CN110520399A - 形成蒸发矿物产品及其作为肥料的使用 - Google Patents

Abstract

一种用于形成蒸发矿物的粒料的方法，该方法包括：使淀粉暴露于高于70℃的水以便至少部分地使所述淀粉胶凝；在已胶凝的淀粉基本上完全水合的同时，将所述淀粉与所述蒸发矿物的粉末混合以形成混合物；以及对所述混合物进行造粒。

Description

形成蒸发矿物产品及其作为肥料的使用

背景技术

本发明涉及形成蒸发矿物的粉末并且涉及形成造粒产品，例如以用作肥料。

杂卤石是蒸发矿物。它是通式K₂Ca₂Mg(SO₄)₄-2H₂O的钾、钙和镁的复合水合硫酸盐。在奥地利、中国、德国、印度、伊朗、土耳其、乌克兰、英国和美国及其它国家中都存在杂卤石的矿床。

杂卤石有作为农业肥料的来源的价值。在一些现有技术的工艺中，已经提出要分解天然杂卤石以提取特定营养素。参见例如WO 2013/074328、US 1,946,068和US 4,246,019。然而，完整的杂卤石也可用作肥料，能够向土壤供应硫、钾、钙和镁。

矿物杂卤石可以原始压碎形式散布。那使加工成本最小化，但是它有许多缺点。一旦被施加到土壤，原始矿物就需要一些时间来分解，从而延迟其组分的生物利用度。如果以压碎形式施加，则杂卤石往往具有不规则的形状和大小，意味着在均匀地施加它时存在困难，并且可能难以使用一些类型的农业散布机械来施加。未经处理的粉末状杂卤石可能在一些情况下能够被均匀地散布。然而，由于杂卤石粉末可能是强吸湿的，所以一旦被暴露于空气其机械性能就可随着时间的推移而迅速地且根本上变化；并且进而可能难以利用一些类型的机器均匀地散布。

已知形成含有杂卤石的粒料以用作肥料。

在将诸如杂卤石这样的蒸发矿物加工成粒料时出现许多问题。一个问题是由于围绕控制由蒸发矿物对水的吸收的问题而可能难以从蒸发岩给料获得可靠的造粒产品。这可导致工艺的不均匀操作。

已经发现另一困难是由围绕蒸发矿物粉末到粒料中的结合的问题产生，其中结合在一些操作环境中是不可靠的。人们已经发现需要仔细地选择结合剂及其应用方法以便实现良好的结果。

形成粒料的一个方式是首先形成蒸发矿物的粉末，然后将粉末整合成粒料。已经发现另一困难是由围绕将原始矿物转换成粉末以用于尤其在工业规模上造粒的问题产生。使用诸如圆锥压碎机、立式球磨和球磨机这样的各式各样的常规粉末成形压碎机以便形成粉末将是可能的。然而，压碎工艺是高度能量密集的，特别是当以非常大规模执行时。将期望识别使用相对少能量的压碎工艺。有助于能量使用的一个因素是哪一种材料需要通过压碎阶段再循环的程度。在单遍时产生相当大比例的粉末并且在压碎阶段没有显著停留时间的压碎工艺将是优选的。

另一个重要因素是用于按大小分离压碎阶段的输出以确保从粉末流中排除矿物的较大片的机制。一个选项将是出于此目的使用筛网，例如旋转鼓筛网。这可在良好的条件下实现高水平的生产量，但是它可能是相对低效的并且筛网可能会堵塞，尤其在粉末弄潮的情况下。

高压研磨辊(HPGR)机器包括一对辊，该一对辊彼此相邻设置，布置在平行轴线上。这些辊间隔开，从而在它们之间限定压碎通道。待压碎的材料被送入辊之间的区。辊在相反方向上旋转以便将给料吸入到压碎通道中。压碎材料被从压碎通道的下游侧喷出。辊可以由特别硬的材料形成或者涂覆有特别硬的材料以便改进其有效性和/或寿命。在典型应用中，HPGR辊具有约6000小时的使用寿命。

