CN1793065A - 用钾长石生产缓释硅钾复合肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用钾长石生产缓释复合硅钾肥的方法，该方法以钾长石、白云石或/和蛇纹石、焦炭为原料配料，配好的原料加热至熔融状进行焙烧反应，焙烧反应后的熔融态料浆用淬冷剂淬冷至自然环境温度，形成砂粒状的半成品，经干燥后粉磨至粉料，即制得缓释硅钾复合肥。按本发明的方法生产的硅钾肥，不但有钾肥的效用，还有硅肥的效用，可代替钾肥施用，解决了由于钾肥施用量低所导致的氮、磷、钾肥施肥比例期存在的严重失调长问题，且既可以直接施用，也可作为速效化肥的包膜。本发明揭示的缓释复合硅钾肥生产方法，除了其生产原料储量极为丰富且廉价外，还具有工艺流程短，投资省，以及便于规模化生产等优点。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种硅钾复合肥的生产方法，更具体地说，是涉及一种以甲长石为原料生产硅钾复合肥的生产方法。
二、背景技术
作物生长主要需16种必需的营养元素，就重要性来说，其中钾元素居第三位。在中国农业施肥中，氮(N)、磷(P)、钾(K)比例长期失调，低于合理的水平，尤其是钾肥的比例失调更为严重。究其原因，是由于中国可直接用于生产钾肥的钾盐资源较少，不能进行大量的钾肥生产，不得不从国外大量进口。以1991年为例，全国年产钾肥仅12.7万吨，远远不能满足农业发展的需要，当年进口钾肥高达309万吨。因此，寻找可以用于生产钾肥的钾资源，探寻新的钾肥生产方法，以满足农业生产的需要，对促进农业发展具有重要的现实意义。
中国可直接用于生产钾肥的水溶性钾矿资源虽然不多，但不溶性钾矿资源却十分丰富，种类繁多。钾长石就是其中较重要的一种。通常人们将正长石和微斜长石都叫钾长石。它们的化学组成相同，既含钾又含硅，化学式为K2O.Al2O3.6SiO2，含K2O16.9％，Al2O318.4％，SiO264.7％。尽管钾长石中氧化钾的含量不算太高，但因它是最普遍的一种造岩矿物，在地壳中储量大，而且分布广，是许多含钾硅酸盐的主要组分。如能将这些钾矿资源用于生产钾肥，就克服了钾肥生产资源短缺的问题，可大量生产钾肥，对中国促进农业增产将产生不可估量的作用。
钾长石有很稳定的Si-Al-O网络结构，化学性质极稳定，除氢氟酸外，常温常压下几乎不被酸、碱所分解。现有技术认为，低温分解钾长石必须以含氟物质作助剂，否则须在1800℃以上的高温进行焙烧，改变其结构，提高其反应活性才能分解。本领域的研究人员对以钾长石为原料生产钾肥的方法已进行了多方面地探讨，主要的方法有以下几种：
1、直接法。将钾长石、石灰石和煤(用作燃料)按一定比例磨制成粉料，加少量水混匀成球后进行高温焙烧，利用氧化钙破坏钾长石矿物的结构，再研磨成粉，即为钾钙肥。配料焙烧可在立窑或普通窑内进行，也可在机械立窑内进行。此法提钾成本低，但进入肥料中的硅元素仍是不溶性的，作为作物营养组分的硅元素仍未能得到利用，故肥效比较低，所制备的肥料不是硅钾复合肥，也更不是缓释硅钾复合肥。
