CN110913980A - 颗粒状杂卤石和钾碱的混合物及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本文提供了一种杂卤石和钾碱的颗粒物，所述颗粒物包含处于10％w/w‑90％w/w之间的浓度的钾碱；处于10％w/w‑90％w/w之间的浓度的杂卤石；处于1％w/w‑5％w/w之间的浓度的粘合剂。
Description
发明领域
本发明涉及肥料领域，具体地涉及充当肥料的杂卤石与高K2O的颗粒物的生产。
发明背景
为了正常生长，植物需要通常可以在土壤中找到的营养素(氮、钾、钙、锌、镁、铁、锰等)。有时需要肥料来实现期望的植物生长，因为这些肥料可以增强植物的生长。
这种植物生长以两种方式来满足，传统的方式是提供营养素的添加剂。某些肥料起作用的第二模式是通过改良土壤的水保留率(water retention)和曝气(aeration)来增强土壤的效力。肥料通常以变化的比例提供三种主要的常量营养素(macronutrient)：
氮(N)：叶生长；
磷(P)：根、花、种子、果实的发育；
钾(K)：旺盛的茎生长，植物中水的移动，促进开花和结果；
三种次要的常量营养素：钙(Ca)、镁(Mg)和硫(S)；
微量营养素：铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、钼(Mo)、锌(Zn)、硼(B)，并且偶尔存在硅(Si)、钴(Cv)和钒(V)加上稀有矿物催化剂。
使营养素的可用性与植物需求一致的最可靠且有效的方式是通过使用缓释肥料(slow release fertilizer)或控释肥料(controlled release fertilizer)来控制营养素释放到土壤溶液中。
缓释肥料(SRF)和控释肥料(CRF)两者均逐渐地供应营养素。然而，缓释肥料和控释肥料在许多方面不同：它们使用的技术、释放机制、寿命、释放控制因素及更多。
固体肥料包括颗粒物、小粒(prill)、晶体和粉末。小粒状肥料(prilledfertilizer)是通过使自由下落的液滴在空气或流体介质中固化而制成的接近球形的一种类型的颗粒状肥料。商业苗圃中使用的大多数控释肥料(CRF)是已经被硫或聚合物包覆的小粒状肥料。这些产品已经被开发成在整个作物发育中允许营养素缓慢释放到根部区域中。
杂卤石是一种蒸发岩矿物，具有式：K2Ca2Mg(SO4)4·2H2O的钾、钙和镁的水合硫酸盐。杂卤石被用作肥料，因为其包含四种重要的营养素并且氯化物是低的：
48％SO3，以硫酸盐计
14％K2O，以从钾碱(Potash)的硫酸盐计
6％MgO，以从硫酸镁计
17％CaO，以从硫酸钙计。
钾碱指的是钾化合物和具有钾的材料，最常见的是氯化钾(KCl)。钾是在氮和磷之后的第三种主要的植物和作物营养素。自古以来，其一直被用作土壤肥料(目前使用的约90％)。元素钾在自然界中不存在，因为其与水剧烈地反应。作为多种化合物的一部分，钾构成地壳的重量的约2.6％，并且是第七最丰富的元素，丰度类似于地壳的约1.8％的钠。钾碱对于农业是重要的，因为其改进粮食作物的水保留率、收率、营养价值、味道、颜色、质地和疾病抗性。其已经广泛应用于水果和蔬菜、水稻、小麦和其他谷物、糖、玉米、大豆、棕榈油和棉花，它们全部受益于营养素的质量增强特性。
杂卤石是经常被用作肥料的合意的蒸发岩。
WO2015185907教导了一种被包覆的种子产品，该产品包括：至少一种植物种子；和粘附至植物种子的外部的涂层，该涂层包含一种或更多种蒸发岩矿物，优选地杂卤石。