照惯例，HPGR未被用于细研磨。在粉末是所期望的输出的典型装置中，HPGR用于形成中间产品，该中间产品然后经受球磨或另一形式的加工。此一个原因是构造HPGR装置以用典型给料产生粉末的困难。辊可能必须被精确地设置得彼此非常靠近，并且可能预期这导致低水平的生产量。

空气分级机包括腔室，材料给料流通过该腔室从入口传递到第一出口。通常入口位于出口下方，使得材料在重力的作用下传递到出口。一股空气跨越材料流吹向偏离第一出口的第二出口。流的较细成分被通风偏转并通过第二出口离开，然而较粗成分通过第一出口离开。据本申请人所知，空气分级机未被通常地用于加工压碎矿石。

需要用于形成诸如杂卤石这样的蒸发矿物的粉末并且用于对这样的粉末进行造粒的高效工艺。

发明内容

根据一个方面，提供了一种用于形成蒸发矿物的粒料的方法，该方法包括：暴露步骤，使淀粉暴露于高于70℃的水以便使所述淀粉至少部分地胶凝；混合步骤，在已胶凝的淀粉基本上完全水合的同时，将所述淀粉与所述蒸发矿物的粉末混合以形成混合物；以及造粒步骤，对所述混合物进行造粒。

所述暴露步骤可以包括使淀粉暴露于蒸汽以便使所述淀粉至少部分地胶凝；

所述暴露步骤可以使得所述淀粉基本上完全胶凝；

所述蒸发矿物粉末的按质量计至少90％可以具有小于400μm或者小于250μm的最大直径。

所述蒸发矿物可以是硬石膏、光卤石、石膏、岩盐、钾盐镁矾、硫酸镁石、水镁矾、钾盐和杂卤石中的一种。

所述造粒步骤可以包括借助于盘式造粒机将所述混合物形成为粒料。

所述粒料可以具有从4mm到10mm的范围中的中值直径。

所述混合物可以包括按质量计从0.5％到1.5％的水。

所述混合器可以是叶式混合器。

所述粒料可以被所述淀粉束缚。

所述方法可以包括将在所述造粒步骤中形成的粒料作为肥料散布。

附图说明

现在将参考附图通过示例来描述本发明。

在附图中：

图1示出了高压研磨辊(HPGR)系统的图。

图2示出了造粒工艺的全面概要。

具体实施方式

如以上所指示的，杂卤石是通式K₂Ca₂Mg(SO₄)₄·2H₂O的钾、钙和镁的复合水合硫酸盐。天然存在的杂卤石当然可以与该一般组分有点不同。杂卤石具有约2.5至3.5的莫氏硬度。

可能期望将杂卤石形成为容易被涂开的肥料产品。现在将描述可这样做的一个方式。

矿石开采

通过采矿提取原始杂卤石矿石。原始杂卤石可以形式为不规则块、巨石或圆石或者具有其它形式。

初始压碎

原始杂卤石被加工以致使它通常变成均匀大小的元素。这在下面将被称为中间大小。将原始杂卤石减小至中间大小可有助于矿石的运输或后续加工。例如，可压碎从矿井中提取的杂卤石的不规则块，使得基本上不会留下尺寸大于预定大小的块。该预定大小可以例如是150mm或左右(即，略低于(minus)150mm的大小)。

以这种形式杂卤石可被存储在料箱、仓库或其它贮蔵所中，或者堆积，直到它可被进一步加工为止。优选地，如果杂卤石将被存储达任何显著长度的时间，则它被存储在封闭容器中。这可有助于减少杂卤石对水的吸收。通过存储杂卤石使得杂卤石的按体积计至少50％或至少70％形式为具有例如80mm或100mm的最小尺寸的块，可保护杂卤石免于从大气中吸收过度水。

一般而言，优选的是，在已被碎裂之后杂卤石被存储在基本上气密的容器(诸如由不透水片材形成的封闭袋)中，使得其从大气中吸收水分的能力被限制。用于实现类似结果的另一方式是在有限的时间段内(例如，在初始压碎/碎裂之后不到6、12或24小时内)将碎裂的杂卤石传递到工艺的下一个阶段。

