基于復硝酚鈉和檸檬黃的復合肥防結塊研究

季佩高 屈葉飛 李亮 李自為（江蘇省地礦局第六地質大隊，江蘇 連云港222023）

0 引言

民以食為天，食源于農業。復合肥是農作物生長的糧食，具有養分含量充足、主要營養元素豐富，利于植物吸收，顆粒均勻等優點，與單個普通化肥相比，其能夠很好的使農作物增產增收。不過復合肥的結塊問題，長期以來一直困擾著這項產業的發展。開展復合肥的結塊機理研究既是國家、行業經濟發展的需要，更是肥料企業立足市場經濟得以生存的必由之路。

中國是農業大國，人口多、土地資源少，耕地資源相對緊缺；糧食產量的增長主要依賴單產的提高，其中，化肥發揮著重要作用。2010 年全國化肥年產量已達到6000 萬噸（折純）以上，2016年達7005萬噸（折純），其后保持在7000萬噸（折純）左右，產量和消費量均居世界第一。然而，我國的化肥施用量的復合化率卻不高。

國務院《關于深入推進農業供給側結構性改革加快培育農業農村發展新動能的若干意見》中提出種植結構優化調整，倡導綠色、生態、有機農業，同時繼續推進農藥化肥零增長的目標。2015年農業部《化肥使用量零增長行動方案》中，提出了到2020年實現化肥用量零增長的目標。《方案》的提出和實施將倒逼國內化肥利用率提升，由于復合肥的利用率比單質肥更高，因此有望提高復合肥的使用比重。截止到2015年，中國化肥施用量的復合化率為36%，遠低于全球50%、發達國家70%～80%的水平，復合化率還有較大的提升。

世界復合肥的生產和施用正朝著高濃度、復合化和專用化的方向發展，我國的現代化農業發展正快速進行，根據測土配方精準施肥已成主流，作物養分供給保障充足。復合肥的結塊問題已成為影響復合肥質量的重要原因之一，也是困擾復合肥生產企業的難題。要在市場競爭中取勝，關鍵就是要提高產品質量，產品質量提高的最有效、最主要途徑之一就是正確解決復合肥的結塊問題。因此，研究復合肥結塊機理，防止復合肥結塊，改善復合肥的外在品質早已是行業內的共識，也符合復合肥生產企業的實際需求，對于推動我國復合肥產業的健康快速發展具有重要的現實意義。

1 復合肥結塊機理

復合肥結塊主要受肥料顆粒內、外在因素的影響，如：原料的性質、化學組成、粒度、濕度、溫度和壓力等，使肥料顆粒表面溶解并發生重結晶，從而在顆粒接觸面上形成晶橋，使顆粒粘接在一起，慢慢地結塊。日常生活中食品、化肥等時常有結塊現象。目前，國內外對復合肥的結塊原因的研究大致有以下幾個基本理論機制：

1.1 毛細粘合

復合肥顆粒表面受張力影響，容易產生毛細管吸附，促使肥料結塊。由于毛細管吸附力的存在，在顆粒相接觸的位置形成液面，使彎月面上的水的飽和蒸汽壓低于外部的飽和蒸汽壓，外部水蒸氣擴散至晶粒間，使相鄰顆粒間容易發生吸潮導致結塊。

1.2 晶橋連接

肥料在存放時顆粒溫度變化大，水分遷移的現象時有發生，肥料顆粒發生溶解導致重結晶，顆粒之間出現晶體，形成晶橋，這是復合肥結塊的主要原因。從物理、化學角度分析原因存在復合肥料生產使用原料的吸濕性具有差異性，吸濕點越高，吸濕性越弱，反之則越容易發生結塊。

1.3 化學作用

復合肥料在成球過程中受溫度的影響，部分原料通過相互作用發生反應，產生尿素—磷銨等復合型聚磷酸鹽，顆粒間重新出現結晶，導致肥料結塊。

1.4 塑性形變理論

肥料受熱量影響隨著復合肥包裝熱量從顆粒中心向外轉移，易導致顆粒產生形變，而這種形變受壓力增大而加劇，復合肥顆粒若受到擠壓就可導致形變，從而發生結塊現象。

2 影響復合肥結塊的因素

2.1 內在因素

2.1.1 化學組成

原料的化學組成是影響肥料結塊的內在因素。復合肥生產所用的原料主要包括尿素、氯化銨、磷酸一銨、磷酸二銨、重鈣、氯化鉀、硫酸鉀等,這些原料的吸濕性都各有差異。當以上原料按比例混合后,臨界吸濕點與單個原料相比大大降低,變得更易吸潮。如：磷酸一銨和尿素反應生成聚磷酸鹽會產生水解。這些反應有的在裝袋之后還在進行中，新的生成物之間必有粘連，這是化學反應作用起主要作用的原因。從100倍鏡下觀察可以看出復合肥常規品種原料的理化性質及形態（參見表1、圖1-1～6）：

