CN1194632A - 加入了无机填料以增加硬度的颗粒状尿素 - Google Patents

Abstract

一种具有改进的抗结块性、硬度和不脆裂性的颗粒状尿素产品,它既可以直接施于土壤,也可以作为以后和其它肥料成分混合成固体混合肥的中间体颗粒状尿素产品。本产品由尿素和选自硅藻土、膨润土钠、膨润土钙、高岭土、沸石和球状粘土的细分散无机填料的混合物组成,可以呈颗粒状或球状。

Description

加入了无机填料以增加硬度的颗粒状尿素

本发明涉及含有加入的细分散无机填料以改进产品硬度和抗结块性能的球状或颗粒状尿素产品。

发明背景

在化肥工业中，尿素作为导先的固形氮源已经超过了硝铵。与硝铵相比尿素具有许多优势，这包括：(1)尿素比硝铵具有更高的植物营养成分；(2)尿素的分类为非危险物，而硝铵在一定条件下及以一定比例与含碳物质混合时就成为爆炸物；(3)在淡季尿素有许多非化肥的最终用途，特别是作动物饲料和用于某些化学加工；(4)与硝铵相反，生产尿素要求的消除空气污染的成本较低。使用球状或颗粒状尿素作为化肥的一个缺点是它太脆而且容易结块。

对于使用颗粒状尿素产品，脆性太大是一个明显的制约。球状或颗粒状物都倾向于开裂成为更小的颗粒，当包装、运输或施用欲使的土壤环境中时会产生大量的粉尘。出于两个原因，颗粒的硬度是很重要的。首先，尿素产品经常用在成块混合的化肥产品中，在这类产品中，重要的是颗粒要有预先确定的、十分接近的粒度，以避免出现不希望的组分偏离。如果尿素产品开裂为更小的颗粒，尿素就容易发生组分偏离。硬度是很重要的第二个原因是，当把太脆的颗粒尿素产品加到当今常用的透平扇式施肥机械中时，它会开裂。球状或颗粒状物的开裂会使从这些机械中出来的化肥分布不均匀。颗粒状尿素产品经常开裂到，致使较小的碎块以较短的路径从机械中落下，在土壤表面形成比预期的更窄也更密的轨迹。

使用颗粒状尿素产品的第二个问题是结块。结块的倾向性随着尿素溶液加工成为颗粒的方法不同而不同。颗粒状尿素产品是以大容量运输、销售和使用的，因此也是以散装的形式运输和储存的。由于产品的有结块倾向，不进行进一步加工就无法进行这样的储存和运输，而这样做就大大地增加了生产成本。

近几年来，化肥经销商和农民都承认颗粒状尿素产品具有优异的化学性能，因此迫切需要改进其硬度，即不易碎性。此有关颗粒硬度的重要性源于以下事实，即现代的装卸和运输方法会导致尿素颗粒的更多的破碎。此外，在装卸、运输和销售尿素产品时，对无粉尘产品的要求日益增加。这种要求多半是基于对健康和安全的考虑。

在解决这些问题的努力过程中，在化肥工业中开发了许多方法。在1989年12月5日注册的Elrod的美国专利No.4,885,021中叙述了这些方法。此文献在此引做参考。第一个方法是用包括硅藻土和粘土等材料中任意一种对新制备的尿素颗粒进行表面处理。虽然此方法改善了尿素产品的抗结块性，但是并没有以任何合适的程度解决脆裂的问题。此外，在某些情况下，加入的物质会带入外来的元素，这些元素于尿素产品最终使用的目的不相容。

