CN104130043B - 一种粒状过磷酸钙表面涂覆层的改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粒状过磷酸钙表面涂覆层的改性方法。所述改性方法包括预热、混拌尿素、混拌碱性物质及冷却工序，首先将粒状过磷酸钙加热至55~115℃；然后按粒状过磷酸钙重量的0.1~2.5%加入尿素，混拌1~10min，使尿素与过磷酸钙中的游离磷酸形成磷酸脲；再按粒状过磷酸钙重量的0.4~5.5%加入碱性物质，混拌3~30min，使碱性物质与上一工序中形成的磷酸脲反应生产磷酸盐和尿素，反应产生的磷酸盐和尿素即作为粒状过磷酸钙的涂覆层；最后冷却已涂覆的粒状过磷酸钙至室温即可。所述改性方法能够明显降低粒状过磷酸钙的吸湿性和结块倾向，所得产品特别适用于粒状过磷酸钙与粒状尿素为原料的BB肥生产，而且操作简单，工艺互换性好，经济效益显著，推广应用价值较高。
Description
技术领域
本发明属于散装掺混肥生产技术领域，具体涉及一种粒状过磷酸钙表面涂覆层的改性方法。
背景技术
散装掺混肥又称BB肥，是根据地域、作物、土壤、气候等因素的个体差异由两种或两种以上的等粒子单质或复合肥料经机械混合而得到的现代新型复合肥料。BB肥以工艺简单、配方灵活、生产成本低等优点在我国肥料应用比例中正取得稳步提高的发展态势。
然而，BB肥经机械混合后，不同肥料组份间的不同化学成分会产生一些理性变化，造成BB肥吸湿性和结块倾向加大，如过磷酸钙与尿素混合后，在二者颗粒间直接反应释放出过磷酸钙中一水磷酸二氢钙的结晶水为游离酸水（式1），使BB肥变为湿糊状，物理水含量增加，导致肥粒在贮存、运输和施用过程中吸湿性和结块倾向加大。
Ca(H2PO4)2H2O+4CO(NH2)2→Ca(H2PO4)2·4CO(NH2)2+H2O （式1）
为了解决过磷酸钙与尿素混合用于生产BB肥时出现的问题，必须对两种单质肥料进行改性处理，如对尿素颗粒喷涂含镁或铝的水溶盐、氧化物或氢氧化物等，但该法不适用于对过磷酸钙颗粒进行处理；又如在过磷酸钙造粒之前用碱性物质中和，但由于碱性物质中和了过磷酸钙中的游离磷酸，使过磷酸钙的理化指标退化严重。
因此，研发一种能够显著降低BB肥吸湿性和结块倾向，同时对过磷酸钙的各项理化指标，尤其是水溶磷和有效磷含量无影响的粒状过磷酸钙表面涂覆层的改性方法，将为BB肥的进一步推广使用提供强有力的技术保证，具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粒状过磷酸钙表面涂覆层的改性方法。
本发明的目的是这样实现的：所述粒状过磷酸钙表面涂覆层的改性方法，包括预热、混拌尿素、混拌碱性物质及冷却工序，具体包括：
A、预热：将粒状过磷酸钙加热至55~115℃；
B、混拌尿素：按粒状过磷酸钙重量的0.1~2.5%加入尿素，混拌1~10min，使尿素与过磷酸钙中的游离磷酸形成磷酸脲；
C、混拌碱性物质：按粒状过磷酸钙重量的0.4~5.5%加入碱性物质，混拌3~30min，使碱性物质与工序B中形成的磷酸脲反应生产磷酸盐和尿素，反应产生的磷酸盐和尿素即作为粒状过磷酸钙的涂覆层；
D、冷却：冷却已涂覆的粒状过磷酸钙至室温。
本发明所述的改性方法具有以下优点：
1、通过控制粒状过磷酸钙的预热温度，在不影响过磷酸钙理化指标的前提下有效提高了覆膜反应的速度，缩短了反应时间，同时节约了能耗。
2、通过调整尿素和碱性物质的加入量，有利于在颗粒过磷酸钙的表面形成厚度适宜的涂覆层，有效减少了产物的吸湿性和结块性能。