WO2015185906公开了一种呈小球(pellet)形式的肥料产品，其包含：按质量计至少80％的蒸发岩矿物粉末，该蒸发岩矿物粉末具有在从50pm至400pm的范围内的平均颗粒尺寸；和粘合剂；小球具有大于2kgf的压缩强度。被包覆的种子产品包括至少一种植物种子和粘附至植物种子的外部的涂层，该涂层包含蒸发岩材料。
WO2015185909教导了一种用于形成球状(pelletised)的蒸发岩矿物产品的方法，该方法包括：粉碎蒸发岩矿物原料以形成干燥粉末；在液体的存在下，将干燥粉末与粘合剂混合以形成中间共混物；以及使用造粒机加工中间共混物，以形成基本上由蒸发岩矿物组成的小球。
WO2016051130公开了一种用于制造球状的矿物产品的方法，该方法包括：在第一混合步骤中，通过在不足以使淀粉大体上胶凝化的条件下，将蒸发岩矿物与未胶凝化的淀粉混合来形成第一混合物；在第二混合步骤中，通过在足以使包含在第一混合物中的淀粉大体上胶凝化的条件下，混合第一混合物来形成第二混合物；以及使第二混合物形成为小球。
WO2017081470教导了一种肥料小球，该肥料小球包括：提供氮的肥料组合物的第一区域；和粘附至第一区域的外部的第二区域，第二区域包含能够提供(a)两种或更多种碱金属和/或碱土金属营养素和(b)硫的肥料组合物。
发明概述
根据某些说明性实施方案中，提供了一种用于将杂卤石(还被称为多硫酸盐(Polysulphate))和钾碱(在本文中还被称为“Potash Plus”)制粒的工艺。
根据某些实施方案，本发明的教导还可以适用于无水钾镁钒(Langebenite)和钾碱的制粒。
根据某些说明性实施方案，例如，由于颗粒物的大体上相似的尺寸和/或直径，杂卤石和钾碱的组合可以提供优越的特性，包括例如肥料向土地的持续释放和/或控制释放。
根据某些实施方案，使用呈颗粒物形式的杂卤石和钾碱的组合的混合物还可以有益于防止粉末混合物中的杂卤石和钾碱的组合的混合物的离析。离析通常由于混合物的组分的尺寸或密度的差异而发生。通常，较小和/或较致密的颗粒趋向于集中在容器的底部，而较大和/或较不致密的颗粒集中在顶部。理想的制粒将混合物的全部Potash Plus以恰当比例包含在每个颗粒物中，并且颗粒物的离析将不发生。
根据某些实施方案，例如，由于钾碱盐的可塑性的缺乏，所以难以引起杂卤石和钾盐的粘附。因此，钾碱盐具有制粒为钾碱或制粒为与其他盐的混合物的低的趋向。
发明详述
根据某些说明性实施方案，提供了一种用于将杂卤石及相关衍生物和钾碱的组合的混合物制粒的工艺。
根据某些说明性实施方案，例如，由于颗粒物的大体上相似的尺寸和/或直径，杂卤石和钾碱的组合的混合物的颗粒物可以提供优越的特性，包括例如肥料向土地的持续释放和/或控制释放。
根据某些实施方案，使用呈颗粒物形式的杂卤石和钾碱的组合的混合物还可以有益于防止粉末混合物中的杂卤石和钾碱的组合的混合物的离析。离析通常由于混合物的组分的尺寸或密度的差异而发生。通常，较小和/或较致密的颗粒趋向于集中在容器的底部，而较大和/或较不致密的颗粒集中在顶部。理想的制粒将混合物的全部Potash Plus以恰当比例包含在每个颗粒物中，并且颗粒物的离析将不发生。
根据某些说明性实施方案，杂卤石和钾碱的组合的混合物的颗粒物可以由具有太小而不能通过其他常规方法例如散装共混(bulk blending)使用的粒度分布(PSD)的细材料例如粉末来生产。根据这些实施方案，根据某些实施方案，颗粒物可以由杂卤石和钾碱粉尘的混合物来生产，其中钾碱粉尘可以包括处于0.5mm以下、优选地0.001mm-0.5mm之间的任何尺寸的颗粒。
