提高磷酸二銨產品平均主導粒徑的技術與應用

張雪峰，曾志偉

（云南云天化股份有限公司，云南 昆明 650228）

0 前言

我國磷復肥工業經歷了60 多年的發展歷程，特別是近20 年的高速發展，已經進入產能過剩的時代。磷酸二銨（DAP）是被農資市場廣泛認可的高濃度肥料，既可直接作為基肥或追肥，適用于喜氮需磷作物，亦可作為原料與氮、鉀及其他作物所需的元素摻混為摻混肥（BB肥）。

有研究顯示，基礎肥料的粒徑差異將影響摻混肥產品施用的精準度，造成養分的不均勻性［1-2］，原料基礎肥料的SGN 值（Size Guide Number，主導粒徑）是影響摻混肥養分分離狀況的主要物理特性［2-3］。

1 磷酸二銨SGN值的概念與意義

1.1 磷酸二銨SGN值簡述

SGN 由加拿大學者開發［4］。國家標準GB 21633—2008 附錄B 中指出［3］，SGN 即平均主導粒徑，是指根據質量分數50%以上所在兩篩間物料的平均粒徑，反映的是主導粒徑的大小。磷酸二銨SGN 值為顆粒粒徑大小（mm）的100 倍，如檢測計算后SGN值為315，即該磷酸二銨產品的平均粒徑為3.15 mm。SGN 值越小，則產品顆粒整體粒徑越小；反之，則產品顆粒整體粒徑越大。

1.2 磷酸二銨SGN值的意義

國標GB 21633—2008［3］指出，原料基礎肥料的SGN 值一般在280 ～340 比較適合摻混。導致摻混肥出現分層及養分分離現象的因素有很多，如原料基礎肥料的密度、離子強度、粒徑和粒徑分布等，其中粒徑的影響最為顯著［5］。SGN 值和UI 值（均勻度指數）是反映肥料產品粒徑的常用指標［6］，目前已廣泛應用于磷復肥生產領域，作為產品內控標準。磷復肥企業主動供應適宜SGN值的磷酸二銨產品，是BB肥市場自然選擇的結果，不少BB肥企業采購合同中明確列出了SGN值要求。

同時，大顆粒磷酸二銨產品（SGN值高）相對小顆粒產品（SGN 值低）粉塵含量低，粒子強度高，不易破碎和結塊，利于較長距離的運輸。而且，大顆粒肥料產品適于規模化種植的機械化施肥。

2 影響磷酸二銨SGN值的因素

2.1 設備因素

2.1.1 造粒機

磷酸二銨生產過程中，造粒機內的噴漿造粒通過將霧化料漿涂布、黏結在抄揚返料形成的料幕顆粒上使顆粒長大［7］。造粒機內成粒過程同時存在徑向偏析與軸向偏析，顆粒群在造粒機（回轉圓筒）內運動一段距離后，軸向偏析才能達到最佳狀態。造粒機內物料成粒進程中，料幕密度是影響物料SGN 值的關鍵因素。一般而言，料幕密度越小，顆粒增大得越快、越不均勻，且管式反應器（或中和槽）噴射的料漿易穿透料幕，直接黏附在造粒機筒壁形成結疤；反之，參與成粒的細小顆粒越多，料漿越難以均勻涂布，影響造粒工況。造粒機內料幕密度與造粒機轉速、直徑、擋料圈高度有關。

2.1.2 篩網

工藝運行平穩、造粒工況良好的情況下，造粒機出口物料粒徑分布為：≤2 mm 占比10% ～30%，2 ～4 mm占比50%～70%，≥4 mm占比5%～15%。此時合理的篩網孔徑是獲得成品理想SGN值的必要因素。筆者取造粒機出口物料500 g，選用不同孔徑篩網組合進行模擬振動實驗，振動器型號為XSB-88，振擊次數為147次/min，振動時間為120 s，之后取兩篩網間成品檢測計算其SGN值，結果見表1。

表1 磷酸二銨產品篩分模擬實驗結果

由表1可知，對于相同的原料，采用不同的篩網組合，其SGN值差異明顯；模擬實驗2篩分后的產品SGN 值達328，但其篩除的產品中合格粒子（2 ～4 mm）比例高達62%，造成不必要的經濟損失；模擬實驗3 篩分后的產品SGN 值為312，其篩除的產品中合格粒子（2 ～4 mm）比例為42%，可作為系統返料。

