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        表面活性劑在高塔造粒復混肥防結塊中的應用

        放大字體  縮小字體 發布日期:2012-08-07  瀏覽次數:2895
        核心提示:自2004年國內首條熔體塔式制高濃度尿基復混肥裝置由上海院化肥所設計建成投產以來,國內陸續依靠自有或引進技術建成投產有十

         自 2004 年國內首條熔體塔式制高濃度尿基復混肥裝置由上海院化肥所設計建成投產以來, 國內陸續依靠自有或引進技術建成投產有十多套高塔造粒復混肥生產裝置。該工藝以尿素( 硝銨) 、磷、鉀等為主要原料, 經過混配溶解后, 從造粒塔頂噴淋而下, 自然冷卻造粒。根據觀察, 與其他復混肥生產工藝相比, 高塔造粒所生產的復混肥結塊更多發生在肥料顆粒的冷卻過程, 其結塊機理和形式有其特殊性。研究和開發應用于高塔造粒工藝的復混肥防結塊劑, 對解決肥料結塊問題, 具有重要的意義。

            雖然導致肥料結塊的原因較為復雜, 但以下的理論可以解釋大多數的結塊現象: 1) 晶橋理論。由于水分作用, 肥料表層的溶解與結晶析出過程反復進行, 在肥料顆粒之間結晶體形成架橋而粘結。2) 毛細吸附理論。由于微細晶粒間毛細吸附的存在, 使液相彎面上的飽和蒸汽壓低于外部的飽和蒸汽壓, 這就為水蒸氣向晶粒間的擴散提供了可能,使晶體易于吸潮, 逐漸導致結塊。

            由于表面活性劑在兩相界面上的特別作用, 能夠改變界面的物理化學性能, 研究表面活性劑在高塔造粒復混肥防結塊中的應用對改變目前防結塊劑的研發現狀具有積極的意義。本文擬對表面活性劑在高塔造粒復混肥防結塊劑配方中的應用從理論和實踐的角度作一探索。

             1 表面活性劑在防結塊劑中的作用

              由于表面活性劑的多樣性和親水親油特性, 選擇合適的表面活性劑可以在復混肥防結塊中起到不同的作用。

             1) 在肥料顆粒表面形成 1 層疏水層, 改善防水性, 如 C12 ~C18 碳鏈的氨基二羧酸鹽抗水劑。

             2) 減弱粒子間的表面粘結作用, 如具有增滑作用的氟碳化合物、有機硅系列的化合物。

             3) 阻斷鹽分的擴散途徑, 表面活性劑滲透到顆粒內部分布于各相間的界面上, 其親水端朝向吸水性較強的組分, 使鹽不易擴散到顆粒表面和接觸區。國內外主要采用長鏈的脂肪胺表面活性劑, 如十八烷基胺、雙十八烷基胺、十六烷基胺、十六烷基三甲基溴化銨、磺基丁二酸二丁酯鈉鹽、工業級的油酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉等。

            4) 晶格歪曲( 晶格畸變) 的作用, 有些表面

            活性劑能抑制晶核的生長, 改善結晶的增長方式。復混肥原料中普遍采用的尿素或硝銨, 均是結晶性物質。結晶狀尿素呈白色針狀或棱柱狀晶型, 吸濕性強; 而硝銨有 5 種結晶變體, 純硝銨是白色正交結晶或白色細小顆粒狀晶體。晶體在生長和形成過程中會受到某些表面活性劑的影響。宋海香等人研究結果表明, 表面活性劑直鏈烷基硫酸鹽 LAS 和高分子聚合物聚乙烯醇 PVA 復配, 具有較好防結塊效果, 類似的物質還包括聚乙二醇 PEG、聚丙烯酸鈉鹽、木質素磺酸鈉、磷酸酯類化合物、聚丙- 醋酸乙烯共聚物等, 這樣的物質能對尿素或硝銨的結晶起抑制和干擾作用, 引起晶格畸變和歪曲, 破壞晶間結合力, 降低結塊程度。

