材质要求不高,全程无三废产出,不仅满足《硫酸钾应用规范》的技术要求,且生产条件温和、转化率高、整个工艺流程操作简单、方便,有效应用能够推动我国生态发展。
5 结语
随着我国科学技术的不断发展,生产效率正不断提升。在生态的发展中引入芒硝转化制备钾肥,不仅可以提高农作物生长效率,还能够保证农作物的生长质量,以此加快生态建设步伐,提高肥料的质量,为我国现代化创新发展做好铺垫。