表1 復合肥主要原料的理化性質

圖1-1尿素

圖1-2磷酸一氨

圖1-3氯化銨

圖1-4氯化銨

圖1-5氯化鉀（左白鉀）

圖1-6氯化鉀（右紅鉀）

2.1.2 水分含量

大部分物質的溶解度受溫度的影響，溫度升高時溶解度也隨之升高，溫度降低時復合肥表面就容易發生結晶。除此之外，水分含量高肥料顆粒硬度往往表現較差,在外部壓力作用下就易發生變形，使肥料顆粒間接觸面積增大，增加了顆粒之間的結合度。若顆粒的水分含量形變很低，肥料發生結塊的可能性就越低；假如產品的水分含量控制不好，在一定溫度下包裝后的產品出現水分含量高的時候，在自然冷卻過程中析出的結晶就越多，就越容易造成產品的結塊。總的來說，氮含量高的復合肥需要的干燥程度也較高，高氮肥水分應該小于1%，常規肥水分應控制在2%以內。

2.2 外部因素

2.2.1 溫度

溫度是肥料結塊的主要影響因素，主要體現在存放時的外界溫度、包裝時的產品溫度。假如溫度發生改變，肥料顆粒有一定的水分就會引起溶解—結晶的過程重復發生，促使晶橋生成形成結塊。因此，在肥料存放的時候，應嚴格控制溫度的變化，并保持良好的通風環境。包裝時如產品溫度過高，在復合肥的儲存冷卻的過程中，肥料中會有部分聚合副鹽產生形成晶橋，從而發生結塊現象。

2.2.2 壓力

復合肥存放一般采用堆積的方式，堆積高度越高，部分顆粒受壓力也就越大，復合肥顆粒形變的可能性和顆粒間的接觸面積就越大，使晶體之間越容易發生交聯，從而大大提升了結塊的可能性。通過降低產品的堆積高度，可有效減小貯存壓力，從而減小結塊的可能性。

3 結果與討論

對上述復合肥幾塊機理和影響因素分別進行了分析研究，從原料肥與成品肥的形態、生產過程、儲存過程等分析研判，上述理論均是成立的，可能因為某一種條件起主要作用，就形成上述其中之一的理論。

結塊是晶體常有的現象，但是并非所有的晶體都會結塊，大部分晶體或物質并不會結塊，例如：石英、長石、大米等，日常條件不可能結塊。結塊常常出現于可溶解的物質之中，如化肥、食鹽等。如包裝不好，復合肥顆粒表面吸濕潮解或包裝時水分較高，毛細粘合作用就會成為結塊的主要原因。如果成品肥的溫度過高或強度不足，在壓力的作用下，則很容易產生塑性形變而結塊，此時塑性形變理論則起主要作用。與上述三種理論相比，認為“晶橋連接作用”、“重結晶作用”是復合肥結塊的主要原因，肥料包裝之后，存放在倉庫中肥料顆粒中存在少部分水，不斷從顆粒內部向外部遷移，顆粒表層出現溶液達到飽和程度時，受溫度的變化會慢慢形成晶體，在顆粒之間就會有晶橋的生成，存放的時間越長，顆粒越發容易產生結塊。有效應對該結塊原因的措施是選擇不易結塊的原料，降低產品的含水量、包裝溫度，改善存儲環境，提高顆粒強度，還可以添加防結塊劑。

對復合肥貯存后從未結塊到嚴重結塊進行觀察分析，從復合肥結塊過程的表面形態來看，光滑——長毛——粘連——重度粘連，發現這一過程就是一個晶橋連接、重結晶的過程。參見表2、圖2所示。

圖2 成品肥結塊過程：左上未結塊，右上長毛，左下結塊，右下重結晶粘連

表2 結塊過程

4 結語

復合肥生產企業經營過程中一直存在結塊問題，解決肥料結塊的問題任重而道遠。根據研究發現，導致復合肥結塊的因素多種多樣。因此，肥料的結塊問題必須從結塊機理出發，一步一步分析解決。要選擇優質的原輔材料，優化生產過程參數控制，提升設備裝置的性能，有效控制產品包裝溫度，改善儲存環境，才能真正控制復合肥料發生結塊。