2、挥发法。将钾长石与石灰石等其他原料在高温下锻烧，使钾挥发逸出，然后加以捕集回收，然后制备含钾量较高的肥料。为了解决大量残渣的利用问题，并降低钾肥的成本，较好的办法是在水泥生产中，采用钾长石或其他含钾硅酸盐岩石替代水泥配料中的粘土，以提高水泥配料中钾的含量，得到含钾量较高的窑灰钾肥。采用该方法制取的钾肥，硅元素仍是以不溶性组分进入肥料中，所得的肥料同样不是硅钾复合肥，也更不是缓释硅钾复合肥。
3、浸取法
在一定温度和压力下用酸、碱或盐等对矿石进行处理，使矿石中的钾转变为可溶性的物质，然后使其浸取出来，制成纯度较高的氯化钾、硫酸钾等钾肥。浸取法主要有食盐法、石灰石焙烧法、酸法和碱法。
(1)食盐法。其基本工艺为，食盐与钾长石配料磨细成球，在竖窑中于900℃进行焙烧，将食盐加热至熔融状态，使熔融状的食盐与钾长石进行液固相反应。由于过量的熔融食盐存在，食盐中的钠将钾长石中的钾置换出来，生成纳长石和氯化钾，水浸后经分离即可制得氯化钾产品。
(2)石灰石焙烧法。该方法的基本工艺为，石灰石与钾长石配料后磨细成球，以油为燃料，在回转窑中焙烧，温度为1300℃。焙烧后的熟料主要成分是硅酸二钙和可溶的铝酸钾。熟料磨细用水浸取，部分铝酸钾和水生成氢氧化钾和氢氧化铝沉淀。过滤洗涤除渣后，向滤液中通入CO2，进行第一次碳化反应，生成碳酸钾、氢氧化铝和碳酸钙等，在一次过滤，滤液在116℃下蒸发浓缩至K2CO3含量为40％-50％，然后冷却，滤去粗钾肥。对所得的滤液通入CO2进行二次碳化，生成KHCO3晶体，分离得到KHCO3晶粒，然后在400℃下灼烧，即得到纯度可达90％以上K2CO3。
(3)酸分解法。基本方法是，用硫酸和助剂在100℃的条件下对钾长石进行分解制备硫酸钾铵二元复合肥，副产聚氯化铝、白炭黑。
(4)碱分解法。现有技术对该工艺方法研究较少，日本曾采用高温高压快速分解钾长石的方法，即在100～400℃的条件下用NaOH-Ca(OH)2混合液高压萃取钾离子，经进一步加工制取钾肥。钾的浸出率为90％以上，硅的萃取率在2％以下。
上述以钾长石为原料制取钾肥的各种浸取法，所制取的钾肥产品，不论是氯化钾、或者是碳酸钾，还是硫酸钾铵，同样都不属于硅钾复合肥，也更不是缓释硅钾复合肥，钾长石中的硅组分仍没有得到合理的利用。
硅肥是一种以含硅酸钙为主的枸溶性矿物肥料，具有无毒无味无腐蚀及不易流失等特征，是植物所需的重要营养元素。试验研究表明，硅肥对水稻、小麦、玉米、棉花、花生、大豆、油荣、甘蔗、薯类、果树等农作物的生长都有重要的作用。在中国，一方面是很多地区的土壤缺硅，如长江流域70％的土壤缺硅，黄淮海区域及辽宁约有一半的土壤缺硅，缺硅的区域还在逐步扩大。另一方面是人们对硅肥在农作物生长中的作用认识不够，硅肥的生产能力投资少，产量低，多年来农田基本没有补加硅肥，对农作物的生长十分不利，特别是南方严重缺硅的酸性土壤，对水稻的生长非常不利。而硅肥的生产，在中国处于刚起步阶段，目前大多是利用具有活性的含硅废料来进行生产，如黄磷渣、废钢渣。以这些原料生产的硅肥是单一的硅肥，且可溶性不高，肥效也比较低。
