一种利用磷酸继沉淀盐制备圆形颗粒钾肥的方法 【技术领域】
本发明涉及一种利用磷酸继沉淀盐制备圆形颗粒钾肥的方法。背景技术 化肥的生产和使用， 经过了从单质肥料到复合肥料的发展阶段， 已开始进入到了 测土配方的施肥阶段。 测土配方施肥， 是根据植物的营养需求和土壤的肥力情况， 施用合适 比例养分的肥料。目前工业化大批量生产的单质肥料、 复合肥料， 因产品的品种数量有限， 很难较好地满足测土配方施肥的需要。有一种称之为掺混肥料的生产方法， 即根据养分配 比要求， 以各种不发生明显化学反应、 颗粒度和圆度基本一致的氮、 磷、 钾等固体基础肥料 为原料， 通过掺混的方法配制成养分分布均匀的肥料。 这种肥料加工过程简单， 装置投资费 用及加工费用比较低， 是一种非常适合于测土配方施肥的肥料品种。这种肥料在生产、 储 运、 使用时十分强调各种基础肥料的颗粒尺寸、 重度和圆度的基本一致、 使不致发生掺混后 出现结块粉碎和低吸湿点的现象。
生产最适合于测土配方施肥需求的掺混肥料品种， 目前所需要的氮肥、 磷肥的圆 形颗粒单质基础肥料的造粒技术已经非常成熟， 但钾的基础肥料， 国内外目前普遍采用的 是挤压造粒技术， 该技术生产的颗粒钾肥产品， 是一种片状不规则的颗粒 ( 且单系列生产 装置的生产能力较低， 通常为 1-5 万吨 / 年 )。
目前市场中的掺混肥料所使用的钾基础肥料， 由于普遍使用的是片状不规则的颗 粒， 在储运过程中容易离析分层， 使养分差别较大 ( 美国限制掺混肥料产品的销售半径应 在 60 公里内 )。为了克服掺混肥料生产中钾的基础肥料为片状不规则颗粒的缺陷， 近几年 有利用转鼓造粒机通过蒸汽将粉状钾盐和黏土团聚造粒的方法， 这种方法一般需要较大量 的蒸汽和黏土， 生产成本较高， 有效成分钾的含量较低， 不适合大规模生产。也有通过添加 高分子粘结剂配置成水溶液将粉状的钾盐进行团聚造粒的， 同样因粘结剂昂贵， 造粒需用 蒸汽， 且钾盐需要进一步粉碎等工序， 生产成本较高， 难以实现工业化。
湿法磷酸用于生产肥料已有一百多年的历史， 生产工艺已经非常成熟稳定。但 在萃取磷酸的浓缩和存贮过程中， 随着温度和时间的变化， 会有大量的固相继沉淀盐产生 ( 主要是铁铝的复合盐 )， 该继沉淀盐的粘性很大。目前， 湿法磷酸生产肥料的企业， 对磷酸 的继沉淀盐的处理方法， 通常是采用自然沉降分离后， 一是送回萃取或过滤工序再次进行 洗涤过滤， 这种方法会在一定程度上降低萃取及过滤装置的能力， 并影响过滤工序的洗涤 效率 ； 二是与澄清的磷酸按比例配置成一定 P2O5 的浓度， 用于生磷酸铵类肥料 ( 例如 MAP)， 这种方法会使产品中的 P2O5％有所下降 ； 三是定期清理磷酸贮槽， 将固相的磷酸继沉淀盐 通过人工清理出来用于加工普钙肥料等， 这种方法需要耗费大量的人力物力。
因此， 提供一种工艺合理并且生产成本低 ( 以钾盐和湿法磷酸继沉淀盐为原料 ) 的圆形颗粒钾基础肥料的生产方法就成为该技术领域亟需解决的技术难题。
发明内容 本发明的目的是提供一种工艺合理并且生产成本低的圆形颗粒钾肥的生产方法。
本发明所提供的制备圆形颗粒钾肥的方法， 包括下述步骤 ：
