圓顆粒硫酸鉀造粒試驗研究

向曉成

(國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司 新疆哈密 839000)

硫酸鉀作為一種化學肥料，可同時為植物生長提供鉀和硫兩種養分，被廣泛應用于煙草、甜菜、甘蔗、馬鈴薯、茶葉、棉花等忌氯喜鉀經濟作物的種植。施用硫酸鉀肥料不僅能提高農作物的產量，還能提高農作物的品質，如提高煙草的可燃性，提高葡萄、西瓜的糖度，提高薯類的淀粉含量等[1]。目前市場上銷售的硫酸鉀肥料以粉末狀為主，若將硫酸鉀粉末成品造粒，可有效改善其流動性，防止在儲運過程中產生結塊、揚塵等問題，便于機械施肥，有利于提高肥料的利用率[2]。

國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司(以下簡稱國投羅鉀公司)利用羅布泊天然鹵水資源制取硫酸鉀，產能1 600 kt/a，是世界上最大的單體硫酸鉀生產企業之一。現有一套擠壓法顆粒硫酸鉀生產裝置，擬結合擠壓法和團聚法[3-4]開發一種以羅布泊硫酸鉀粉末成品和副產品(擠壓造粒返料、旋風除塵返料)為原料的圓顆粒硫酸鉀產品生產工藝，以解決擠壓法成品顆粒不規整的問題。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗原料為國投羅鉀公司自產的硫酸鉀粉末成品和副產品，以及上海化工研究院有限公司試制的3#粉末造粒劑和4#液體助劑。原料化學組成見表1，擠壓造粒返料篩分結果見表2。

表1 原料化學組成 %

表2 擠壓造粒返料篩分結果

1.2 試驗設備

主要試驗設備見表3。

表3 主要試驗設備

1.3 試驗方法

取硫酸鉀粉末成品和副產品按一定比例混合均勻后放入轉鼓造粒機中，啟動轉鼓造粒機，運行一段時間后向其中加入3#粉末造粒劑，物料混合均勻后再加入4#液體助劑進行造粒。造粒完成后，調低轉鼓轉速，開始干燥。第1次烘干以起塵為分界點，物料起塵即暫停烘干，取出物料篩分，粒徑大于4.0 mm的顆粒經破碎后與粒徑小于2.0 mm的顆粒一起作為下一次造粒的返料，2.0～4.0 mm的顆粒再進行第2次烘干。當烘干時間達到設定值后，取出物料用篩網規格為2.0 mm的篩子精篩，篩除表面的粉料及破碎的小粒，粒徑大于2.0 mm的顆粒作為成品取樣送分析。同一條件下第2次造粒(即返料1)除返料先加入轉鼓造粒機外，再補充與取出的成品質量大致相等的新原料，新原料的配比與第1次配比一致，轉鼓內物料總質量始終保持在1 kg左右。第3次造粒(即返料2)除第2次造粒烘干后的返料外，再補充與第2次取出成品質量大致相等的新物料，依此類推。試驗工藝流程框圖見圖1。

2 結果與討論

2.1 原料配比對造粒的影響

以羅布泊硫酸鉀粉料產品、硫酸鉀旋風除塵返料、硫酸鉀擠壓造粒返料等3種原料的不同配比，考察造粒烘干后圓顆粒產品的顆粒強度、成品得率和顆粒圓潤度等。

試驗以擠壓造粒返料量為變量，硫酸鉀粉料產品量隨之改變，硫酸鉀旋風除塵返料量不變。試驗設定造粒時間為10 min、造粒機轉速為35 r/min、干燥時間為50 min、烘干溫度為300 ℃，試驗結果見表4。

表4 原料配比試驗結果

從表4可以看出：當擠壓造粒返料量為50%時，成品得率小于50%，Y3的試驗結果最差。實驗室試驗的成品得率必須大于50%，否則在生產線上無法平衡。Y1與Y2的結果接近，Y1的成品得率較好。從所得樣品也可發現，Y2中碎片顆粒稍多，主要是細粉過少，有粒子未被包入所致。綜合所有指標，Y1條件最好。后續試驗原料配比選用擠壓造粒返料∶成品粉料∶旋風除塵返料為6.00∶2.00∶2.00。