根据本发明的其他实施方案，本发明的颗粒物可以由杂卤石和处于标准尺寸，即从0.5mm至2mm的钾碱颗粒的混合物来生产。
根据某些实施方案，本发明的杂卤石和钾碱的组合的混合物的颗粒物可以具有球形形状，并且任选地可以与其他营养素共混(经由例如散装共混)，可以提供更均匀的组合物，颗粒物还可以具有低的离析趋向，颗粒物还可以呈现出低的分裂成小颗粒的趋向，颗粒物还可以呈现出容易的溶解速度，颗粒物还可以被容易地包覆并且呈现出低的产生粉尘的趋向，从而减少环境污染(无粉尘释放)。
组合物和工艺可以根据市场需求和发展而变化，可以生产具有不同的化学和物理行为的新产品系列。
根据某些说明性实施方案，本发明的颗粒物还可以包含选自包括以下的组的一种或更多种微量营养素：铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、钼(Mo)、锌(Zn)、硼(B)、硅(Si)、钴(Co)和钒(V)。
根据某些实施方案，本文提供了一种用于将钾碱与杂卤石混合的工艺，其中混合物中的钾碱的浓度可以在0％w/w-95％w/w钾碱之间的范围内。
根据某些实施方案，该工艺可以优选地包括将50％w/w的标准钾碱和50％w/w的杂卤石制粒。
根据某些实施方案，如本文提到的粘合剂可以包括但不限于可以机械地和/或化学地将其他材料保持或拉动(draw)在一起以形成紧密结合整体(cohesive whole)的任何合适的材料或化合物，包括例如有机粘合剂或无机粘合剂，诸如淀粉、膨润土、木质素磺酸盐、糖蜜、熟石灰、沥青、波特兰水泥、粘土、酸(硝酸、盐酸、磷酸、硫酸)、纤维素胶、蔗糖、HD-50R、水玻璃(Na2SIO3)、水泥、粉煤灰、火山灰、木灰(wood ash)、硅酸钾和硅酸钠、MgO、CaO、藻酸盐(Alganite)、PEG、粉煤灰、火山灰添加剂(Pozzolanic additive)、高岭土、偏高岭土(Meta Kaolin)、地质聚合物(Geo-polymer)、油和蜡及类似物、或其组合。
根据某些说明性实施方案，粘合剂优选地是地质聚合物，并且最优选地是假地质聚合物(pseudo geo-polymer)，即作为粘合剂的呈现出地质聚合物样特性的物质。
大体上，碱性火山灰反应(pozzolanic reaction)在氢氧化钙、氢氧钙石(Ca(OH)2)和其他硅酸盐化合物之间发生
Ca(OH)2+X2SiO3→CaX2SiO4·1H2O
X＝K、Na、H、Mg。
根据某些实施方案，地质聚合物作为粘合剂的特定用途为杂卤石和钾碱的独特组合提供优越的效果，这是由于它们的非粘合特性。
根据某些说明性实施方案，粘合剂可以以0.5％w/w-20％w/w之间、优选地2％w/w-7％w/w之间的范围内的浓度被添加。
根据某些说明性实施方案，将粘合剂添加至该工艺改进制粒工艺、增强产生的颗粒物的强度并且例如当运输最终产生的产品时减小最终产品的磨损。根据某些实施方案，产生的产品可以具有低的磨损水平。
根据某些实施方案，本发明的颗粒物可以被多种涂层材料包覆，例如用于防尘目的和防结块目的、缓慢释放以及用于添加微量元素和/或常量元素。
根据某些说明性实施方案，制粒工艺可以包括以下步骤：
将钾碱与杂卤石混合，任选地将杂卤石和钾碱与粘合剂混合，并且任选地也可以在该阶段添加添加剂；混合物可以在20℃-180℃之间的温度被处理，将例如处于进料重量的0.5％-20％之间、优选地5％的浓度的粘合剂与例如处于进料重量的3％-10％之间、优选地6％的浓度的水在单独的容器中混合，以提供粘合剂-水混合物；