农作物的增产与施肥量的多少有关，但更与农作物从肥料中有效吸收到的肥料营养组分多少有关。现有技术提供的氮磷钾肥施用后，农作物的有效吸收率都比较低，如氮肥中氮的平均利用率仅为35％，随雨水流失及逸入空气的达45％，在土壤中被固定的占20％，磷肥与钾肥的实际利用率更低，一般只有20％。最佳的施肥方式是根据作物需肥情况和土壤的供肥能力，多次少量的补充作物生长所需的各种营养元素。理想的办法是生产一种可直接施于作物根际的肥料，并可根据作物生长时间的不同需要量来调节其养分释放速度。这就是可控制释放肥料，简称控释肥(CRF)。可控释放肥是当今肥料研究中的前沿课题。对于可控制释放肥料的研究，日本、美国、欧洲、以色列和韩国等国已作了大量的工作。日本开发出了用合成物为包膜的尿素，可控制氮的释放速度，氮在100天内仅释放80％，氮的利用率可达到83.2％。主要用于水稻施肥。美国、欧洲、日本开发生产的控释肥，除了采用聚合物、石腊、硫化物等材料作包膜外，还开发生产出以缓释性或微溶性的化合物，如尿醛化合物、磷酸铵镁、草酰氨等材料作为包膜的控释肥。中国乐喜施磷复肥技术研究所推广中心推出的二价金属磷酸铵钾盐包裹尿素，包层所形成的纳米级的孔道占90％以上，可以大大延长肥效作用时间，释放期可达90～120天。但现有技术还没有开发出本身就是一种含有多种植物营养组分，除可直接施用外，又可作为尿素等速效氮肥缓释包膜的缓释复合硅钾肥。
三、发明内容：
针对肥料生产技术领域存在的可直接用于生产钾肥的可溶性的钾矿资源短缺，钾肥的需求量大和广大地域的土壤需补充硅，而硅肥的产量又低，本发明目的是提供一种以储量极为丰富且又十分廉价的钾长石为原料，通过将其所含的不溶性钾、硅成分转化为枸溶性成分，在土壤中能缓慢释放，具有较高肥料利用率的硅钾复合肥制备方法。按本发明的方法制备的缓释硅钾复合肥，即可作为一种直接施用的复合肥料，也可进一步作为其它速效化肥的可控包裹剂。
本发明的主要思路是根据钾长石的成分，通过加入适当的添加剂，在高温下使钾长石的化学键解体，经过淬冷降温处理，形成非晶态玻璃体，使其所含的硅、钾成分转变为枸熔性硅钾溶出体，转变为缓释肥。所得的复合肥料，既能使物系处于相对稳定的状态，又能在一定的土壤条件下逐步释放。
实现本发明上述发明目的具体技术方案，即以钾长石为原料生产缓释硅钾复合肥的方法，主要包括以下工艺步骤：
1、配料：将甲长石、白云石或/和蛇纹石、焦炭按1∶0.5～3.8∶2.0～3.0的重量份数比进行配料。
2、焙烧：将配比好的原料加热至熔融状进行焙烧反应，焙烧反应温度1200～1560℃，焙烧反应时间0.5～3.0小时。焙烧温度的高低和时间的长短与原料的具体成分有关，因原料的成分不同而有所不同。焙烧温度应能使原料熔融，焙烧的时间应能保证焙烧反应充分。
3、淬冷：将焙烧反应后的熔融态料浆用淬冷剂进行淬冷，使其冷却至自然环境温度，形成砂粒状的半成品；
4、粉磨：将砂粒状的半成品粉磨至粉料，即制得缓释硅钾复合肥。
在上述用钾长石生产缓释硅钾复合肥的方法中，配料除了含有甲长石、白云石或/和蛇纹石原料和作为燃料的焦炭外，在配料中还可加入重量份数为0.5～3.0的含磷矿料，如石膏，使硅钾肥同时含有磷镁组分。为了改善肥料肥效，适应不同的土壤，还可根据产品缓释硅钾复合肥组成组分的要求，在配料中加入其他的矿物原料，以增加复合肥料的养分种类。
在上述用钾长石生产缓释硅钾复合肥的方法中，对熔融态料浆进行淬冷的淬冷剂，可以是水、空气或水与空气的混合物。当淬冷剂选择水、或水与空气的混合物时，砂粒状半成品物料在进行粉磨之前先进行干燥，除去水分，以便于更好地进行粉磨加工。