解决结块和脆裂问题的第二个方法是在浓缩的尿素合成母液或不含水的尿素熔体中加入调节剂，调节剂可以使尿素产品改善抗结块性、改善脆裂性或两者都改善。通过在尿素熔体中加入低浓度的甲醛或木素磺化盐已经在很大程度上改善了尿素产品的结块、脆裂和在储存、装卸和销售中出现的其它问题。虽然加入低浓度的甲醛会在一定程度上缓解与结块和脆裂有关的问题，但使用甲醛会有一系列健康和安全的考虑。虽然加入木素磺化盐会使尿素产品有满意的抗结块和硬度性能，但它也伴随有某些缺点。特别是木素磺化盐能使尿素产品变成不美观的棕色，使产品在市场上不受欢迎。

为了克服这些缺点，Elrod的’021专利提议在尿素熔体或尿素合成母液中加入凝胶型2∶1沟化粘土，比如硅镁土和海泡石。得到的尿素颗粒表现出良好的抗结块和不开裂性能。凝胶型2∶1沟化粘土改善颗粒状尿素产品机械性能的机理，在Elrod的专利中被归结为粘土的结晶几何形状。在这里假设，长度大约为1微米的2∶1沟化粘土的粘土针使成核点或生长点减少，改变了尿素的晶形，从而提高了抗结块和不脆裂性能。

虽然在Elrod的’021专利中推荐的解决方案对于改善尿素颗粒的物理性能是有效的，但其工业应用的可能性在很大程度上取决于大量使用的硅镁土和海泡石或其它凝胶型2∶1沟化粘土是否容易廉价得到。对于尿素肥料产品来说，硅镁土和海泡石或其它凝胶型2∶1沟化粘土是比较昂贵的添加剂。硅镁土主要产于乔治亚洲和佛罗里达州，而海泡石则主要产于加里福尼亚州和内华达州。这些矿区的地理位置与生产尿素的生产厂相隔绝，结果，将粘土运输到生产厂的成本经常是很高的。由于生产大量的所需和使用的化肥产品需要大量的硅镁土和海泡石，在化肥产品的总成本中这些添加剂的原始成本和运输费用就是一个很大的因素。按照用户接近生产厂的远近不同，运输费有可能比工厂成本高一倍。因此，就需要有另外的来源广泛而价廉的添加剂来代替在Elrod的’021号专利中公开的2∶1沟化粘土。

发明概要

本发明涉及既可以直接施于土壤，也可以作为以后和其它肥料成分混合成固体混合肥的中间体使用的改进的尿素颗粒产品。本发明的产品改进了抗结块性、硬度和不脆裂性能，其性能近于或优于将硅镁土加入到尿素合成母液所生产的颗粒状尿素肥。

已经发现，使用其它无机填料也可以使抗结块性、硬度和不脆裂性达到加入Elrod的’021专利中的凝胶型2∶1沟化粘土所达到的水平。将较少数量的细分散粉末状无机填料加入到尿素中，会使得所需的颗粒性能大为增强。在本发明中适合使用的无机填料一般是比硅镁土使用更为广泛的矿产品，在北美洲的几个地区都有出产，因而一般可以用比硅镁土更低的运费运到工厂中。

这样，按照本发明的一个方面，提出了一种具有改进的抗结块性、硬度和不脆裂性的颗粒状尿素，在此，所述的颗粒状尿素由尿素和均匀分散的细分散无机填料的混合物转变成颗粒的形状，所述的无机填料由选自硅藻土、膨润土钠、膨润土钙、高岭土、沸石和球状粘土的一种或几种组份构成。

按照本发明的另一个方面，提出了一种具有改进的抗结块性、硬度和不脆裂性的颗粒状尿素，在此，所述的颗粒状尿素由尿素和均匀分散的细分散无机填料的混合物转变成颗粒的形状，所述的无机填料由硅藻土以及含有膨润土钠、膨润土钙、高岭土、沸石和球状粘土中的一种或几种粘土组份构成。

按照本发明的又一个方面，提出了一种具有改进的抗结块性、硬度和不脆裂性的颗粒状尿素的制造方法，该方法包括将细分散无机填料加入到熔融的尿素或尿素合成母液的均匀分散系中，以及将所述均匀分散系转变为颗粒形状，所述的无机填料由选自硅藻土和膨润土钠、膨润土钙、高岭土、沸石和球状粘土中的一种或几种组份构成。