(1) 将湿法磷酸继沉淀盐料浆置于容器中， 通过加入磷酸和 / 或水， 调控其继沉淀 盐的固相质含量为 40-60％ ( 以保持良好的流动性 )， 同时控制所述继沉淀盐料浆中 P2O5 的 质量浓度为 30％ -40％， 得到磷酸继沉淀盐料浆 A ；
(2) 在转鼓造粒装置中投入钾盐和氨化中和后的磷酸继沉淀盐料浆干物料作为底 料， 使底料的循环流量达到装置运行时投入原料总质量的 3-5 倍， 起动造粒返料循环系统， 并对系统进行预热至底料温度达到 60-70℃ ；
所述氨化中和后的磷酸继沉淀盐料浆干物料是由磷酸继沉淀盐料浆 A 和氨按照 质量比 (20-30) ∶ (1-2) 反应得到的， 所述底料中钾盐与氨化中和后的磷酸继沉淀盐料浆 干物料质量比为 (68-79) ∶ (21-32) ；
所述原料由下述质量百分比为物质组成 ： 20.0-30.0％所述磷酸继沉淀盐料浆 A、 1.0-2.0％的氨、 以及 68.0-79.0％的钾盐 ；
(3) 将所述原料中的磷酸继沉淀盐料浆 A， 通过料浆泵送入步骤 (2) 中装有底料的 转鼓造粒装置， 经喷头喷洒在转鼓造粒装置中的返料床上， 同时在所述返料床中通入所述 原料中的氨， 对所述磷酸继沉淀盐料浆 A 进行中和 ；
或将所述原料中的磷酸继沉淀盐料浆 A 送入管式反应器， 同时在所述管式反应器 中加入所述原料中的氨， 对所述磷酸继沉淀盐料浆 A 进行中和， 再将中和后的料浆喷洒在 转鼓造粒装置的返料床上 ；
(4) 再向转鼓造粒装置中的返料循环系统投入所述原料中的钾盐， 形成含水量 3-5％的半成品物料 ；
(5) 将步骤 (4) 所得的半成品物料进行干燥， 得到圆形颗粒钾肥。
上述方法制备得到的圆形颗粒钾肥经过筛分得到粒径为 2-4.75mm 的圆形颗粒钾 肥。上述步骤中， 所述原料总质量、 磷酸继沉淀盐料浆 A 的质量、 氨的质量以及钾盐的质量 均以干基计。
其中， 步骤 (2) 和 (4) 中所述的钾盐均为氯化钾或硫酸钾 ； 所述钾盐的纯度以氧化 钾计质量含量大于≥ 50％。
步骤 (2) 中所述底料配方为 ： 680-790kg/t 的氯化钾 ( 干基， 下同 ) 或硫酸钾 ； 氨 化中和后的磷酸继沉淀盐料浆干物料 210-320kg/t。使底料配方与制备产品时所需各原料 的配比一致， 有利于快速生产出合格产品。
步骤 4) 中半成品物料中的含水量可通过控制加入的继沉淀盐 A 的含水量、 返料的 流量和干燥机的热负荷来控制。
步骤 (5) 中采用来自燃烧炉的温度为 350-450℃的热气对所述半成品物料进行干 燥， 干燥后产品的温度为 70-90℃。
本发明所用的磷酸继沉淀盐料浆中磷酸继沉淀盐的主要成分为 ：
(F e ，Al) 3 KH 14 (PO) 8 ·4H 2 O ； (N a ，K) 2 SiF 6 ； C a SO 4 ·0.5H 2 O ； AlH 3 (PO 4 ) 2 ·2H 2 O ； CaSO4·2H2O ； NaXMgXAl2-X， (F， OH)6·H2O ； (Mg， Fe， Mn)SiF6H2O 等。
本发明所制备的圆形颗粒钾基础肥料， 既含有较高的 K2O 的主养分， 也含有一定量