在上述用钾长石生产缓释硅钾复合肥的方法中，作为配料原料的钾长石、白云石或/和蛇纹石，以及为了增加肥料养分组分种类而加入的其他矿物原料，须经工成尺寸为5～30mm。焦炭的尺寸为10～60mm。有砂粒状半成品磨制成的成品缓释硅钾复合肥，其中粒径不大于0.18mm的部分不少于90％。
本发明公开的以钾长石为原料生产缓释硅钾复合肥的方法，其配料中的组分白云石或/和蛇纹石既是一种促进剂，又是一种助熔剂，白云石或/和蛇纹石的加入，既可在高温焙烧过程中促进钾长石化学键解体，降低钾长石的化学稳定性，使其不溶性的钾组分和硅组分转变成在一定的土壤条件下为可溶性的组分，又可降低钾长石的焙烧温度，可在1200℃温度下熔融，较现有技术1800℃的焙烧温度大大降低。本发明特有的淬冷工艺，将熔融态钾长石淬冷为既破坏了原有的晶格，又能使物系处于相对稳定的枸熔性硅钾溶出体，转变为在酸性土壤条件下能逐步释放肥效的缓释肥。采用本发明的方法生产的硅钾复合肥是一种长效硅钾复合肥，且可通过加入其它肥料营养元素生产具有多种肥料营养成分的缓释长效复合肥料，满足农作物对多种肥料营养成分的需要。
在氮、磷、钾三种肥料中，中国的钾肥最为紧缺，缺口在80％以上。硅钾肥是一种肥效好的无氯优质肥料，可以替代一部分钾肥，硅钾肥的大量生产，可解决钾肥短缺的问题。本发明的公开，为硅钾复合肥的生产开辟了一种储量极为丰富且廉价的原料资源—钾长石，从根本上解决了生产硅钾肥原料资源不足的问题。由于生产硅钾肥的原料得到了解决，因而可以大量投资硅钾肥生产，提高硅钾复合肥的生产能力，从而解决了钾肥、硅肥产量低，氮、磷、钾肥施肥比例严重失调，广大缺硅土地长期得不到硅元素补充，严重影响农业增产的等问题。由于硅元素是优质农作物不可或缺营养元素，因而还可有效促进优质高效农业的发展。本发明如果得到推广实施，既可实现调整肥料品种结构，又可满足农业系统开展的“补钾工程”对钾肥的需求。本发明的实施，除了投资新建生产线外，可在水泥厂、钢铁厂和磷肥厂等现有生产设备的基础上，通过略加调整改造即可生产缓释硅钾复合肥，为水泥厂、钢铁厂和磷肥厂等转产提供了新途径，具有较好的经济效益。
本发明揭示的缓释复合硅钾肥生产方法具有工艺流程短，投资省，以及便于规模化生产等优点，生产的缓释复合硅钾肥上一种长效复合肥，在酸性土壤条件下可缓慢释放肥效，除可以直接作为施用肥外，也可作为速效化肥的包膜剂。
四、附图说明：
附图1是本发明的一个实例的工艺流程图。
五、具体实施方式
实施例1
用钾长石生产缓释复合硅钾肥的方法，本实施例的工艺流程如附图1所示。将钾长石、白云石矿石破碎至尺寸为15～30mm，焦炭破碎至尺寸为30～60mm，然后按钾长石∶白云石∶焦炭＝1∶1.2∶2.4的重量份数比例在料仓中进行配料。本实施例钾长石、白云石、焦炭的配料重量份数比例在1∶0.6～2.0∶2.0～2.8的范围都可。将配好的原料加入高温反应炉进行焙烧，焙烧温度控制在1300℃左右(1250～1450℃的范围)，焙烧时间约1小时左右。焙烧结束后，将熔融态料浆用水冲击进行淬冷，冷却至环境温度，形成砂粒状半成品，经烘干后，粉碎成90％不大于0.18mm(不小于80目)的粉料，即制备得产品缓释硅钾复合肥。
实施例2