发明的详细说明

本发明的颗粒状尿素产品是在颗粒尿素的制造工艺中，通过将细分散的无机填料或者共用几种无机填料加到来自合成工序或浓缩(蒸发)工序的尿素合成母液中，或者加入到颗粒成型工序中，即加入到尿素熔体中而制得的。然后通过任何一种已知的方法，由本领域的专业人员将得到的混合物转变为颗粒尿素的形式(比如球状、颗粒状或丸状)。为得到所需的硬度物理性能和储存稳定性，只需要少量的无机填料，而且还保持了化肥的初始高氮含量。适当的填料选自硅藻土、膨润土钠、膨润土钙、高岭土、沸石和球状粘土。

为了测定本发明产品的物理性能，对丸状试样进行了硬度测定。尿素丸的硬度直接反映尿素耐受结块和储存以及在装卸和储存的过程中耐受脆裂和破碎的能力。将50g一批的熔融尿素在275～285F下加入如表1所示的不同数量的细分散无机颗粒。将尿素熔体和无机颗粒充分搅拌2分钟。由于无机颗粒不溶于尿素熔体，需要温和的搅拌保持无机颗粒在混合步骤后形成的每个半球形尿素团中的均匀分布。然后把混合物倒到陶瓷调色板上，这时熔体很快固化成为大约厚0.3英寸、宽0.8英寸的半球形物。在冷却和陈化大约4小时以后，在压力测试器中将其压至断裂点来测量其硬度。在测试之前，将此半球体的底部打磨，使其光滑和平整，这样保证只有一处断裂，能精确地反映被处理尿素的硬度。表1中的数字反映了以磅表示的平均压碎强度。用类似方法制造未处理的尿素粒状物并进行测试作为对照组，得到大约100磅的平均压碎强度。

                                         表1

添加剂	尿素的％(重量)
													0.10	0.20	0.25	0.40	050	0.75	1.00	150	2.00	4.00	5.00
硅藻土(＞90％)					111	113	132
												硅藻土1	133		130		127	128	142	156	166	154	148
漂白土2				119	126	126	138	143	168	134	139
												膨润土钠					137	137	129		138		146
膨润土钠(50％)/漂白土2(50％)							113		113		133
												膨润土钙3		113		113	131	119	124		120
膨润土钙3(75％)/硅藻土1(25％)						128
												膨润土钙3(50％)/硅藻土1(50％)						128
膨润土钙3(25％)/硅藻土1(75％)						124
												沸石					119		114
高岭土					125	126	131
												球状粘土					117	117	124

1.大约63％的硅藻土/37％的粘土2.大约50％的硅藻土/50％的粘土3.低到中度膨润

从表1的数据可以看出，含有按照本发明的细分散无机填料的试样产生的压碎强度(硬度)远高于未处理尿素的强度，大致等于用Elrod的’001专利中的凝胶型粘土得到的压碎强度。实际中发现无机填料的优选添加量为混合物重量的0.1～5.0％，最优选0.5～2.0％(重量)。

表1结果之令人意外之处在于，此适用的无机填料表现出与Elrod的’021专利所指出的适合于增强抗结块性和不脆裂性的凝胶型沟化2∶1粘土不同的微观结构。此发现也是令人意外的，因为在Elrod的’021专利中认为在先有技术中用来进行表面处理的粘土和硅藻土是不适于加到尿素合成母液中去的。

经常发现硅藻土在沉积物中与大量的其它物质如粘土混合，已经发现，这种硅藻土和粘土或其它物质的混合物对于改善尿素颗粒的硬度是有效的。此发现使得可以使用含有可观数量粘土或无机杂质的硅藻土沉积物作为本发明使用的硅藻土添加剂源。

