CN105016351A - 一种缓释型硅钾肥的制造方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废弃资源综合利用领域，具体涉及一种缓释型硅钾肥的制造方法及系统。该方法在渣罐中进行，包括如下步骤：(1)准备：高温高炉渣流入渣罐(3)中；将改质剂K2SO4加入压力容器(9)中；将喷枪(5)插入渣罐(3)的高炉渣中；(2)合成反应：使用载气(12)将改质剂K2SO4从喷枪(5)喷入渣罐(3)的高炉渣中，与高炉渣均匀混合，并被加热、熔化，K2SO4分解成K2O和SO3，其中K2O和高炉渣中含有的SiO2合成K2O·nSiO2缓释性化合物；(3)产品收集：SO3气体进入水箱(8)中并水发生化学反应的到H2SO4溶液；K2O·nSiO2缓释性化合物经冷却、破碎后装袋。本发明利用废弃资源，节能环保，生产成本低且工艺简单易于实现。
Description
技术领域
本发明属于废弃资源综合利用领域，具体涉及一种缓释型硅钾肥的制造方法及系统。
背景技术
随着我国钢铁工业的加速发展，钢铁渣的产生量随之大幅度增加，这些废渣不仅占用大量的土地，而且还会对环境造成严重危害。我国钢铁渣的综合利用虽取得了一些成果，但仍有许多地方有待改进。主要表现在：(1)钢铁渣的利用率较低；(2)利用钢铁渣生产的产品附加值较低；(3)高温熔渣的显热没有得到充分的利用。钢铁熔渣排放时的温度一般在1350～1650℃，属于高品位余热资源，具有很高的回收价值。目前除少量冶金炉渣热态循环利用外，大部分炉渣潜热未得到有效利用。因此拓展钢铁渣的资源化利用途径，提高钢铁渣的综合利用率和产品附加值，是当前我国钢铁工业急需解决的问题。钾肥是我国农业的主要肥料，年用量近1000万吨。但是大部分依赖进口，且钾肥又是水溶性的，利用低，污染土壤和水系，也有待急需解决的问题。硅钾肥是一种优质的缓释性肥料，既能为土壤和作物提供必需的营养元素钾，又能提供有利于作物生长的硅。我国作为一个农业大国，开发高效，低成本的缓释型硅钾肥料是当务之急。
目前已有学者对缓释型硅钾肥进行研究。河南省硅肥工程技术中心采用转换法，以钾长石类钾矿物为原料生产硅钾肥，该法虽利用了 我国丰富的难溶性钾矿资源，但需加热、前期处理等工序，生产工序复杂、能耗大，且含钾量相对较低。日本北海道工业开发试验所和废弃物工学研究所在1980年用煤灰、碳酸钾、氢氧化钾、氢氧化镁、煤粉为原料，在900℃流化床中生产硅酸钾复合肥，该方法需要造粒机、干燥炉、反应炉等设备，投资较大，成本较高。发明专利“一种新型长效硅钾肥生产方法”(公开号：CN1611462A)提到向铁水罐中脱硅渣加入一定量的碳酸钾或氢氧化钾将其改性为缓释肥；发明专利“一种复合型颗粒缓释硅肥的生产方法”(公开号CN101260012A)，提到将渣罐中的液态高炉渣以0.1～0.5吨/分钟的流速倒入中间包，同时将碳酸钾通过管道连续输入中间包，然后经过粒化得到硅钾肥。这几种方法都用到价格较高的改质剂碳酸钾导致生产成本较高，且我国目前铁水预处理脱硅规模很小，脱硅渣的渣量不多，大规模工业生产硅钾肥不现实。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用废弃资源，节能环保，生产成本低且工艺简单易于实现的缓释型硅钾肥的制造方法。
本发明的另一个目的是提供一种制造缓释型硅钾肥的系统，该系统设计简单，可自动加料，劳动强度低，系统封闭，废气回收，环境友好。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种缓释型硅钾肥的制造方法，该方法在渣罐中进行，其特征在于：包括如下步骤：
(5)准备：高温高炉渣从高炉1底部侧面设置的出渣口经炉渣管道2流入渣罐3中；将改质剂K2SO4加入压力容器9中；将喷枪5插 入渣罐3的高炉渣中；
(6)合成反应：打开压力容器9的阀门11，使用载气12将改质剂K2SO4从喷枪5喷入渣罐3的高炉渣中，改质剂K2SO4在上升过程中经载气12的强烈搅拌与高炉渣均匀混合，并被加热、熔化，K2SO4分解成K2O和SO3，其中K2O和高炉渣中含有的SiO2合成K2O·nSiO2缓释性化合物；
(7)副产品收集：步骤(2)中产生的SO3气体，通过渣罐盖4上部设置的气体出口经排气管道13通入水箱8中，并与水箱8中的水发生化学反应得到H2SO4溶液；
(8)主产品收集：步骤(2)中产生的K2O·nSiO2缓释性化合物经冷却、破碎后装袋。
所述步骤(1)中喷枪5通过升降机构6插入渣罐3的高炉渣中。
