CN111712321B - 钾碱粉尘制粒工艺 - Google Patents

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Abstract

根据一些实施方案，本文提供了一种钾碱粉尘的颗粒物，该颗粒物包含选自包括粉煤灰、硅酸钠、硅酸钾和淀粉的组的粘合剂，其中所述钾碱粉尘包含尺寸在0.001mm‑0.5mm之间的颗粒。

Description

钾碱粉尘制粒工艺
发明领域
本发明涉及肥料领域，具体地涉及从钾碱粉尘(Potash dust)生产钾碱颗粒物(Potash granules)。
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)。当一些元素在土地中缺少时，添加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。
植物的这种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)，并且偶尔重要的有硅(Si)、钴(Co)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。在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。
在生产多种类型的干燥肥料期间，通常形成粉尘。
通常，可以使用压实来利用在这样的工艺中形成的粉尘，然而，压实是麻烦的操作，通常需要使用高强度的压实机。
发明概述
根据一些说明性实施方案，本文提供了一种包含钾碱粉尘的颗粒物，该颗粒物包含选自包括以下的组的粘合剂：粉煤灰、硅酸钠、硅酸钾、石灰、玻璃-偏硅酸钾(Glass–Potassium metha silicate)、木质素磺酸盐、膨润土、偏高岭土、氧化物例如氧化钙、NaOH、淀粉或其组合。
根据一些实施方案，钾碱粉尘可以包括处于低于0.5mm，优选地在0.001mm-0.5mm之间的任何尺寸的颗粒。
根据一些说明性实施方案，一些含硅酸盐的粘合剂是优选的，因为它们包含可能对植物有益的元素，除了它们的粘合剂性质之外，这样的粘合剂还可以包含例如粉煤灰、玻璃-偏硅酸钾、膨润土及类似物。
根据一些实施方案，粉煤灰可以以在0.5％w/w-8％w/w之间的浓度。
根据一些实施方案，玻璃-偏硅酸钾可以以在0.5％w/w-5％w/w之间的浓度。
根据一些实施方案，膨润土可以以在0.5％w/w-5％w/w之间的浓度。
根据一些实施方案，淀粉可以以在0.5％w/w-5％w/w之间的浓度。
根据一些实施方案，颗粒物还可以包含选自包括矿物、粘合剂、微量元素、常量元素、水或其组合的组的添加剂。
根据一些实施方案，矿物可以包含处于0.5％w/w-6％w/w之间的浓度的杂卤石(polyhalite)。
根据一些实施方案，本文提供了一种对钾碱粉尘制粒的工艺，该工艺包括：制备粘合剂；将粘合剂转移到混合器中，并且将所述粘合剂与粉尘进料均匀地混合以产生初始颗粒物；将初始颗粒物转移到造球机(pelletizer)中以产生尺寸在从0.5mm至8mm的范围内的小球(pellet)；将小球转移到流化床(FB)分级器(Classifier)中以产生分级的小球；在干燥器中干燥分级的小球，并且转移到筛分机(screener)中，以产生3种不同尺寸范围的颗粒：
1.具有大于6mm的尺寸直径的尺寸过大的颗粒，
2.具有小于1mm的尺寸直径的尺寸过小的颗粒，
3.具有在1mm至6mm之间的尺寸直径的期望尺寸的颗粒；
将尺寸过小的颗粒引回到粉尘进料中；以及破碎尺寸过大的颗粒以提供破碎的颗粒，其中破碎的颗粒然后通过筛分机筛分。