一般而言，由于压碎工艺可以产生一系列大小，所以此阶段的产品可在大小上从粉末到例如100mm、150mm或200mm的最大尺寸变动，或者可以具有不大于那些值的平均尺寸。

可使用一个或更多个颚式压碎机、冲击式压碎机、圆锥压碎机或任何其它适合的机械来执行初始压碎阶段。

二次压碎

为了形成杂卤石粒料，中间大小的杂卤石被制成为适合的粉末。可以在若干阶段中做这个。

在第一阶段中，中间大小的杂卤石被制成为砾石状大小：例如到略低于20mm或左右。以中间大小的杂卤石为起点，可通过第一压碎步骤来做这个，在该第一压碎步骤中中间大小的杂卤石的进料被压碎至大于所期望的砾石状大小的最大尺寸，例如到略低于50mm或左右。该压碎步骤的输出中的一些将已经在所期望的砾石状大小范围内(例如小于20mm)。可筛选第一压碎步骤的输出以使所期望的砾石状大小范围内的成分与较粗的成分分开。然后可将较粗的成分引导到第二压碎步骤，在该第二压碎步骤中它们被压碎至所期望的砾石状大小范围，或者通过前一个压碎机再循环。第二压碎步骤的大小内输出与来自筛选步骤的细粒级重新组合。

砾石状杂卤石可以基本上没有尺寸大于例如10mm、15mm、20mm、25mm或30mm的片。砾石状杂卤石的按质量计诸如70％、80％或90％这样的比例可以具有大于200μm的大小。

可使用一个或更多个冲击式压碎机、圆锥压碎机或任何其它适合的机械来执行二次压碎阶段。

粉化

砾石状杂卤石被制成粉末。可使用任何适合的压碎技术来做这个。然而，人们已经发现使用高压研磨辊来执行此步骤是特别高效的。

图1示出了HPGR研磨机。HPGR利用两个反旋转辊来压碎给料。如图1中所示，进料斗1可将给料2引导到两个辊3和4之间的压碎区5中。这些辊中的一个的旋转轴线可以是固定的，然而另一个辊的旋转轴线可以是浮动的或可调的。另选地，两个研磨辊的轴线可以是可调的。液压缸7可对系统施加非常高的压力，从而随着进料在两个辊之间行进而引起颗粒间粉碎。另选地，可以使用液压气动弹簧来对可调辊施加力。可调节辊的旋转速度以获得最佳研磨条件。可在操作期间根据需要来控制和调节挤压力和辊速度。

在本系统中，HPGR研磨机被构造以便接收砾石状杂卤石并将它压碎为粉末。已经发现这个是加工杂卤石的高度高效的方式。首先，已经发现它与用于使杂卤石变成为粉末的其它压碎技术相比消耗更少的能量。当杂卤石通过HPGR机器时，存在令人惊讶高水平的大小减小。其次，然而在典型应用中HPGR辊可以具有约为6000小时的寿命，实验表明在本申请中可预期4至5年的寿命。在不希望受理论束缚的情况下，据信这些观察结果存在若干原因。首先，杂卤石具有特别脆的破裂机制。杂卤石属于具有空间群(三斜晶状体)的三斜晶系。杂卤石在晶体平面上很好地裂开。这种裂开是由于弱内聚力而导致的并且与矿物的晶体结构有关。这沿着裂开平面产生光滑表面。杂卤石也在{010}和{100}平面上经历多合成孪晶。在结晶上孪晶或者已通过压力加压力的矿物中发生的分离(或伪裂开)在杂卤石中发生在至少{010}平面上。当杂卤石在除裂开或分离面以外的方向上断裂时，它经历贝壳状破裂。因此，杂卤石能够在经受高压缩力时在许多结晶方向上破裂，因此在HPGR工艺期间高效地产生细粒输出。