3、尿素及碱性物质的加入形态优选了更有利于涂覆反应均匀、稳定且快速进行的粉末状，进一步提高了反应速度，改善了产物的质量稳定性。
4、在碱性物质的选择上优选含有钾、磷、氨、镁、锰、硼、锌、钼或铜等可被作物吸收的营养元素的碱性物质，有利于提高产品的综合肥效，减少非肥料组份对土壤的污染。
5、基于形成磷酸脲的反应为放热，优选的反应时间在保证反应充分进行，形成均匀涂覆层的同时有利于减少对产物理化性能的影响，有效降低了能耗，为企业降本增效。
综上所述，本发明所述的改性方法能够明显降低粒状过磷酸钙的吸湿性和结块倾向，所得产品特别适用于粒状过磷酸钙与粒状尿素为原料的BB肥生产，而且操作简单，工艺互换性好，经济效益显著，推广应用价值较高。
附图说明
图1为本发明的工艺流程及过磷酸钙表面涂覆层变化过程图；
图2为已涂覆的粒状过磷酸钙的抗结块试验装置；
图中：1-压块，2-装袋试样，3-U型支架。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明所述的粒状过磷酸钙表面涂覆层的改性方法，包括预热、混拌尿素、混拌碱性物质及冷却工序，具体包括：
所述的预热指的是将粒状过磷酸钙加热至55~115℃；
所述的混拌尿素指的是按粒状过磷酸钙重量的0.1~2.5%加入尿素，混拌1~10min，使尿素与过磷酸钙中的游离磷酸形成磷酸脲（式2）。由于磷酸脲熔点较尿素低，反应为放热反应，在过磷酸钙颗粒表面形成一层粘性的磷酸脲膜，同时在原过磷酸钙颗粒表面产生一层贫游离磷酸层，这是由于与尿素的反应，使原过磷酸钙颗粒表面与内部相比游离酸降低的结果。
H3PO4+CO(NH2)2→CO(NH2)·H3PO4 （式2）
所述的混拌碱性物质指的是按粒状过磷酸钙重量的0.4~5.5%加入碱性物质，混拌3~30min，使碱性物质与上一工序中形成的磷酸脲反应生产磷酸盐和尿素，反应产生的磷酸盐和尿素即作为粒状过磷酸钙的涂覆层。碱性物质与过磷酸钙表面生成的磷酸脲的反应如式3所示，式中碱性物质以碳酸氢钾为例进行说明。
CO(NH2)2·H3PO4+KHCO3→CO(NH2)2+KH2PO4+H2O+CO2 （式3）
所述的冷却指的是冷却已涂覆的粒状过磷酸钙至室温。
所述过磷酸钙为普通过磷酸钙、富过磷酸钙或重过磷酸钙中的任一种或几种的混合物。
所述普通过磷酸钙指的是硫酸分解磷矿所得的产物；所述富过磷酸钙指的是硫酸、磷酸的混合酸分解磷矿所得的产物；所述重过磷酸钙指的是磷酸分解磷矿所得的产物。
所述碱性物质为含有植物养分元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、硅酸盐或磷酸盐中的任一种或几种的混合物。
所述植物养分元素优选为钾、磷、氨、镁、锰、硼、锌、钼或铜中的任一种或几种。
工序A所述预热温度优选为60~110℃。
工序A所述预热优选将粒状过磷酸钙加热至60~110℃后，保持0~0.5min。
工序B所述尿素的加入量优选为0.2~2%，混拌时间优选为1~5min。
工序B所述尿素的加入形态为熔融态、高浓度水溶液或粉末状中的任一种。
工序B所述尿素的加入形态优选为粉末状。
工序B所述尿素的加入形态为水溶液时，其浓度≥90%。
工序C所述碱性物质的加入量优选为0.5~5%，混拌时间优选为3~15min。
工序C所述碱性物质的加入形态优选为粉末状。
工序D所述的冷却可以在混合搅拌或静态下进行。
实施例1
实验原料：
（1）因重过磷酸钙含有有效量较高的磷酸二氢钙，当与颗粒尿素掺混合，二者之间的接触反应（式1）较其它品种的过磷酸钙最为明显，最具代表性，因而实施例中均采用重过磷酸钙作为过磷酸钙的表面涂覆改性处理原料。
