尿素鋅的制備工藝條件研究

蔡 敏

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院資源工程系，廣西 河池 547000）

尿素鋅作為一種含鋅元素的復(fù)合肥，適用范圍廣，保存期長(zhǎng)，貯運(yùn)安全無(wú)毒害，有機(jī)化后有利于作物直接吸收，可提供作物生長(zhǎng)必需的鋅元素，廣泛用于缺鋅地區(qū)栽培嗜鋅作物，能有效補(bǔ)充土壤缺鋅和作物缺鋅狀況，使作物根多粗壯、莖粗葉大、穗大粒滿。施用時(shí)既可作基肥，又可作葉面噴施，可大大簡(jiǎn)化氮鋅混合施肥技術(shù)，是能使作物獲得明顯增產(chǎn)效果的優(yōu)良肥料。

尿素鋅的生產(chǎn)方法主要有散混法、散混涂粘法和粒狀復(fù)合法3種。其中粒狀復(fù)合法工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備數(shù)量少，成本相對(duì)較低。本研究采用粒狀復(fù)合法制備尿素鋅， 并研究了物料配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物濃度對(duì)產(chǎn)率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

尿素、七水硫酸鋅、乙二胺四乙酸二鈉、亞硝酸鈉、硫酸、無(wú)水乙醇、二甲酚橙、氧化鋅（均為分析純）。

電動(dòng)攪拌機(jī)、恒溫烘干箱、恒溫水浴鍋、真空抽濾機(jī)。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

在250mL的燒杯中，加入一定量的硫酸鋅并加適量水溶解，另取一個(gè)燒杯加一定量的尿素加水溶解。待兩者溶解完全后混合均勻，將燒杯置于恒溫水浴鍋中，在設(shè)定溫度下攪拌反應(yīng)一段時(shí)間。然后加熱升溫至96℃左右進(jìn)行濃縮，約2h后逐漸析出白色的固體。當(dāng)濃縮到體積約為原體積的1/3時(shí)停止蒸濃，此時(shí)，有大量的白色固體析出。取出燒杯冷卻至室溫，真空過(guò)濾得到白色固體即產(chǎn)品。在恒溫烘箱中干燥后稱量產(chǎn)品的質(zhì)量，計(jì)算并分析產(chǎn)品中鋅含量，最后計(jì)算出尿素鋅的產(chǎn)率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與測(cè)定

2.1 原理

含鋅尿素試樣與亞硝酸反應(yīng)，生成二氧化碳和氮?dú)猓Ｓ嗖糠旨翠\的可溶性無(wú)機(jī)物，可往其中加入乙酸- 乙酸鈉緩沖溶液，以二甲酚橙為指示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定。反應(yīng)如下：

2.2 滴定方法

稱取尿素鋅試樣約1g于250mL的錐形瓶中，先加入25% NaNO2溶液6mL，再緩慢加入200g·L-1H2SO4溶液8mL，待棕黃色氣體散盡，振蕩至無(wú)氣泡產(chǎn)生，再用蒸餾水稀釋至50mL，加入100g·L-1NaOH溶液4mL，以及乙酸- 乙酸鈉緩沖溶液6mL。往其中滴加5%二甲酚橙指示劑2~3滴，最后用0.05mol·L-1EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到溶液由酒紅色至亮黃色為終點(diǎn)。試樣中的Zn含量計(jì)算如下：

W （Zn） / %=0.06538× （C×V/G） ×100%

式中：C－滴定時(shí)EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol·L-1；

V－滴定時(shí)消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

G－試樣的質(zhì)量，g：

0.06538 －與1.00mL EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)?/p>

以g表示的鋅的質(zhì)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 物料配比對(duì)產(chǎn)率的影響

分別稱取14.3g七水硫酸鋅和一定量的尿素，用蒸餾水配成溶液。恒定其它條件，只改變尿素和硫酸鋅的物質(zhì)的量比，考察物質(zhì)的量比對(duì)尿素鋅產(chǎn)品產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知隨著尿素與硫酸鋅的物質(zhì)的量的增大，尿素鋅的產(chǎn)率先逐漸增大，當(dāng)物質(zhì)的量比為6∶1時(shí)產(chǎn)率達(dá)到最大值48.57%，然后開(kāi)始降低。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知反應(yīng)的最佳物料配比為n（尿素）∶n（硫酸鋅）=6∶1，此時(shí)所得到的產(chǎn)率最高，產(chǎn)物含鋅量最大，結(jié)合結(jié)構(gòu)化學(xué)理論推測(cè)可知產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)應(yīng)為Zn[CO（NH2）]6SO4。

圖1 尿素鋅與硫酸鋅的物質(zhì)的量比對(duì)產(chǎn)率的影響

3.2 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)率的影響

把尿素溶液緩慢加入到硫酸鋅溶液中，維持n（尿素）∶n（硫酸鋅）=6∶1，研究反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)率的影響，攪拌反應(yīng)40min，考察反應(yīng)溫度對(duì)尿素鋅產(chǎn)率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。隨著溫度的升高，尿素鋅產(chǎn)率先減后增，至80℃時(shí)達(dá)到最大值48.67%然后又降低。這時(shí)溫度過(guò)高容易導(dǎo)致已經(jīng)生成的產(chǎn)物發(fā)生部分分解而導(dǎo)致產(chǎn)率降低。因此反應(yīng)的最佳溫度選擇為80℃。

3.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

固定n（尿素）∶n（硫酸鋅）=6∶1，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)尿素鋅產(chǎn)率的影響。如圖3，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，尿素鋅產(chǎn)率總的趨勢(shì)是增加，但只有在反應(yīng)時(shí)間40min時(shí)得到的產(chǎn)率最大，達(dá)到38.87%。這可能是因?yàn)槟蛩劁\在溶液中的時(shí)間太長(zhǎng)而發(fā)生緩慢分解反而使產(chǎn)率有所降低。

圖2 反應(yīng)溫度對(duì)尿素鋅產(chǎn)率的影響

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)尿素鋅產(chǎn)率的影響

3.4 反應(yīng)物濃度對(duì)產(chǎn)率的影響

固定n（尿素）∶n（硫酸鋅）=6∶1，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間40min，考察七水硫酸鋅與混合液質(zhì)量之比（m/m）對(duì)尿素鋅產(chǎn)率的影響。由圖4可知，隨著硫酸鋅濃度的不斷增加，尿素鋅產(chǎn)品的產(chǎn)率總的趨勢(shì)是先增加后減小，當(dāng)w（硫酸鋅）=5%時(shí)產(chǎn)率達(dá)到最大值72.89%。

圖4 反應(yīng)物濃度對(duì)尿素鋅產(chǎn)率的影響

4 結(jié)論

尿素鋅是直接以尿素為配體，鋅為中心原子，在強(qiáng)配位條件下反應(yīng)、結(jié)晶、分離得到的一種配合型復(fù)合肥。通過(guò)對(duì)尿素鋅合成工藝的研究結(jié)合線圖可看出，當(dāng)制備工藝條件為：n（尿素）∶n（硫酸鋅）=6∶1，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間40min，硫酸鋅的質(zhì)量濃度為5%時(shí)合成的尿素鋅產(chǎn)率達(dá)到72.89%。

[1] 吳樹(shù)華.尿素工藝技改生產(chǎn)聚肽螯合鉀含鋅尿素[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2012，38（1）： 63-64.

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