据信这使杂卤石变得特别适合于通过压缩、低冲击技术来粉化。据信当一片砾石状杂卤石在高压研磨辊之间被压缩而不是简单地裂成两半时，它容易成碎片从而产生许多小碎片。这可以避免像可能使其它矿石变成为粉末所需的那样给辊配置它们之间的特别小间隙的任何需要。这样的小尺寸的间隙可能难以在大规模运营工厂中控制。其次，作为蒸发矿物，杂卤石通常包含相对低水平的相对硬的污染物，诸如石英或二氧化硅。这避免甚至在细粒压碎期间对HPGR机器的磨损。

HPGR机器可以被构造为使得当HPGR机器的输入是大小在尺寸上大于10mm或15mm的杂卤石颗粒的按质量计60％或更多或75％或更多时，HPGR机器的输出的40％或更多、50％或更多、60％或更多或70％或更多具有小于约200μm的最大尺寸：例如小于100μm、150μm、200μm、250μm或300μm。

辊3和4可以由锻造的热处理合金钢或另一金属或陶瓷材料制作。辊的外表面可以被装套管。辊的外部可以设置有碳化钨嵌件或由另一耐磨材料制成的嵌件，以减少辊的腐蚀。辊的边缘还可以并入由碳化钨或另一耐磨材料制成的部分以改进对辊的该部分的保护。

对粉化步骤的输出分级

HPGR机器的输出被划分成细粒级和粗粒级。粗粒级被返回给HPGR机器。细粒级被传递到工艺的下一个阶段。

可以通过筛选或任何其它适合的工艺来使粗粒级和细粒级分开。然而，人们已经发现使用空气分级机来执行此步骤是特别高效的。

HPGR阶段的输出被传递到空气分级机的输入。空气分级机被构造为使粗粒级(在大小上大于预定尺寸)与细粒级(小于该尺寸)分开。在目前情况下，该尺寸可以例如是约200μm，例如100μm、150μm、200μm、250μm或300μm。优选地该尺寸是200μm或更大。空气分级机在任何特定应用中的效率可取决于所述材料的密度、所述材料的均匀性、所期望的粗粒和细粒级分之间的截止值以及给料的大小分布。人们已经发现将空气分级机用于对杂卤石分级是特别高效的，特别是当被应用于从如上所述构造的HPGR机器输出的大小分布时。此一个原因被认为是与典型其它矿石相比较杂卤石的相对低密度。

造粒

表示来自粉化阶段的输出的细粒级的杂卤石粉末被用作造粒步骤的输入。粉末可以是这样的，即粉末的按质量计90％或95％或更多满足定义的大小极限。该极限可以是这样的，即最大尺寸不大于例如100μm、150μm、200μm、250μm或300μm。用于粉末的优选大小是略低于200μm。

杂卤石粉末与将作为结合剂的预煮或预胶凝淀粉混合。淀粉优选地在添加到杂卤石时基本上完全水合。杂卤石/淀粉混合物然后被加热以使混合物稳定。然后对混合物进行造粒，例如通过使用如GB 2 522 491中所描述的盘式造粒机。

淀粉与杂卤石的比例被选择为使得结果得到的粒料对使用来说足够稳定，同时优选地使粒料中的杂卤石的比例最大化。人们已经发现按质量计约1％的淀粉至99％的杂卤石提供良好的结果。

为了协助杂卤石和淀粉结合剂的整合，可向混合物添加水和/或蒸汽。在一个方法中可将杂卤石粉末添加到含水淀粉材料。在另一方法中可最初在不添加水的情况下使杂卤石粉末和淀粉混合，然后可向混合物添加蒸汽以同时地加热混合物并使混合物水合。

淀粉可以被以基本上完全水合、部分水合或基本上未水合形式添加到杂卤石。如果淀粉在它被添加到杂卤石时未完全水合，则可以向混合物添加水以允许淀粉在造粒之前变得完全水合。在存在或不存在杂卤石的情况下，可以向淀粉添加蒸汽，以便使淀粉胶凝。