粒状重过磷酸钙符合GB21634-2008一等品的指标要求，如表1所示。
表1 实验用粒状重过磷酸钙的理化指标
（2）尿素符合GB2440-2001的指标要求，粒径2mm~4.75mm，使用时根据配方需要加热成熔融状或加入水配成浓度≥90%的溶液或研磨成粉状使用。
（3）碱性物质研磨成粉状使用。
实验方法：
（1）改性实验：所述的改性实验设定在一个500ml的烧杯中进行，用实验室常用烘箱作为预热工序的加热设备。称取300g颗粒状重过磷酸钙放入500ml的烧杯中，再将烧杯放入烘箱加热至所要求的预热温度取出，在搅拌下向烧杯中加入尿素，继续混拌至式2所示的反应完成，再向烧杯中加入碱性物质混拌均匀，直至式3所示的反应完成，自然冷却已涂覆的粒状重过磷酸钙至室温即可。具体的实验参数设定如表2所示。
表2 实验序号1~5的实验参数设定
| 实验序号 | 粒状重过磷酸钙重量（g） | 尿素的重量（g） | 碱性物质名称及重量（g） | 预热温度（℃） | 尿素反应时间（min） | 碱性物质反应时间（min） |
| 1 | 300 | 4（细粉加入） | 滑石粉 5 | 90 | 2.5 | 4 |
| 2 | 300 | 4（90%水溶液加入） | 石灰 3 | 80 | 3 | 5 |
| 3 | 300 | 3（加热熔融加入） | 磷酸氢钙 7 | 100 | 2 | 3.5 |
| 4 | 300 | 2.54（细粉加入） | 碳酸氢铵 6 | 105 | 2 | 3 |
| 5 | 300 | 24（细粉加入） | 钙镁磷肥 7 | 75 | 3 | 4 |
（2）抗结块性实验：称取经表面涂覆改性处理过的粒状重过磷酸钙150g与粒状尿素150g按1:1的重量比混合均匀，装入200mm×200mm的聚丙烯自封袋中封口，置于附图2所示的U型支架中，用10kg的压块置于其上，在室内放置100d后取出，观察结块的情况。
（3）吸湿性实验：称取经表面涂覆改性处理过的粒状重过磷酸钙100g放入500ml的玻璃烧杯中，置于室内100h后测定重量，用吸湿前后的重量变化计算出吸湿量，以确定粒状重过磷酸钙相对吸湿量的变化情况。
（4）空白实验：用未经改性处理的粒状重过磷酸钙作为原料进行上述的抗结块和吸湿性实验，并与涂覆改性过的重过磷酸钙作为对比，比较本发明所述方法的改性效果。
（5）理化指标分析：粒状重过磷酸钙表面涂覆改性前后理化指标的分析检测按GB21634-2008进行。
实验结果：
表3 实验序号1~5的实验所得产品的理化指标
从实验序号1~5的实验结果可知，在经过预热的粒状重过磷酸钙中，在混合搅拌状态下，先加入尿素再加入单组分的碱性物质涂覆改性后，粒状重过磷酸钙的相关理化指标改变很小，抗压强度提高很大，吸湿和结块性能大大下降。
实施例2
改性实验具体的实验参数设定如表4所示，其余同实施例1。
表4 实验序号6~9的实验参数设定
| 实验序号 | 粒状重过磷酸钙重量（g） | 尿素的重量（g） | 碱性物质名称及重量（g） | 预热温度（℃） | 尿素反应时间（min） | 碱性物质反应时间（min） |
| 6 | 300 | 4（细粉加入） | 滑石粉7 | 90 | 1.5 | 3 |
| 7 | 300 | 6（90%水溶液加入） | 滑石粉10 | 80 | 2.5 | 5 |
| 8 | 300 | 6（加热熔融加入） | 滑石粉15 | 100 | 2 | 5 |
| 9 | 300 | 6（细粉加入） | 滑石粉20 | 105 | 2 | 15 |
实验结果：如表5所示。
表5 实验序号6~9的实验所得产品的理化指标