所述步骤(2)中，载气12为氮气，反应温度为1100～1500℃，保温时间为10～60min。
所述步骤(3)水箱8中的原溶液为Ca(HO)2，得到的副产品溶液为CaSO4。
所述改质剂K2SO4为水溶性K2SO4。
所述步骤(4)的冷却方式为炉冷、空冷或水冷。
该方法得到的缓释型硅钾肥，K2O理论含量可达10～20％，含有丰富的Si、Ca、Mg元素，不含重金属Ni、Cr、Co、W、Mo、V等有害元素。
该方法得到的缓释型硅钾肥具有如下缓释效果：
K2O在水溶液中，第1天融出率＜15％，第28天融出率约20％；
K2O在2％柠檬酸溶液中，28天溶出率达到80％。
一种缓释型硅钾肥的制造系统，系统包括高炉1、渣罐3、渣罐盖 4、喷枪5和压力容器9；高炉1底部侧面设置有出渣口，通过炉渣管道2与渣罐3上部的进渣口连接；渣罐3顶部设置有渣罐盖4；喷枪5的出端从渣罐盖4中部插入渣罐3中，另一端通过输送管道7分别与压力容器9和载气12连接；压力容器9出口处设置有阀门11。
所述喷枪5与升降结构6机械连接。
所述渣罐盖4上部设置有气体出口，并通过排气管道13通入水箱8中。
所述喷枪5距渣罐3底部距离为150～250mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明利用废弃高炉渣作为生产原料，拓展了高炉渣的新用途和剩余价值；
2.本发明使用水溶性的硫酸钾作为改质剂，降低了硅钾肥的生产制造成本；
3.本发明利用高炉渣自身余热，无需外加热源，节能环保；
4.本发明在生产硅钾肥的同时，还可以回收稀H2SO4和CaSO4副产品，增加了产品附加值；
5.本发明生产的缓释型硅钾肥，K2O含量可达10～20％，且具有优良的缓释效果，可满足不同用户的要求。
附图说明
图1为本发明缓释型硅钾肥的制造系统组成示意图
图2为本发明实施例与其它钾肥中K2O在水中溶出率比较图
其中的附图标记为：
1 高炉 2 炉渣管道 3 渣罐
4 渣罐盖 5 喷枪 6 升降机构
7 输送管道 8 水箱 9 压力容器
10 气体出口 11 阀门 12 载气
13 排气管道
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
本发明选用不含重金属Ni、Cr、Co、W、Mo、V等有害元素，含丰富的Si、Ca、Mg等矿物营养元素的高炉渣。
本发明提供一种缓释型硅钾肥的制造方法，该方法在渣罐中进行，包括如下步骤：
(1)准备：高温高炉渣从高炉1底部侧面设置的出渣口经炉渣管道2流入渣罐3中；将改质剂K2SO4加入压力容器9中；通过升降机构6将喷枪5插入渣罐3的高炉渣中；
(2)合成反应：打开阀门11，使用载气12将改质剂K2SO4从喷枪5喷入渣罐3的高炉渣中，改质剂K2SO4在上升过程中经载气12的强烈搅拌与高炉渣均匀混合，并被加热、熔化，K2SO4分解成K2O和SO3，其中K2O和高炉渣中含有的SiO2合成K2O·nSiO2缓释性化合物；
(3)副产品收集：步骤(2)中产生的SO3气体，通过渣罐盖4上部设置的气体出口经排气管道13通入水箱8中，并与水箱8中的水发生化学反应的到H2SO4溶液；
(4)主产品收集：步骤(2)中产生的K2O·nSiO2缓释性化合物经冷却、破碎后装袋。
所述步骤(1)中喷枪5通过升降机构6插入渣罐3的高炉渣中。
所述步骤(2)中，载气(12)为氮气，反应温度为1100～1500℃， 保温时间为10～60min。
所述步骤(3)水箱8中的原溶液为Ca(HO)2，得到的副产品溶液为CaSO4。
所述改质剂K2SO4为水溶性K2SO4。
所述步骤(4)的冷却方法为炉冷、空冷或水冷。
该方法得到的缓释型硅钾肥，K2O理论含量可达10～20％，含有丰富的Si、Ca、Mg元素，不含重金属Ni、Cr、Co、W、Mo、V等有害元素。
该方法得到的缓释型硅钾肥具有如下缓释效果：
K2O在水溶液中，第1天融出率＜15％，第28天融出率约20％；
K2O在2％柠檬酸溶液中，28天溶出率达到80％。
一种缓释型硅钾肥的制造系统，包括高炉1、渣罐3、渣罐盖4、喷枪5和压力容器9；高炉1底部侧面设置有出渣口，通过炉渣管道2与渣罐3上部的进渣口连接；渣罐3顶部设置有渣罐盖4；喷枪5的一端从渣罐盖4中部插入渣罐3中，另一端通过输送管道7分别与压力容器9和载气12连接；压力容器9出口处设置有阀门11；
喷枪5与升降结构6机械连接；
渣罐盖4上部设置有气体出口，并通过排气管道13通入水箱8中；
喷枪5距渣罐3底部距离为150～250mm。