根据一些实施方案，粘合剂的制备可以包括以下步骤：粘合剂加热、混合、研磨、活化、溶解和固化。
根据一些实施方案，期望尺寸的颗粒可以具有例如在2mm-4mm之间的尺寸直径，这对于肥料的释放速率和运输目的两者都是有益的。
根据一些实施方案，本文提供了一种用于将肥料粉尘例如钾碱粉尘制粒的方法，该方法包括在高剪切混合器、转鼓、造球机和/或其组合中预混合粉尘，以产生钾碱共混物。
根据一些实施方案，该方法可以包括添加添加剂，例如，矿物、有机和无机的干和湿的粘合剂、稀释的粘合剂、微量元素、常量元素、冷水、热水、蒸汽或其组合。
根据一些实施方案，该方法可以包括将该共混物添加到制粒机(granulator)中，以便从钾碱粉尘产生颗粒物。
根据一些实施方案，在制粒机中形成的颗粒物可以例如在转鼓式干燥器或流化床干燥器或它们的组合中被干燥，并且任选地在干燥之后或在干燥之前过筛，以提供期望尺寸的钾碱的颗粒物。
发明详述
根据一些说明性实施方案，本文提供了一种钾碱粉尘的颗粒物，该颗粒物包含粘合剂或其组合。
根据一些说明性实施方案，粘合剂可以选自包括粉煤灰、硅酸钠、硅酸钾、氧化物例如氧化钙、偏高岭土、氧化锌和/或氧化铁以及淀粉的组。
根据一些说明性实施方案，粘合剂可以优选地是粉煤灰、硅酸钾和氧化钙。根据一些实施方案，粉煤灰可以是优选的，因为它充当地质聚合物(geopolymer)，该地质聚合物在含尘材料颗粒(dusty material particle)之间形成非常坚固的粘合剂桥。
根据一些实施方案，钾碱粉尘可以包括处于低于0.5mm，优选地在0.001mm-0.5mm之间的任何尺寸的颗粒。
根据一些实施方案，在处理钾碱的工业过程中，使用具有小于0.5mm的尺寸的钾碱颗粒(在本文中也被称为“钾碱粉尘”)可能极其困难和/或麻烦。这样的颗粒不易粘附，并且通常在处理钾碱的工艺期间被丢弃。
根据一些实施方案，钾碱粉尘颗粒的特征在于具有光滑的表面和有点立方体的形状(rather cubical shape)。在制粒工艺期间，在钾碱粉尘颗粒之间通常存在大的空间，这使得粘附非常困难。钾碱粉尘颗粒的复杂结构仅允许颗粒之间的几个接触点，并且因此制粒的材料提供具有非常弱的粘附性的颗粒。
根据一些实施方案，本文提供了一种用于将钾碱粉尘制粒的方法，该方法包括在高剪切混合器、转鼓、造球机和/或其组合中预混合粉尘，以产生钾碱共混物。
根据一些实施方案，该方法可以包括添加添加剂，例如，有机和无机的干和湿的粘合剂、微量元素、常量元素、冷水、热水、蒸汽或其组合。
根据一些实施方案，该方法可以包括将该共混物添加到制粒机中，以便产生钾碱粉尘的颗粒物。
根据一些实施方案，制粒机可以包括任何合适的制粒机，包括例如高剪切制粒机、造球机、转鼓式制粒机及类似的制粒机。
根据一些实施方案，在制粒机中形成的颗粒物可以例如在转鼓式干燥器或流化床干燥器中被干燥，并且任选地被过筛，以提供期望尺寸的钾碱的颗粒物。
根据本发明的一些实施方案，本文描述的方法可以包括有效的工艺，以利用最大量的钾碱粉尘并且减少产品浪费。
根据一些说明性实施方案，本发明的钾碱粉尘颗粒物可以包含一种或更多种粘合剂和/或添加剂，例如，以改善颗粒物的粘附性、流变性和/或强度，其中粘合剂和/或添加剂可以选自包括以下的组：膨润土，例如处于在0.5％w/w-5％w/w之间的浓度；淀粉，例如处于在0.5％w/w-5％w/w之间的浓度；燕麦，例如处于在0.5％w/w-5％w/w之间的浓度；粉煤灰，例如处于在0.5％w/w-5％w/w之间的浓度。
根据一些说明性实施方案，本发明的颗粒物优选地包含粉煤灰、硅酸钾、氢氧化钙或其组合作为粘合剂。