             5) 某些特殊物質雖然本身不具有防結塊作用, 但與復合肥的特定物質能發生化學反應, 生成具有表面活性的新物質, 能有效地降低結塊程度,如十五烷基磺酰氯、對甲苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等作為碳酸氫銨的防結塊劑。以十五烷基磺酰氯為例, 在生產過程中, 十五烷基磺酰氯加入碳化系統后, 與氨水反應生成十五烷基磺酸銨陰離子表面活性劑:

         C15H33SO2Cl + NH4OH → C15H33SO3NH4 + HCl

             其原理是表面活性劑在碳化氨水液中形成乳狀液, 其中存在著一定數目、有多個陰離子組成的膠團, 由于膠團表面及附近的NH+4 濃度比遠離膠團處的NH+4 濃度大得多, 通入變換氣后碳酸氫銨晶核首先在膠團的附近形成, 這樣晶核形成的數目將被膠團所控制, 有利于晶核生長, 同時表面活性劑在碳酸氫銨微晶的表面上, 以親水基接觸碳酸氫銨顆粒表面而形成選擇定向吸附, 使界面被疏水基覆蓋顯示疏水性, 這樣可防止化肥成品與空氣中的水氣接觸時界面狀態性質發生變化, 有效防止晶體間的粘接, 從而達到良好的防結塊效果。

            鄭世華等人發現, 某種有機酸類物質也能和銨根離子或尿素發生類似的反應, 在尿基復混肥上防結塊效果顯著。反應式為:

                        

            2 研制的防結劑配方及其應用情況

            在多數廠家的觀察發現, 高塔造粒復混肥的結塊, 發生在肥料生產后的 5 ~7 天內。其原因在于在該類肥料生產后,堆放過程中, 潛熱釋放受堆碼限制需要一定的時間, 在這一過程中肥料隨溫度變化 發生晶型轉變和鹽析等因素的影響導致了肥料的結塊。針對以上情況, 結合表面活性劑的性能特點,我們篩選數種陰陽離子表面活性劑與高分子聚合物復配, 編號防結劑 1, 配方如下( 質量分率):

             防水劑 硬脂酸 20%; 分散劑 脂肪醇聚氧乙烯醚 20%; 滲透劑 烷基萘磺酸鈉鹽 20%; 晶控劑磷酸酯類化合物和聚乙烯醇混合物 40%。

             以上物料混合加熱( 80 ~100℃) 熔融, 在包裹筒中, 將防結劑噴灑在高塔造粒復混肥上, 測試其防結塊效果, 對比傳統的伯胺加機油( 1 ∶4) 及其它廠家產品( 添加量 0.15%), 結果如表 1。

                          

             我們在兩家復混肥生產公司使用防結劑 1 進行測試: 肥料 A, 陜西某廠復合肥( 24- 10 - 6) ; 肥料 B, 湖北( 15 - 15 - 15) 均未加防結塊劑; 肥料A1、肥料 B1 為肥料 A、肥料 B 分別加入 0.15%防結塊劑 1, 4 種肥料均自然堆碼 20 包高, 按時取樣測試肥料的平均結塊率( 測試方法: 肥料每包 1 m 高正反摔 2 次, 篩分, 稱結塊量)。其結果見圖 1。

                              

             從測試數據分析, 運用表面活性劑和高分子聚合物復配的防結塊劑產品在高塔造粒復混肥上防結塊效果較為明顯, 有一定的推廣價值。其原理在于防結劑 1 能在肥料顆粒表面形成 1 層均勻有效的憎水保護膜, 阻止顆粒表面的水分冷凝和吸收, 降低外界水分的影響, 從而抑制顆粒間“晶橋”的形成。在防結劑 1 中含有針對性的結晶生長改變劑, 能有效改變顆粒表面的結晶習

        性, 降低晶間吸附力, 阻止顆粒結塊, 同時表面活性劑降低了肥料顆粒表面張力, 降低毛細管作用, 從而有效地防止結塊。

            3 結束語

             由于傳統的伯胺加機油類防結塊劑在土壤中殘留會對環境造成危害, 使用的效果也不盡令人滿意, 探索和開發新型高效可生物降解的表面活性劑在高塔造粒復混肥防結塊中的應用有著廣闊的前景。

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