此外，粘土沉积物经常包括比如石英、方晶石和白云母等无机杂质。已经发现，在本发明的粘土中包含大量的无机杂质不会降低其改善尿素颗粒硬度的能力。

对于上述的本发明的特定实施方案可以进行许多改进、变化和修正都不会偏离本发明的范围。

Claims (24)

1.一种具有改进的抗结块性、硬度和不脆裂性的颗粒状尿素，其特征在于：所述的颗粒状尿素由尿素和均匀分散的细分散无机填料的混合物转变成颗粒的形状，所述的无机填料由选自硅藻土、膨润土钠、膨润土钙、高岭土、沸石和球状粘土中的一种或几种组份构成。

2.如权利要求1的颗粒状尿素，其中所述的无机填料的用量为所述混合物重量的大约0.1％～大约5.0％。

3.如权利要求1的颗粒状尿素，其中所述的无机填料的用量为所述混合物重量的大约0.5％～大约2.0％。

4.如权利要求1、2或3的颗粒状尿素，其中所述的无机填料是硅藻土。

5.如权利要求1、2或3的颗粒状尿素，其中所述的无机填料是膨润土钠。

6.如权利要求1、2或3的颗粒状尿素，其中所述的无机填料是膨润土钙。

7.如权利要求1、2或3的颗粒状尿素，其中所述的无机填料是高岭土。

8.如权利要求1、2或3的颗粒状尿素，其中所述的无机填料是沸石。

9.如权利要求1、2或3的颗粒状尿素，其中所述的无机填料是球状粘土。

10.一种具有改进的抗结块性、硬度和不脆裂性的颗粒状尿素，其特征在于：所述的颗粒状尿素由尿素和均匀分散的细分散无机填料的混合物转变成颗粒的形状，所述的无机填料由硅藻土以及含有膨润土钠、膨润土钙、高岭土、沸石和球状粘土中的一种或几种粘土组份构成。

11.如权利要求10的颗粒状尿素，其中所述的无机填料的用量为所述混合物重量的大约0.1％～大约5.0％。

12.如权利要求10的颗粒状尿素，其中所述的无机填料的用量为所述混合物重量的大约0.5％～大约2.0％。

13.具有改进的抗结块性、硬度和不脆裂性的颗粒状尿素的制造方法，它包括如下步骤：

将细分散无机填料加入到熔融的尿素或尿素合成母液的均匀分散系中，所述的无机填料由选自硅藻土、膨润土钠、膨润土钙、高岭土、沸石和球状粘土中的一种或几种组份构成；以及

将所述均匀分散系转变为颗粒形状。

14.如权利要求13的方法，其中所述的无机填料的用量为所述均匀分散系重量的大约0.1％～大约5.0％。

15.如权利要求13的方法，其中所述的无机填料的用量为所述均匀分散系重量的大约0.5％～大约2.0％。

16.如权利要求13、14或15的方法，其中所述的无机填料是硅藻土。

17.如权利要求13、14或15的方法，其中所述的无机填料是膨润土钠。

18.如权利要求13、14或15的方法，其中所述的无机填料是膨润土钙。

19.如权利要求13、14或15的方法，其中所述的无机填料是高岭土。

20.如权利要求13、14或15的方法，其中所述的无机填料是沸石。

21.如权利要求13、14或15的方法，其中所述的无机填料是球状粘土。

22.具有改进的抗结块性、硬度和不脆裂性的颗粒状尿素的制造方法，它包括如下步骤：

将细分散无机填料加入到熔融的尿素或尿素合成母液的均匀分散系中，所述的无机填料由硅藻土以及含有膨润土钠、膨润土钙、高岭土、沸石和球状粘土中的一种或几种粘土组份构成；以及

将所述均匀分散系转变为颗粒形状。

23.如权利要求22的方法，其中所述的无机填料的用量为所述均匀分散系重量的大约0.1％～大约5.0％。

24.如权利要求22的方法，其中所述的无机填料的用量为所述均匀分散系重量的大约0.5％～大约2.0％。