根据一些实施方案，颗粒物可以包含粘合剂和/或添加剂的组合，包括，例如：粉煤灰和NaOH的组合，例如处于在0.5％w/w-5％w/w之间的浓度；粉煤灰和0％w/w-2％w/w的Ca(OH)2；粉煤灰和0％w/w-4％w/w的CaO或0％w/w-6％w/w的MgO；粉煤灰和0％w/w-2％w/w的ZnO；粉煤灰和0％w/w-2％w/w的FeO；粉煤灰和0％w/w-6％w/w的SSP(单过磷酸盐)、TSP(三过磷酸盐(triple super phosphate))，任选地具有水玻璃；粉煤灰和0％w/w-6％w/w的杂卤石；粉煤灰和0％-5％的蜡，例如疏松蜡；粉煤灰和0％w/w-10％w/w的PEG、硅酸钾2.5％、氧化钙2％。
根据这些实施方案，颗粒物尺寸分布可以在0.5mm-8mm之间，优选地在2mm-4mm之间。
根据这些实施方案，任何尺寸过大的颗粒可以经历破碎的过程，并且破碎的颗粒可以与任何尺寸过小的颗粒一起再循环回到制粒机中，例如，如关于图1详细地解释的。
根据一些实施方案，例如当与通过压实工艺生产的颗粒物相比时，本发明的颗粒物可以具有优选的特征。根据一些实施方案，优选的特征可以包括，例如，更好的流变性、运输期间减少的粉尘形成、减小的体积(bulking)和/或聚集效应。
参考图1，其图示了钾碱粉尘的制粒工艺(“该工艺”)。
如图1中所示，该工艺可以包括粘合剂的制备102，该制备102可以包括以下步骤：粘合剂加热、混合、研磨、活化、溶解和固化和/或可以制备待与钾碱粉尘混合的粘合剂的任何其它合适的动作。
在粘合剂添加步骤104，制备的粘合剂还可以任选地与水混合。然后，粘合剂可以被转移到混合器106，并且与粉尘进料108均匀地混合，以产生初始颗粒物(在本文中也被称为“共混物”)。
根据一些实施方案，混合器106可以包括可以使粉尘进料能够与粘合剂和/或水均匀地混合的任何合适的混合器，包括例如高剪切混合器、转鼓、混合器、桨式混合器、销式混合器(Pin mixer)及类似混合器。
根据一些实施方案，初始颗粒物可以被转移到造球机112，其中如果需要，可以按照步骤110添加另外的水。根据一些实施方案，可以向造球机112中添加另外的添加剂，包括例如另外的粘合剂、微量元素或常量元素或其组合。从造球机112产生的可以是尺寸在从0.5mm至8mm的范围内的小球。
然后，小球可以被转移到流化床(FB)分级器114中，以任选地分离尺寸过大的颗粒(在本文中也被称为“OS”)，并且任何尺寸过小的颗粒(在本文中也被称为“US”)可以被再循环到混合器或造球机。
根据一些实施方案，分级的小球然后可以在干燥器116中干燥，并且被转移到筛分机118。
根据一些实施方案，在干燥器116的干燥工艺期间形成的任何粉尘可以被转移回到粉尘进料108。
根据一些说明性实施方案，从筛分机118可以产生3种不同尺寸范围的颗粒：
1.具有大于6mm的尺寸直径的尺寸过大的颗粒126(在本文中也被称为“OS”)。
2.具有低于1mm的尺寸直径的尺寸过小的颗粒124(在本文中也被称为“US”)。
3.具有在1mm至6mm之间、优选地在2mm-4mm之间的尺寸直径的期望尺寸的颗粒。
根据一些实施方案，尺寸过小的颗粒124和/或在经过筛分机118时可以形成的任何粉尘可以被引回到该工艺中，例如引回到粉尘进料108中。
尺寸过大的颗粒126可以经过至少一个破碎程序，以通过破碎机120被破碎成期望的尺寸，并且然后所得的破碎的颗粒通过筛分机118再次被筛分。
根据一些实施方案，在步骤122中，期望尺寸的颗粒经历产品筛分。
根据一些实施方案，在产品筛分122期间可以形成的任何粉尘可以被引回到该工艺中，例如引回到粉尘进料108中。
钾碱颗粒物作为肥料可以提供优越的特性，如添加微量元素、包覆的钾碱和在使用钾肥粉尘中的益处。