将粘合剂-水混合物添加至包含Potash Plus的混合器中，并且混合持续5分钟-15分钟；
在不停止混合器的情况下添加0.5％-10％的水并且混合持续至少两分钟以上；
将材料从混合器中排出；
在流化床或鼓式干燥器中在150度-180度干燥材料；以及
筛分材料以接收尺寸在1.4mm至4.75mm之间的范围内的颗粒物。
根据某些说明性实施方案，产生的杂卤石和钾碱的颗粒物可以包括以下特性：
处于30％w/w-80％w/w之间、优选地40％w/w-60％w/w之间、最优选地49％w/w的浓度的钾碱；
处于30％w/w-80％w/w之间、优选地40％w/w-60％w/w之间、最优选地49％w/w的浓度的杂卤石；
处于1％w/w-5％w/w之间、优选地2％w/w的浓度的粘合剂。
每个颗粒物的尺寸可以是1mm-6mm、优选地2mm-4mm。
在暴露于湿气之后，颗粒物的强度可以是至少0.7kg\颗粒物。
根据某些实施方案，如下文详细描述的，防尘组合物可以以0ppm-5000ppm的量存在于颗粒物中。根据本发明的某些优选的实施方案，提供了一种颗粒物，所述颗粒物包含约49％w/w的KCl和49％w/w的杂卤石以及2％w/w的粘合剂，颗粒物的尺寸在2mm-4mm之间，并且在暴露于湿气之后，强度是至少0.7kg\颗粒物。
根据某些实施方案，本文公开的工艺可以包括与该工艺分开地制备粘合剂，而根据某些其他实施方案，粘合剂可以被原位制备，作为该工艺的一部分。
根据某些说明性实施方案，粘合剂的制备可以在单个步骤中进行，例如，包括将粘合剂基质与水混合的步骤。
根据本发明的其他实施方案，粘合剂的原位制备可以在两个步骤中进行。
根据某些实施方案，第一步骤可以包括活化步骤。活化步骤可以在包括高pH(12或以上)的条件下进行，并且包括溶解碱性氢氧化物(例如，KOH、Ca(OH)2、NaOH)与氧化铝和/或二氧化硅。
根据某些实施方案，第二步骤可以包括缩聚，例如，以产生Mw((SiO2)x-A1O2)y *ZH2O。
根据某些实施方案，第一步骤可以包括仅用二氧化硅活化碱性氢氧化物。根据这些实施方案，产物将是CaH2SiO4，而确切的产物可以取决于CaO、SiO2、Al2O3之间的比例。
粘合剂(2％-5％)可以作为干燥粉末浆料被添加或者全部可溶于杂卤石和钾碱的共混物。
根据某些实施方案，粘合剂可以被原位制备。根据这些实施方案，粘合剂的原位制备能够实现将杂卤石与钾碱的最优粘附。
根据某些实施方案，粘合剂的制备原位进行。这是重要的，因为在该工艺中延迟使用粘合剂可以引起粘合剂的聚合，例如引起减小的结果。
根据某些实施方案，粘合剂的原位制备可以包括产生可以由两种组分组成的粘合剂，第一组分可以是火山灰添加剂，例如粉煤灰、偏高岭土、高岭土、长石硅酸盐固体材料及类似物，并且第二组分可以包括含水碱，例如Ca(OH)2、KOH、NaOH及类似物。根据某些实施方案，含水碱可以引起火山灰添加剂的活化，并且产生地质聚合物材料或地质聚合物样材料以充当粘合剂和/或粘合材料(adhesive material)用于本发明的工艺。
根据某些实施方案，可以原位进行的粘合剂制备步骤可以产生以下粘合剂：CaH2SiO4·2H2O、MW((SiO2)X-A1O2)Y*ZH2O。
工艺可以包括粘合剂的制备，其中例如原位制备至少一种粘合剂。
根据某些实施方案，粘合剂制备可以包括添加水。
根据某些实施方案，粘合剂可以被添加至预混合器中，以与杂卤石和钾碱的进料一起经历第一制粒。