可在存在水的情况下加热杂卤石/淀粉混合物以帮助结合动作。例如可将混合物加热至高于60℃或高于70℃的温度，优选地至不超过80℃的最大温度。

在造粒期间结果得到的粒料被干燥以使它们硬化。为了减少干燥步骤所需要的能量，优选添加和将允许可接受产品产生一样少的水。

优选地，干杂卤石粉末与预煮/预胶凝淀粉的含水溶液或悬浮液混合。已经发现这允许杂卤石粉末和淀粉的高效混合。干杂卤石粉末可以包含按质量计小于10％或小于5％或小于2％的水(例如吸收的水)。杂卤石与淀粉的比例可以在按质量计从95:5到99.5:0.5的范围内，更优选地在按质量计从98:2到99.3:0.7的范围内，更优选地在按质量计从98.5:1.5到99.3:0.7的范围内。

如以上所指示的，在所期望的大小范围外的任何粒料可被重新研磨(如果过大)或者返回到盘式造粒机(如果过小)。人们已经发现通过使用上述的步骤，规格内产率为来自造粒机的输出的按重量计85-90％。相比之下，石灰石造粒工艺的典型规格内产率可能是约为10％，剩余90％必须被再循环。

造粒机的输出是湿的基本上球形的粒料。这些在包装之前被照惯例干燥。为了实现这个，可将已从造粒机输出的粒料传递到干燥机。人们已经发现在能够将粒料加热至约150℃的温度的干燥机中约3分钟的保持时间足以充分地干燥粒料。可使用反向喷射空气过滤器来从干燥机中提取水分。可选择干燥机中的工作温度和保持时间以提供所期望的强度的粒料以供后续处理。

最后，粒料可被冷却和包装，例如在600kg袋或25kg麻袋中，或者散装运输以供在别处使用或进一步加工。

图2示出了上述的完整工艺的全面概要。在颚式压碎机8中初级压碎原样开采的原始杂卤石以产生平均直径小于约150mm的切碎杂卤石产品。可以存储切碎杂卤石，例如在仓库9中，直到在它将被后续步骤加工之前不久为止。

在10处，杂卤石碎片然后被进一步压碎并筛选以产生平均直径小于约20mm的切碎产品。

平均碎片直径小于20mm的切碎杂卤石然后被传递到高压研磨辊11，在那里它被变成为粉末。

HPGR 11的输出被传递到空气分级机12。粗成分被返回到HPGR。细杂卤石粉末被传递到混合器13。混合器13可以是叶式混合器。

杂卤石粉末与水和淀粉(14)组合并在混合器13中混合。混合器的输出是颗粒产品。颗粒产品被施加到盘式造粒机15，可以像16处所例示的那样向该盘式造粒机15添加附加水。盘式造粒机使颗粒聚合成基本上球形的粒料，其逐渐地离开造粒机。离开的粒料在干燥机17中被干燥，然后通过一组筛网20进行筛分。如18处所指示的，过小粒料被返回到造粒机。如19处所指示的，过大粒料被返回到HPGR。21处的最终产品由基本上球形形式的并且在由筛网20所限定的大小极限内的粒料构成。然后可包装并供应那些粒料以用于农业用途。最后它们可散布在田地或其它农业或园艺基质上以作为肥料。