实施例-1
将2000g的KCl粉尘与添加的1.2％的ZnO、14％的水通过Eirich混合器以4000rpm混合持续2.5分钟。添加4％的粉煤灰、2％的NaOH，并且以1000rpm混合持续1分钟，并且以500rpm混合持续5分钟。在制粒工艺期间添加多于25g的水。颗粒物在180℃干燥持续20分钟。
收率是81％。在79％的湿度，颗粒物的强度是3.1Kg每颗粒物，并且在24小时后是2.6Kg每颗粒物。
实施例-2
如实施例1，用1.2％的Ca(OH)2。
收率是73％。在79％的湿度，颗粒物的强度是3.1Kg每颗粒物，并且在24小时后是2.6Kg每颗粒物。
实施例3
如实施例1，采用1％的Ca(OH)2，并初始混合4分钟。
收率是64％。在79％的湿度，颗粒物的强度是2.8Kg每颗粒物，并且在24小时后是1.5Kg每颗粒物。
实施例4
如实施例3，采用预混合4分钟。
收率是73％。在79％的湿度，颗粒物的强度是2.4Kg每颗粒物，并且在24小时后是1.2Kg每颗粒物。
实施例5
将15Kg的钾碱粉尘、5％的粉煤灰和14％的水通过Ploughshare以350rpm混合持续35分钟。
收率是35％。在79％的湿度，颗粒物的强度是2.2Kg每颗粒物，并且在24小时后是1Kg每颗粒物。
实施例6
将25Kg的钾碱粉尘、5％的粉煤灰和14％的水通过Ploughshare以350rpm混合持续15分钟。
收率是26％。在79％的湿度，颗粒物的强度是2.5Kg每颗粒物，并且在24小时后是0.5Kg每颗粒物。
实施例7
如实施例5，采用8％的固体磷石膏。在79％的湿度，颗粒物的强度是2.4Kg每颗粒物，并且在24小时后是1Kg每颗粒物。
实施例8
如实施例7，采用8％浆料磷石膏。在79％的湿度，颗粒物的强度是1.7Kg每颗粒物，并且在24小时后是1.5Kg每颗粒物。
实施例9
如实施例5，采用KCL和4％的粉煤灰。在79％的湿度，颗粒物的强度是2.9Kg每颗粒物，并且在24小时后是1.4Kg每颗粒物。
实施例10
如实施例1，采用3％的水玻璃、3％的粉煤灰。在79％的湿度，颗粒物的强度是2.2Kg每颗粒物，并且在24小时后是2.6Kg每颗粒物。
实施例11
如实施例10，采用3％的水玻璃、3％的粉煤灰、0.1％的FeO和5％的SSP作为包覆材料。在79％的湿度，颗粒物的强度是2.0Kg每颗粒物，并且在24小时后是2.1Kg每颗粒物。
实施例12
将30Kg的钾碱粉尘破碎成75％<110μm、14％<44μm的粉尘，并且转移到以高速旋转的、采用偏心混合的旋转倾斜式混合机(rotating inclined mixer machine)中。
钾碱在升高的温度例如约80摄氏度混合。
添加干的添加剂(干混合步骤)和液体添加剂(润湿步骤)以及粘合剂，并且在每个步骤之后将混合物混合另外的时间。
然后将混合物转移到旋转和倾斜的圆盘造球机(rotating and inclined diskpelletizer)中用于制粒(制粒步骤)。
将制粒的产品转移到湿筛，以得到尺寸在2mm-4mm之间的颗粒物。尺寸过小的颗粒物返回到混合器，并且尺寸过大的颗粒物返回到破碎机并回到该工艺。将颗粒物在70度并且然后在120度分两步干燥。在2mm-4mm之间的产品被筛分，并且可以用疏水剂包覆。
实施例13
将30Kg的钾碱粉尘，75％<110μm、14％<44μm，以5m/s的转子速度和1.4m/s的容器速度(vessel speed)在80度混合持续18分钟。
在干混合步骤中，添加干的添加剂和粘合剂：750g的氧化钙和27.5g的氧化铁，并且以9m/s的转子速度混合持续另外的1分钟。