根据某些实施方案，进料可以包括杂卤石和钾碱例如标准钾碱颗粒和/或钾碱粉尘的混合物。根据某些实施方案，杂卤石和钾碱的共混物可以使用本领域已知的任何合适的混合器，例如使用高速混合器或高速Eirich混合。
根据某些实施方案，在预混合器中，粘合剂与进料充分地混合，以提供组合的混合物。
根据某些实施方案，组合的混合物可以形成颗粒物芯(在本文中还被称为“第一制粒物(first granulation)”和/或“预制粒物(pre-granulation)”)。
根据某些实施方案，制粒芯可以有助于和/或加速颗粒物形成工艺。
已经经历第一制粒步骤的组合的混合物可以被转移至制粒机并且被制粒。根据某些实施方案，制粒工艺可以使用多种机器进行，如盘式制粒机、鼓、犁式剪切混合器和/或制粒机及类似物。
根据某些实施方案，使用制粒机形成的颗粒物可以任选地经历使用流化床反应器(在本文中还被称为FB分类器)的分类的工艺，例如，以分离细颗粒与期望尺寸的颗粒物，并且任选地将细颗粒返回至制粒机用于进一步制粒。
根据某些实施方案，颗粒物可以经历使用干燥器的干燥工艺，例如，以从颗粒物中除去任何残余的水分或水，并且产生干燥的颗粒物。根据某些实施方案，干燥器可以包括可以引起水的蒸发的任何合适的机器，包括例如流化床、旋转干燥器、滚床干燥器及类似物。
根据某些实施方案，在干燥的工艺期间，可以形成粉尘，例如杂卤石和/或钾碱的粉尘。形成的粉尘可以被转移回至进料，以在工艺中再使用。
根据某些实施方案，干燥的颗粒物可以通过筛分机(screener)以筛分期望尺寸的颗粒物。
根据某些实施方案，优选的颗粒物尺寸是1mm-6mm、最优选地2mm-4mm。
根据某些实施方案，具有小于期望尺寸的颗粒物的尺寸的颗粒物或颗粒可以被分类为尺寸过小的颗粒(undersized particle)(在本文中还被称为“US”)。
根据某些实施方案，US可以被转移回至进料，以在该工艺中再使用。
根据某些实施方案，具有大于期望尺寸的颗粒物的尺寸的颗粒物或颗粒可以被分类为尺寸过大的颗粒(oversized particle)(在本文中还被称为“OS”)。粉碎的材料可以被再循环回到筛分机中，US可以被返回至进料并且OS可以被返回至粉碎机。
根据某些实施方案，离开粉碎机的粉碎的颗粒可以被转移至筛分机用于另外的筛分。任何尺寸过小的颗粒(US)可以被返回至进料，并且尺寸过大的颗粒OS可以被返回至粉碎机。
根据某些实施方案，经由筛分机产生的期望尺寸的颗粒物可以经历产品釉化的工艺。
根据某些实施方案，可以在步骤中向产生的产品添加防尘化合物，例如，以减少当输送产品时粉尘的形成。
实施例
实施例-1
杂卤石+钾碱3000Gr
混合器速度：4000rpm
停留时间2min-10min，
1-填充混合器，并且混合一分钟并且停止。
2-将粘合剂(进料重量的5％)与水(进料重量的10％)在小容器中混合(混合物)。
3-将混合物(粘合剂+KCl+Poly)添加至混合器中，并且开始在5分钟期间以4000rpm混合。
4-将等于进料重量的20％的量的水添加至混合器中，而不停止以500rpm混合颗粒物持续1分钟。
5-继续混合另外两分钟
6-将材料排出
7-将材料在120度干燥五分钟。
8-筛分1.4mm至4.75mm的材料。
9.收率76％-825。
实施例2
如实施例1
杂卤石+钾碱15Kg-20 Kg、粘合剂-粉煤灰3％-5％、水、水7％-11％，制粒时间11分钟-15分钟，收率65％-60％。
实施例3
如实施例1。粘合剂2％-4％、粉煤灰0.4-0.8、Ca(OH)2。收率40％-35％。
实施例4
