淺析復合肥料結塊原因及防結塊劑的開發

李書海，黃祥川，徐愛葉

(魯西化工集團股份有限公司 山東聊城 252211)

由于在生產過程中受原料、控制指標等多種因素的影響，復合肥料在儲存、運輸過程中往往會出現結塊現象，給肥料的儲存和施用帶來諸多不便。為了有效防止復合肥產品出現結塊現象，應確定復合肥結塊的原因，并采取合適的方法阻止肥料結塊，一般采用防結塊劑對肥料顆粒表面進行處理[1]。

1 肥料結塊機理及影響因素

1.1 內部因素

水分是肥料結塊的主要因素，可促進顆粒形成晶橋及肥料發生溶解和重結晶。肥料中的水分分成2種：一種是自由水，即吸附在顆粒表面的水分；另一種是結晶水，是顆粒的結構水，是由內部反應形成的水分。此外，肥料成分也是肥料結塊的重要影響因素，如硝基、尿基高氮肥相比硫基、磷基等肥料更易結塊，而含鐵離子的復合肥料不易結塊。生產復合肥的原料有尿素、硝酸銨、氯化鉀、硫酸鉀等，這些物料均有不同程度的吸濕性，且混合物更易吸濕，在存儲過程中肥料顆粒間易形成晶橋[2]、發生重結晶，從而導致肥料結塊。

1.2 外部因素

儲存壓力會使肥料顆粒變形、破碎，增大了顆粒接觸面積，易形成晶橋，造成肥料結塊。儲存環境溫度和大氣濕度同樣會影響肥料結塊，主要表現在環境溫度影響肥料的吸濕性[3]。同時，環境溫度升高后，各成分的反應活性增強，導致重結晶的發生，形成晶橋而結塊。

1.3 其他因素

肥料顆粒大且均勻，可減小顆粒間的接觸面積和顆粒間的相互吸引，能減緩結塊趨勢。此外，肥料顆粒強度高，不易被壓碎，同樣不容易結塊。

2 肥料防結塊的方法

2.1 控制工藝指標

依據不同原料采用不同的干燥工藝以降低產品水分含量；采用合適的造粒工藝得到粒度均勻、顆粒尺寸大的產品；管控產品儲存溫度、相對濕度、堆積高度、儲存壓力、儲存時間等。

2.2 使用防結塊劑

防結塊劑可分為外部防結塊劑和內部防結塊劑兩大類。

外部防結塊劑一般采用惰性粉末，不與肥料成分發生反應，以分子力吸附在肥料顆粒表面形成一層保護膜，以阻止顆粒的吸濕。常用的外部防結塊劑主要有黏土、滑石、硅藻土等以及聚乙二醇、硅油、飽和脂肪酸酯、石蠟等非離子表面活性劑[4]。

內部防結塊劑是在肥料生產過程中添加，以改變晶體形態或提高肥料硬度，如在尿素生產過程中添加甲醛、硫酸銨或石膏以提高強度，在硝酸銨中添加硝酸鎂或硝酸鈣以防止結塊，向磷酸銨中添加氧化鎂、氫氧化鋁也有一定的防結塊作用[5]。

3 防結塊劑的試驗研究

目前市場上流通的防結塊劑價格較高且質量參差不齊，一些企業使用礦物油、地溝油等作為油劑載體生產防結塊劑，而礦物油、地溝油不易降解，會污染土壤，且在生產中會產生異味、廢渣等污染物，導致環境遭受破壞。隨著人們對環境質量要求的提高，迫切需要開發一種綠色、價廉的可降解型復合肥防結塊劑。