2.1.3 破碎機

磷酸二銨生產流程中，篩分后不合格的大顆粒物料經破碎機破碎后進入返料系統，如破碎機選型不佳或破碎性能不佳，返料中大顆粒物料占比過高，易導致造粒工況惡化。

2.2 工藝因素

2.2.1 料漿水含量、噴射角度

料漿中一定比例的液相利于成粒和顆粒長大，也有利于生產裝置的水平衡。料漿水含量過低，自成粒作用增強，產品細粉增多［7］，而且導致料漿輸送困難，噴口堵塞，噴漿不均進而粘結成塊或大顆粒［7］。部分企業也用料漿相對密度來反映料漿水含量。

料漿噴射角度過小，料漿易噴射至造粒機內壁而形成結疤，使造粒工況惡化；反之霧化效果差。

2.2.2 返料比

涂布造粒為料漿均勻涂布在返料顆粒上，在工況良好的情況下，以涂布造粒為主。實際生產中一般以造粒機出口物料干濕程度及粒徑分布狀況調節系統返料比。返料比過高，易造成粒子偏細；反之，料漿易噴射至造粒機內壁形成結疤。

2.2.3 二次通氨量

磷酸二銨生產過程中，料漿n（N）/n（P）（也稱中和度）為1.4 ～1.6，造粒機內二次通氨后可提高至1.7 ～2.0。二次通氨除具有提氮蒸水作用外，還影響物料粒徑，使得物料顆粒失水過多，外表黏結性下降，粒徑無法順利長大。實際生產中可通過調整二次通氨量來調控造粒機物料干濕程度及粒徑分布狀況。

3 提高磷酸二銨SGN值的技術措施及應用

根據磷酸二銨SGN值的影響因素分析結果，制定提高磷酸二銨SGN 值的措施。選擇公司1 套300 kt/a 多功能復混肥裝置實施生產，可根據市場需求，生產磷酸二銨，磷酸一銨，高、中、低濃度復合肥，硫磷酸銨等系列肥料，其生產工藝流程為普通傳統法工藝流程，同時配有管式反應器與中和槽（料漿制備）。根據客戶需求，磷酸二銨產品SGN目標值為280 ～340。之前產品SGN 值為260 ～305，為進一步提高產品質量，在不改變工藝流程及主體設備的情況下，采取了如下技術措施。

3.1 設備改進

3.1.1 選用新規格的篩網

根據篩網模擬實驗結果，利用檢修機會，更換裝置振動篩篩網，新篩網規格為粗篩3.8 mm×3.8 mm、細篩2.8 mm×2.8 mm（裝置原篩網規格為粗篩3.5 mm×3.5 mm、細篩2.5 mm×2.5 mm）。篩網更換后，成品包裝系統輸出更多符合SGN值（280 ～340）要求的磷酸二銨成品。

3.1.2 造粒機內壁安裝膠板

為減輕結疤等現象，在造粒機內壁安裝膠板，膠板表面光滑，料漿不易在在膠板上形成結疤。即便形成結疤，在造粒機筒體通氣孔的配合下，結疤也易脫落。造粒機內壁不結疤或很少結疤，有利于造粒工況的穩定，以及工藝調整與優化。

3.2 工藝調整與優化

3.2.1 調整料漿噴射角度

將料漿噴射角度適當下傾（由45°調至43°），此時料漿與料幕的距離縮短，霧化料漿落入料層后還有相當部分具有黏結性，使黏結成粒量增加，物料顆粒長大［7］，有利于提高產品SGN值。

3.2.2 調整造粒洗滌液相對密度

生產實踐中，料漿由造粒洗滌液與氨反應制得，料漿水含量的高低很大程度上與造粒洗滌液相對密度有關。之前為提高裝置產能，造粒洗滌液相對密度控制為1.55 ～1.60。為增加料漿液相量，利于顆粒長大，將指標控制范圍下調為1.53 ～1.57。

3.2.3 調整二次通氨量

適度減少二次通氨量，保持造粒物料微潮，利于顆粒長大，提高產品SGN值。

4 結語

在不改變現有工藝流程及主體設備的情況下，通過采取上述技術措施，該裝置連續生產15 d，共45個批次，磷酸二銨產品SGN均值為312，最小值為290，最大值為325；同時UI 均值為61。實現了既定目標，既達到合同標準，提高了磷酸二銨產品的市場競爭力，也為公司磷酸二銨產品SGN值的提高探索了一整套行之有效的技術方法。