将3000gr的杂卤石+钾碱在Eirich中以4000rpm混合持续2.5分钟。添加5.5％的粉煤灰和11％的水，并且再次以4000rpm混合持续5分钟。
制粒-1分钟。Eirich的速度降低至500rpm，并且添加17％的水并且该。收率是70％-80％，并且强度是0.8Kg\颗粒物。
实施例5
该实施例中公开的工艺是连续工艺。
将8.17Kg\hr的KCl、6.01kg\hr的杂卤石在拌泥机(Pugmill)中混合持续30秒-60秒。在将混合物转移至鼓式制粒机之后，添加1.22kg/hr的HD-50R溶液(粘合剂)并且添加1.1kg\hr的水。床温度330摄氏度，旋转速度18rpm。制粒时间1分钟-2分钟。在94度，将产品从干燥器中排出。
99％的产品的PSD在4mm至1.7mm之间。
SGN 287mm，平均颗粒物强度在2.36mm-2.8mm之间，并且强度是2.41kg\颗粒物。
实施例6
如实施例5
将8.13kg\hr的KCl、6.24kg\hr的杂卤石和0.46kg\hr的淀粉在拌泥机中混合持续30秒-60秒。在转移至鼓式制粒机之后，添加1.02kg/hr的硅酸钾溶液(粘合剂)并且添加2.8kg\hr的水，床温度350度，旋转速度14rpm。制粒时间1分钟-2分钟，在85度，将材料从干燥器中排出。
99.5％的产品的PSD在1.7mm至4mm之间。SGN 2.72mm，并且颗粒物的平均强度是2.97Kg\颗粒物。
虽然已经在某些具体的实施例中描述了本发明，但是许多修改和变形是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以与具体描述不同的另外方式来实现。
Claims (11)
1.一种杂卤石和钾碱的颗粒物，包含：
处于10％w/w-90％w/w之间的浓度的钾碱；
处于10％w/w-90％w/w之间的浓度的杂卤石；
处于1％w/w-5％w/w之间的浓度的粘合剂。
2.如权利要求1所述的颗粒物，其中所述钾碱处于30％w/w-80％w/w之间的浓度；并且所述杂卤石处于30％w/w-80％w/w之间的浓度。
3.如权利要求1所述的颗粒物，其中所述颗粒物的尺寸是1mm-6mm；并且所述颗粒物的强度是至少0.7kg\颗粒物。
4.如权利要求1所述的颗粒物，其中所述钾碱处于40％w/w-60％w/w之间的浓度，并且所述杂卤石处于40％w/w-60％w/w之间的浓度。
5.如权利要求1所述的颗粒物，其中所述钾碱处于49％w/w的浓度，并且所述杂卤石处于49％w/w的浓度，并且所述粘合剂处于2％w/w的浓度。
6.如权利要求1所述的颗粒物，其中所述粘合剂是地质聚合物。
7.如权利要求1所述的颗粒物，其中所述粘合剂选自包括K2SIO3、硅酸钾、糖或淀粉的组。
8.一种用于生产包含杂卤石和钾碱的颗粒物的工艺，包括：
i)原位制备粘合剂；
ii)将所述粘合剂与杂卤石和钾碱的混合物的进料混合，以产生组合的混合物；
iii)将所述组合的混合物制粒，以产生颗粒物；
iv)干燥所述颗粒物；以及
v)筛分所述颗粒物，以产生处于2mm-4mm之间的尺寸的杂卤石和钾碱的颗粒物。
9.如权利要求8所述的工艺，还包括产品釉化。
10.如权利要求8所述的工艺，其中小于期望尺寸的颗粒物的颗粒物被返回至杂卤石和钾碱的混合物的所述进料。
11.如权利要求8所述的工艺，其中大于期望尺寸的颗粒物的颗粒物经历粉碎工艺。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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