3.1 主要原料及設備

主要原料：硝基復合肥(16- 5- 24)、尿基復合肥(25- 14- 6)、十八烷基伯胺(固體，質量分數98%)、固體石蠟、硬脂酸(400型)、棕櫚油等。

主要設備：電熱爐、稱量天平、糖衣鍋、套筒、恒溫恒濕試驗箱、電子萬能壓力試驗機、紫外線分析儀、玻璃棒、溫度計、反應釜等。

3.2 防結塊劑的生產方法

按物料配比，分別稱取硬脂酸、十八烷基伯胺、固體石蠟和棕櫚油等表面活性劑；在反應釜中加入棕櫚油，待棕櫚油被加熱至85 ℃熔化后，依次加入硬脂酸、十八烷基伯胺和石蠟等，加熱熔化攪拌，形成溶液；反應釜內物料加熱至95～110 ℃、攪拌1.5～3.0 h后，冷卻制得膏狀防結塊劑。

3.3 防結塊效果驗證

(1)打開糖衣鍋電源，設置旋轉速度35～45 r/min、包膜溫度30～50 ℃；稱取1 kg肥料和1.8～2.5 g自制防結塊劑，在預熱后的肥料上噴涂防結塊劑，15～20 min后停止噴涂，用紫外線分析儀觀察包裹的均勻性。

(2)將包裹防結塊劑的肥料放入套筒內，在電子萬能壓力試驗機下用不同的力對裝有肥料的套筒擠壓10～15 min；然后將套筒置于恒溫恒濕試驗箱內，設置溫度55 ℃、濕度45%～100%，進行24 h防結塊效果試驗。

(3)取生產裝置生產的噴涂防結塊劑的肥料50 t，在庫房中碼垛30袋的高度(肥料袋平放)；放置1個月后，正反各摔1次，稱量結塊肥料的質量，以驗證防結塊效果。

4 試驗結果與討論

4.1 表面活性劑含量對防結塊效果的影響

表面活性劑的作用是將肥料顆粒表面由親水性變為疏水性，以改善表面結晶性，降低肥料表面界面能，抑制成核作用，從而防止肥料顆粒吸濕結塊[6]。不同表面活性劑含量的防結塊劑對硝基復合肥(16- 5- 24)和尿基復合肥(25- 14- 6)的防結塊效果如表1所示。

由表1可看出：防結塊劑中表面活性劑含量越高，肥料的防結塊效果越好；在其他表面活性劑含量不變的情況下，十八烷基伯胺質量分數在10%左右時的肥料結塊率在1%左右。

表1 不同表面活性劑含量的防結塊劑的防結塊效果

4.2 油劑載體熔點對防結塊效果的影響

由于在同一區域的不同季節，環境溫度和濕度相差懸殊，為此，針對防結塊劑中不同熔點的油劑載體棕櫚油對尿基復合肥(25- 14- 6)的防結塊效果進行了試驗，試驗結果如表2所示。

由表2可看出，棕櫚油的熔點夏季在52 ℃左右、冬季在30 ℃左右時，肥料的結塊率小于1%，能較好地控制肥料產品質量。

表2 棕櫚油熔點對防結塊效果的影響

4.3 肥料儲存條件對防結塊效果的影響

在防結塊劑組成均為w(棕櫚油)為64%、w(硬脂酸)為15%、w(十八烷基伯胺)為10%、w(石蠟)為8%、w(其他)為5%的條件下，肥料儲存條件對尿基復合肥(25- 14- 6)防結塊效果的影響如表3所示。

表3 儲存條件對防結塊效果的影響

從表3可看出：在使用相同防結塊劑及碼垛高度相同的條件下，濕度在80%以上時，肥料的結塊率較高；碼垛高度在40袋平放及以上，肥料的結塊率越高；在同一濕度條件下，碼垛高度越低(20袋平放)，肥料的結塊率越低。

5 結語

(1)為克服現有防結劑在氣味、降解性、季節性噴涂的均勻性、成本等方面的問題，利用植物油劑、表面活性劑、固體石蠟等物料制備出一種綠色防結塊劑。

(2)通過調整棕櫚油的熔點，得到適合不同季節應用的防結塊劑，可有效解決高塔復合肥、滾筒造粒復合肥、摻混肥的結塊問題，提高了產品的品質。

(3)制備的防結塊劑中表面活性劑含量高、親水性和鋪展性能好，能有效降低顆粒表面自由水含量。

(4)肥料在儲存過程中，應充分考慮環境濕度和碼垛高度對產品質量的影響。