在润湿步骤中，添加液体添加剂和粘合剂：添加7.5Kg的处于60度的水和0.9Kg的处于86度的硅酸钾，并且将混合物混合持续0.5分钟。
然后将混合物转移到造球机中，并且以27m/s的转子速度并且在86度制粒持续2分钟。将颗粒物筛分以得到2mm-4mm的颗粒物。
使尺寸过小的材料返回到混合器，并且将尺寸过大的材料转移到破碎机。在2mm-4mm之间的颗粒物分两个阶段干燥：70度和110度。
实施例14
将30Kg的钾碱粉尘，75％<110μm、14％<44μm，以5m/s的转子速度和1.4m/s的容器速度在80度混合持续18分钟。添加的干的添加剂和粘合剂：添加450g的氧化钙、300g的粉煤灰和27.5g的氧化铁，并且以9m/s的转子速度混合持续另外的1分钟。
然后在润湿步骤中添加液体添加剂：将8Kg的处于60度的水、0.9Kg的处于86度的硅酸钾混合持续0.5分钟，并且在80度以27m/s的转子速度制粒持续1.5分钟。
然后将颗粒物筛分以得到2mm-4mm的颗粒物。
任何尺寸过小的材料都被返回到混合器，并且任何尺寸过大的材料都被转移到破碎机。
所得的在2mm-4mm之间的颗粒分两个阶段干燥：70摄氏度和110摄氏度。
实施例15
如实施例13中
50Kg的钾碱粉尘在混合步骤中在85度的温度混合持续18分钟，转子速度为5m/s，容器速度为1.4m/s。干混合：将1250g的氧化钙、314g的氧化锌、1159g的七水硫酸锌和27.5g的氧化铁以9m/s的转子速度混合持续另外的0.5分钟。在润湿步骤中，将8Kg的水、2.5Kg的硅酸钾混合持续0.5分钟，并且以27m/s的转子速度制粒1.5分钟。
实施例16
如实施例15，
干的添加剂：1250g的氧化钙、628g的氧化锌、27.5g的氧化铁。在润湿步骤中，将8Kg的水、2.5Kg的硅酸钾混合0.5分钟，并且以27m/s的转子速度制粒1.5分钟。
虽然已经根据一些具体的实施例描述了本发明，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，本发明可以以如具体描述不同的另外方式来实现。

Claims (6)

1.一种颗粒物，所述颗粒物由钾碱粉尘和粘合剂组成，其中所述粘合剂是浓度在0.5％w/w-8％w/w之间的粉煤灰，并且其中所述钾碱粉尘包含尺寸在0.001mm-0.5mm之间的颗粒。
2.如权利要求1所述的颗粒物，还包含选自包括矿物、微量元素、常量元素、水或其组合的组的添加剂。
3.如权利要求2所述的颗粒物，其中所述添加剂包括杂卤石。
4.一种用于制备如权利要求1所述的颗粒物的工艺，包括：
制备粉煤灰作为粘合剂；
将所述粘合剂转移到混合器中，并且将所述粘合剂与钾碱粉尘进料均匀地混合以产生初始颗粒物；
将所述初始颗粒物转移到造球机中以产生尺寸在从0.5mm至8mm的范围内的小球；
将所述小球转移到流化床(FB)分级器中以产生分级的小球；
在干燥器中干燥所述分级的小球，并且转移到筛分机中，以产生3种不同尺寸范围的颗粒：
1).具有大于6mm的尺寸直径的尺寸过大的颗粒，
2).具有小于1mm的尺寸直径的尺寸过小的颗粒，
3).具有在1mm至6mm之间的尺寸直径的期望尺寸的颗粒；
将所述尺寸过小的颗粒引回到所述粉尘进料中；以及
破碎所述尺寸过大的颗粒以提供破碎的颗粒，其中所述破碎的颗粒然后通过所述筛分机筛分。
5.如权利要求4所述的工艺，其中制备所述粘合剂包括以下步骤：粘合剂加热、混合、研磨、活化、溶解和固化。
6.如权利要求4所述的工艺，其中所述期望尺寸的颗粒具有在2mm-4mm之间的尺寸直径。
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