从实验序号6~9的实验结果可知，在经过预热的粒状重过磷酸钙中，在混合搅拌状态下，先加入尿素再加入单组分的碱性物质涂覆改性后，粒状重过磷酸钙的相关理化指标改变很小，抗压强度提高很大，吸湿和结块性能大大下降。
实施例3
改性实验具体的实验参数设定如表6所示，其余同实施例1。
表6 实验序号10~13的实验参数设定
| 实验序号 | 粒状重过磷酸钙重量（g） | 尿素的重量（g） | 碱性物质名称及重量（g） | 预热温度（℃） | 尿素反应时间（min） | 碱性物质反应时间（min） |
| 10 | 300 | 6（细粉加入） | 滑石粉7+褐煤7 | 110 | 2 | 10 |
| 11 | 300 | 5（加热熔融加入） | 磷矿粉6+褐煤6 | 105 | 2.5 | 3.5 |
| 12 | 300 | 4（细粉加入） | 钙镁磷肥5+滑石粉3 | 90 | 3 | 2.5 |
| 13 | 300 | 3（细粉加入） | 石灰6+碳酸氢铵2 | 75 | 2 | 3 |
实验结果：如表7所示。
表7 实验序号10~13的实验所得产品的理化指标
从实验序号10~13的实验结果可知，在经过预热的粒状重过磷酸钙中，在混合搅拌状态下，先加入尿素再加入单组分的碱性物质涂覆改性后，粒状重过磷酸钙的相关理化指标改变很小，抗压强度提高很大，吸湿和结块性能大大下降。
Claims (8)
1.一种粒状过磷酸钙表面涂覆层的改性方法，其特征在于包括预热、混拌尿素、混拌碱性物质及冷却工序，具体包括：
A、预热：将粒状过磷酸钙加热至55~115℃；
B、混拌尿素：按粒状过磷酸钙重量的0.1~2.5%加入尿素，混拌1~10min，使尿素与过磷酸钙中的游离磷酸形成磷酸脲；尿素的加入形态为熔融态、浓度≥90%水溶液或粉末状中的任一种；
C、混拌碱性物质：按粒状过磷酸钙重量的0.4~5.5%加入粉末状碱性物质，混拌3~30min，使碱性物质与工序B中形成的磷酸脲反应生产磷酸盐和尿素，反应产生的磷酸盐和尿素即作为粒状过磷酸钙的涂覆层；
D、冷却：冷却已涂覆的粒状过磷酸钙至室温。
2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于所述过磷酸钙为普通过磷酸钙、富过磷酸钙或重过磷酸钙中的任一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于所述碱性物质为含有植物养分元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、硅酸盐或磷酸盐中的任一种或几种的混合物。
4.根据权利要求3所述的改性方法，其特征在于所述植物养分元素为钾、磷、氨、镁、锰、硼、锌、钼或铜中的任一种或几种。
5.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于工序A所述预热温度为60~110℃。
6.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于工序B所述尿素的加入量为0.2~2%，混拌时间为1~5min。
7.根据权利要求1或3所述的改性方法，其特征在于工序C所述碱性物质的加入量为0.5~5%，混拌时间为3~15min。
8.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于工序D所述的冷却在混合搅拌或静态下进行。
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