输送机带、螺旋输送机或其它处理设备可用于在加工站之间移动成分。

可以在粒料中包括其它添加剂。这样的添加剂可以按照任何组合包括下列中的一种或更多种：

-具有化学上和/或机械上稳定和/或保存粒料的作用的成分：例如以增加其保质期，降低其对环境污染物的敏感性或者以降低它们在散布期间被打碎的可能性；

-具有增强杂卤石的施肥效果的作用的成分：例如通过加速或者推后杂卤石在田地中的分解；

-具有通过除施肥以外的手段来保护或者增强作物的生长的作用的成分：例如除草剂、杀真菌剂、杀虫剂、杀鼠剂、激素、植物刺激剂或菌根真菌或孢子；

-种子：其可以是被子植物和/或作物物种(例如诸如小麦、玉米、大米、小米、大麦、燕麦或黑麦这样的谷类)的种子；

-除了杂卤石之外的另一种肥料成分：例如氮和/或磷的来源；

-颜料；

-具有改变土壤pH的作用的成分：例如石灰、硫磺或硫酸盐。

可以在工艺中的各个阶段处添加这样的成分，例如它能在如上所述的混合阶段之前或期间与杂卤石粉末组合，或者在该混合阶段之前与结合剂组合，或者在如上所述的混合阶段与造粒步骤之间与杂卤石/结合剂混合物组合，或者能将它添加到盘式造粒机，或者能在干燥之前或之后将它喷射或者以其它方式涂覆到粒料上。

结果得到的粒料的杂卤石含量按重量计优选地大于75％，更优选地大于80％并且最优选地大于90％。在包含种子的粒料的情况下，这个可以可选地变化，使得排除种子的重量的粒料的杂卤石含量按重量计可以大于75％，更优选地大于80％，最优选地大于90％。

粒料优选地是基本上球形的，并且具有基本上均匀的体积和质量。粒料可以具有大于0.85、0.90或0.95的平均沃德尔球形度。粒料优选地基本上没有空隙，例如按空气的体积计具有不超过1％、2％或5％。

如上所述的工艺可以被用于对除杂卤石以外的矿物进行造粒，并且特别地用于对主要由一种或更多种蒸发矿物(特别是其它氯化物矿物)组成的给料进行造粒。这些可以包括硬石膏、光卤石、石膏、岩盐、钾盐镁矾、水镁矾、无水钾镁矾和/或钾盐中的任何一种或更多种。

工艺特别适合于对主要由在最近粉末形式上基本上吸湿的并且/或者具有从2到4的范围内的莫氏硬度的矿物组成的给料进行造粒。结果得到的粒料可以被用于除施肥以外的目的。

最终粒料可具有任何适合的大小。方便的格式是让粒料通常为球形的，其中值直径在从4mm到10mm的范围内。

本申请人特此独立地公开本文描述的每个单独的特征以及两个或更多个这样的特征的任何组合，到这样的特征或组合能够总体上鉴于本领域技术人员的公知常识基于本说明书被执行的程度，而不管这样的特征或特征的组合是否解决本文公开的任何问题，并且不限于权利要求的范围。本申请人指示本发明的各方面可以由任何这样的单独的特征或特征的组合构成。鉴于上述描述对于本领域技术人员而言将显然的是，可以在本发明的范围内做出各种修改。

Claims (13)

1.一种用于形成蒸发矿物的粒料的方法，该方法包括：

暴露步骤，使淀粉暴露于高于70℃的水以便使所述淀粉至少部分地胶凝；

混合步骤，在已胶凝的淀粉基本上完全水合的同时，将所述淀粉与所述蒸发矿物的粉末混合以形成混合物；以及

造粒步骤，对所述混合物进行造粒。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述暴露步骤包括使淀粉暴露于蒸汽以便使所述淀粉至少部分地胶凝。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述暴露步骤使得所述淀粉基本上完全胶凝。

4.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述蒸发矿物粉末的按质量计至少90％具有小于400μm的最大直径。

5.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述蒸发矿物粉末的按质量计至少90％具有小于250μm的最大直径。

6.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述蒸发矿物是硬石膏、光卤石、石膏、岩盐、钾盐镁矾、硫酸镁石、水镁矾、钾盐和杂卤石中的一种。

7.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述蒸发矿物是杂卤石。

8.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述造粒步骤包括借助于盘式造粒机将所述混合物形成为粒料。

9.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述粒料具有从4mm到10mm的范围内的中值直径。

10.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述混合物包括按质量计从0.5％到1.5％的水。

11.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述混合器是叶式混合器。

12.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述粒料被所述淀粉束缚。

13.如任一前述权利要求所述的方法，该方法包括将在所述造粒步骤中形成的粒料作为肥料散布。