用钾长石生产缓释复合硅钾肥的方法，本实施例工艺流程基本如附图1所示，只是少了其中的干燥工段。将钾长石、白云石、蛇纹石矿石破碎至尺寸为5～15mm，焦炭破碎至尺寸为10～30mm，然后按钾长石∶白云石∶蛇纹石∶焦炭＝1∶0.6∶0.8∶2.5的重量份数比例在料仓中进行配料。本实施例钾长石、白云石、蛇纹石、焦炭的配料重量份数比例在1∶0.4～1.2∶0.6～1.0∶2.2～3.0的范围都可。将配好的原料加入高温反应炉进行焙烧，焙烧温度控制在1400℃左右(1250～1450℃的范围)，焙烧时间约1.5小时左右。焙烧结束后，将熔融态料浆用气流分散进行淬冷，冷却至环境温度，形成砂粒状半成品，然后粉碎成90％不大于0.18mm(不小于80目)的粉料，即制备得产品缓释硅钾复合肥。
实施例3
用钾长石生产缓释复合硅钾肥的方法，本实施例的工艺流程如附图1所示，与实施例1基本相同。将钾长石、白云石、蛇纹石、石膏矿石破碎至尺寸为15～20mm，焦炭破碎至尺寸为30～50mm，然后按钾长石∶白云石∶蛇纹石∶石膏∶焦炭＝1∶1.6∶1.8∶1.0∶2.6的重量份数比例在料仓中进行配料。本实施例钾长石、白云石、蛇纹石、石膏、焦炭的配料重量份数比例在1∶1.0～1.6∶1.6～2.2∶0.5～2.6∶2.0～2.6的范围都可。将配好的原料加入高温反应炉进行焙烧，焙烧温度控制在1550℃左右(1350～1550℃的范围)，焙烧时间约2.5小时左右。焙烧结束后，将熔融态料浆用气和水联合分散进行淬冷，冷却至环境温度，形成砂粒状半成品，经烘干后，粉碎成90％不大于0.18mm(不小于80目)的粉料，即制备得产品缓释硅钾复合肥。
Claims (7)
1、一种用钾长石生产缓释硅钾复合肥的方法，其特征在于主要包括以下工艺步骤：
(1)配料：将甲长石、白云石或/和蛇纹石、焦炭按1∶0.5～3.8∶2.0～3.0的重量份数比进行配料；
(2)焙烧：将配比好的原料加热至熔融状进行焙烧反应，焙烧反应温度为1200～1560℃，焙烧反应时间为0.5～3.0小时；
(3)淬冷：将焙烧反应后的熔融态料浆用淬冷剂进行淬冷，使其冷却至自然环境温度，形成砂粒状的半成品；
(4)粉磨：将砂粒状半成品粉磨至粉料，即制得缓释硅钾复合肥。
2、根据权利要求1所述的用钾长石生产缓释硅钾复合肥的方法，其特征在于配料中还加入有重量份数为0.5～3.0的含磷矿料。
3、根据权利要求1或2所述的用钾长石生产缓释硅钾复合肥的方法，其特征在于所说的淬冷剂为水、空气或水与空气的混合物。
4、根据权利要求3所述的用钾长石生产缓释硅钾复合肥的方法，其特征在于当淬冷剂为水、或水与空气的混合物时，物料粉磨之前先进行干燥。
5、根据权利要求1或2所述的用钾长石生产缓释硅钾复合肥的方法，其特征在于所说的甲长石、白云石或/和蛇纹石原料尺寸为5～30mm。
6、根据权利要求1或2所述的用钾长石生产缓释硅钾复合肥的方法，其特征在于所说的焦炭原料尺寸为10～60mm。
7、根据权利要求1或2所述的用钾长石生产缓释硅钾复合肥的方法，其特征在于将所说的沙粒状半成品粉磨至粒径不大于0.18mm的部分不少于90％粉料。
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