整个改质过程实行自动加料，劳动强度低。系统封闭，废气回收，环境友好。所得缓释型硅钾肥中K2O在水溶液中第1天融出率＜15％，第28天融出率约20％，达到了K2O养分释放率28天≤75％的标准要求。而在2％柠檬酸溶液中28天溶出率达到80％，具有优良的缓释效果。
由图2可知本发明缓释型硅钾肥中K2O在水中溶出率远低于KCl、 K2SO4肥的溶出率，具有更优良的缓释效果，利于提高K2O的利用率。可减少对土壤和水系的污染，环境友好。
本发明缓释型硅钾肥中K2O在2％柠檬酸中28天的溶出率远高于水中溶出率高达80％以上，可满足缓释肥标准的要求；同时远低于K2SO4中K2O溶出率，根据国家对缓释肥的标准，营养元素第一天在水中的溶出率低于15％，在第28天的溶出率低于75％的标准，溶出越低越好，且在植物生长的弱酸环境下能够大量释放，以满足植物生长需求，呈现极佳缓释特性。
我国年产高炉渣超过3亿吨，主要用作水泥原料使用，其附加值不高，且每年仍有数千万吨堆积，未资源化，占用大量农田，污染环境。本发明利用高炉渣拥有作物生长的丰富的Si、Ca、Mg、Fe等矿物营养元素，经添加适量的含钾改质剂后，可成为农业用主要肥料，不仅为其拓开了新的用途，也为农业发展做有益的贡献。
Claims (12)
1.一种缓释型硅钾肥的制造方法，该方法在渣罐中进行，其特征在于：包括如下步骤：
(1)准备：高温高炉渣从高炉(1)底部侧面设置的出渣口经炉渣管道(2)流入渣罐(3)中；将改质剂K2SO4加入压力容器(9)中；将喷枪(5)插入渣罐(3)的高炉渣中；
(2)合成反应：打开压力容器(9)的阀门(11)，使用载气(12)将改质剂K2SO4从喷枪(5)喷入渣罐(3)的高炉渣中，改质剂K2SO4在上升过程中经载气(12)的强烈搅拌与高炉渣均匀混合，并被加热、熔化，K2SO4分解成K2O和SO3，其中K2O和高炉渣中含有的SiO2合成K2O·nSiO2缓释性化合物；
(3)副产品收集：步骤(2)中产生的SO3气体，通过渣罐盖(4)上部设置的气体出口经排气管道(13)通入水箱(8)中，并与水箱(8)中的水发生化学反应得到H2SO4溶液；
(4)主产品收集：步骤(2)中产生的K2O·nSiO2缓释性化合物经冷却、破碎后装袋。
2.根据权利要求1所述的缓释型硅钾肥的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中喷枪(5)通过升降机构(6)插入渣罐(3)的高炉渣中。
3.根据权利要求1所述的缓释型硅钾肥的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中，载气(12)为氮气，反应温度为1100～1500℃，保温时间为10～60min。
4.根据权利要求1所述的缓释型硅钾肥的制造方法，其特征在于：所述步骤(3)水箱(8)中的原溶液为Ca(HO)2，得到的副产品溶液为CaSO4。
5.根据权利要求1所述的缓释型硅钾肥的制造方法，其特征在于：所述改质剂K2SO4为水溶性K2SO4。
6.根据权利要求1所述的缓释型硅钾肥的制造方法，其特征在于：所述步骤(4)的冷却方式为炉冷、空冷或水冷。
7.根据权利要求1所述的缓释型硅钾肥的制造方法，其特征在于：该方法得到的缓释型硅钾肥，K2O理论含量可达10～20％，含有丰富的Si、Ca、Mg元素，不含重金属Ni、Cr、Co、W、Mo、V等有害元素。
8.根据权利要求1所述的缓释型硅钾肥的制造方法，其特征在于：该方法得到的缓释型硅钾肥具有如下缓释效果：
K2O在水溶液中，第1天融出率＜15％，第28天融出率约20％；
K2O在2％柠檬酸溶液中，28天溶出率达到80％。
9.一种应用如权利要求1所述缓释型硅钾肥的制造方法的系统，其特征在于：所述系统包括高炉(1)、渣罐(3)、渣罐盖(4)、喷枪(5)和压力容器(9)；高炉(1)底部侧面设置有出渣口，通过炉渣管道(2)与渣罐(3)上部的进渣口连接；渣罐(3)顶部设置有渣罐盖(4)；喷枪(5)的出端从渣罐盖(4)中部插入渣罐(3)中，另一端通过输送管道(7)分别与压力容器(9)和载气(12)连接；压力容器(9)出口处设置有阀门(11)。
10.根据权利要求9所述的制造缓释型硅钾肥的系统，其特征在于：所述喷枪(5)与升降结构(6)机械连接。
11.根据权利要求9所述的制造缓释型硅钾肥的系统，其特征在于：所述渣罐盖(4)上部设置有气体出口，并通过排气管道(13)通入水箱(8)中。
12.根据权利要求9所述的制造缓释型硅钾肥的系统，其特征在于：所述喷枪(5)距渣罐(3)底部距离为150～250mm。
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