P2O5 和 N， 还含有一定量的 Ca、 Mg、 Si 等中微量植物营养分元素 ； 该产品根据植物和土壤肥 力情况， 既可单独施用， 更可以与颗粒氮肥、 颗粒磷肥或复合肥等掺混施用， 可以最大限度 地满足测土配方施肥对肥料品种的市场需求 ； 本发明采用磷复肥企业湿法萃取磷酸在浓缩 和存贮过程中产生的磷酸继沉淀盐生产圆形颗粒钾基础肥料， 可以解决目前磷复肥企业将 湿法磷酸继沉淀盐送回萃取过滤装置， 影响萃取过滤装置的产能和洗涤率的问题， 或将磷 酸继沉淀盐用于生产磷酸铵类肥料， 会降低产品养分的问题。由于湿法磷酸的继沉淀盐料 浆粘性大的物理化学特性， 使其在钾盐 ( 特别是氯化钾， 多为砂性物质 ) 造粒中发挥粘合剂 的作用， 从而降低了生产成本。 且该方法工艺合理易于实现大规模的工业化生产， 可以产生 较好的经济效益和社会效益。 具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明， 但本发明并不局限于此。
下述实施例中所述实验方法， 如无特殊说明， 均为常规方法 ； 所述试剂和材料， 如 无特殊说明， 均可从商业途径获得。下述实施例中所用的磷酸继沉淀盐是磷酸生产过程中 产生的副产物。下述实施例中所述 “％” 均为 “质量百分含量” 。
实施例 1、 “2-13-40” 含钾为主的氯基圆形颗粒钾基础肥料的生产
按磷酸继沉淀盐料浆 ( 干基， 下同 )/ 合成氨 / 钾盐的比例＝ 30 ∶ 2 ∶ 68， 原料配 方为 ： 磷酸继沉淀盐料浆固含量为 60％、 含 P2O5％ 30.0( 其中含 H3PO4 所占的 P2O5％ 18.0 ； H2O ％ 30) ： 428.57kg/t ； 合 成 氨 (HN3 ％ 99.5 ； H2O ％ 0.5)18.56kg/t ； 氯化钾 ： 688.42kg/ t(60％ K2O， H2O％ 1.0)。
生产步骤如下 ：
(1) 在转鼓造粒机中按 68 ∶ 32 的质量比投入氯化钾 (60％ K2O) 和经氨化中和后 的磷酸继沉淀盐料浆干物料作为底料， 底料的循环流量 200-250t/h， 达到要投入转鼓造粒 装置的原料总质量的 4-5 倍， 起动造粒返料循环系统， 并对系统进行预热至底料温度达到 60-70℃ ；
(2) 起动磷酸继沉淀盐料浆泵， 将磷酸继沉淀盐料浆， 按 21.43t/h 的流量送入转 鼓造粒装置， 通过喷头将料浆喷洒在返料床上， 同时在返料床中的氨分布器通入 0.93t/h 的合成氨将磷酸继沉淀盐料浆进行中和 ( 或将磷酸继沉淀盐料浆， 按 21.43t/h 的流量送入 管式反应器， 同时向管式反应器加入 0.93t/h 的合成氨将磷酸继沉淀盐料浆进行中和， 制 成反应料浆之后喷洒在返料床上 )， 与此同时按原料配方在转鼓造粒装置的返料循环系统 按 34.42t/h 的流量投入氯化钾， 在造粒机出口形成含水量为 3-4％的半成品物料 ；
(3) 半成品物料经干燥 ( 干燥机来自燃烧炉的热气温度为 400-450℃， 干燥后产品 的温度为 70-90℃， 物料在干燥机内的停留时间为 50 分钟 ) ； 筛分 ( 上下层筛网的孔径分 别为 4.75 和 2.00mm) ； 冷却 ( 产品冷却后为 40-50℃， 产品在冷却机内的停留时间为 20 分 钟 )， 即得到粒径为 2-4.75mm 的含钾为主的圆形颗粒基础肥料的产品。
按此原料配方生产的产品规格为 (2-13-40) ： N％＝ 1.52 ； P2O5％＝ 12.86 ； K2O％＝ 41.30 ； H2O％＝ 2.0 ； 粒度 (2-4.75mm％ ) ≥ 90 ； 颗粒强度≥ 20N。
实施例 2、 “1-10-40” 含钾为主的硫基圆形颗粒钾基础肥料的生产
按磷酸继沉淀盐料浆 ( 干基， 下同 ) ∶合成氨∶钾盐＝ 20 ∶ 1 ∶ 79 的比例， 原料配方为 ： 磷酸继沉淀盐料浆固含量为 40％、 含 P2O5％ 40.0( 其中含 H3PO4 所占的 P2O5％ 20.0 ； H2O ％ 25) ： 266.67kg/t ； 合 成 氨 (HN3 ％ 99.5 ； H2O ％ 0.5)12.83kg/t ； 硫酸钾 ： 795.18kg/ t(50％ K2O， H2O％ 1.0)。
生产步骤如下 ：
(1) 在转鼓造粒机中按 79 ∶ 21 的质量比投入硫酸钾 (50 ％ K2O) 和经氮化中和 后的磷酸继沉淀盐料浆干物料的底料， 底料的循环流量 200-250t/h， 达到要投入转鼓造粒 装置的原料总质量的 4-5 倍， 起动造粒返料循环系统， 并对系统进行预热至底料温度达到 60-70℃ ；
(2)、 起动磷酸继沉淀盐料浆泵， 将磷酸继沉淀盐料浆， 按 13.334t/h 的流量送入 转鼓造粒装置， 通过喷头将料浆喷洒在返料床上， 同时在返料床中的氨分布器通入 0.642t/ h 的合成氨将磷酸继沉淀盐料浆进行中和 ( 或将磷酸继沉淀盐料浆， 按 26.667t/h 的流量送 入管式反应器， 同时向管式反应器加入 0.642t/h 的合成氨将磷酸继沉淀盐料浆进行中和， 制成反应料浆之后喷洒在返料床上 )， 与此同时按原料配方在转鼓造粒装置的返料循环系 统按 39.76t/h 的流量投入硫酸钾， 在造粒机出口形成含水量为 3-4％的半成品物料 ；
(3) 半成品物料经干燥 ( 干燥机来自燃烧炉的热气温度为 400-450℃， 干燥后产品 的温度为 70-90℃， 物料在干燥机内的停留时间为 50 分钟 ) ； 筛分 ( 上下层筛网的孔径分 别为 4.75 和 2.00mm) ； 冷却 ( 产品冷却后为 40-50℃， 产品在冷却机内的停留时间为 20 分 钟 )， 即得到粒径为 2-4.75mm 的含钾为主的圆形颗粒基础肥料的产品。 按此原料配方生产的产品规格为 (1-10-40) ： N％＝ 1.05 ； P2O5％＝ 10.67 ； K2O％＝ 39.76 ； H2O％＝ 1.50 ； 粒度 (2-4.75mm％ ) ≥ 90 ； 颗粒强度≥ 25N。
上述实施例制备的圆形颗粒钾基础肥料的突出优点是 ：
①产品中含有较高的 K2O( ≥ 40％ )， 同时含有一定量的 P2O5 和 N 的无机养分外， 根据土壤的肥力情况， 可单独施用， 是一种高效的含钾为主的基础肥料。
②产品用作掺混肥的基础肥料， 与目前国内外普遍用作掺混肥料的片状颗粒钾肥 比较， 产品为圆形颗粒， 可克服掺混肥料易产生离析分层影响产品质量的缺陷。
③本产品的生产工艺技术， 与目前国内外普遍是采用挤压造粒生产片状钾的基础 肥较比较 ( 单系列装置规模为 1-5 万吨 / 年 )， 生产装置可实现大型化 ( ≥ 30 万吨 / 年 )， 可以产生较好的规模效益。
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