2.2 助劑用量對造粒的影響

試驗主要對3#粉末造粒劑用量進行考察，用量分別為0.5%(質量分數，下同)、1.5%、2.5%。4#液體助劑用量保持不變，均為1.5%，即對應助劑總用量2.0%、3.0%、4.0%。原料配比選用擠壓造粒返料∶成品粉料∶旋風除塵返料為6.00∶2.00∶2.00，設定造粒時間為10 min、造粒機轉速為35 r/min、干燥時間為50 min、烘干溫度為300 ℃，試驗結果見表5。

從表5可以看出：3#粉末造粒劑用量為0.5%(助劑總用量為2.0%)時，成品得率減少較多，不足50%，故不考慮此條件；3#粉末造粒劑用量增加后，產品得率都超過60%，說明3#粉末造粒劑用量應不少于1.5%；助劑總用量增加至4.0%(3#粉末造粒劑用量2.5%)時，成品K2O含量大于50%，符合硫酸鉀產品標準要求。在K2O含量及顆粒強度符合要求的情況下，應盡量減少助劑用量，以降低加工成本、提高企業的經濟效益，故選用3#粉末造粒劑用量為1.5%，助劑總用量為3.0%。

2.3 水分對造粒的影響

在硫酸鉀圓顆粒造粒過程中，必須考慮物料中的液相量，以免影響物料的成球率。液相量過小，成球率低、粉塵量大；液相量過大，易產生大粒徑顆粒且物料易黏造粒機內壁，導致成品率較低。在前述兩項試驗得出的最優試驗條件下，設定造粒時間為10 min、造粒機轉速為35 r/min、干燥時間為50 min、烘干溫度為300 ℃，考察了加水量對成品得率的影響，試驗結果見表6。

表5 3#粉末造粒劑用量試驗結果

表6 加水量試驗結果

從表6可以看出:當加水量過少(如S1)，成品得率有所降低，盡管粒徑2.0～4.0 mm的成品得率大于50%，但試驗操作中實際取得成品粒徑為2.2～4.0 mm，得率只有37.7%，故此條件不予考慮；當加水量過大(如S3)，造粒物料很快結成大團，基本沒有成品，此條件也不予考慮；S2含水質量分數基本在7%左右，試驗結果較理想。理論加水量與實測水分稍有差異，可能是造粒設備吸附水分所致，也可能是加水過程中有少量損耗。

2.4 造粒時間對造粒的影響

在硫酸鉀圓顆粒造粒過程中，造粒時間同樣是一個重要的影響因素。造粒時間越長，顆粒越圓潤密實；造粒時間短，顆粒外觀毛糙、結構疏松，顆粒易松散。在原料配比、助劑用量及造粒水分含量最優條件下，設定造粒機轉速為35 r/min、干燥時間為50 min、烘干溫度為300 ℃，考察了造粒時間對成品得率的影響，試驗結果見表7。

表7 造粒時間試驗結果

從表7可知：造粒時間越長，顆粒強度越大；造粒時間越短，顆粒越松散，強度明顯下降，且成品得率也隨之降低。但造粒時間越長，負荷越大，生產成本增大。因此，在滿足成品得率及顆粒強度的情況下，應選用較短的造粒時間，故選擇造粒時間為10 min。

3 結語

(1)試驗研究了通過添加助劑，以轉鼓造粒方式生產圓顆粒硫酸鉀產品的技術，其中擠壓造粒返料、成品粉料、旋風除塵返料的最佳質量比為6.00∶2.00∶2.00，助劑最佳總用量為3.0%，加水質量分數約為7%；造粒最佳試驗條件為造粒時間10 min、造粒機轉速35 r/min、烘干時間50 min、干燥溫度300 ℃、干燥機轉速30 r/min。造粒機轉速、烘干時間、干燥溫度、干燥機轉速不是造粒過程中的主要影響因素，因此試驗時參照實際復合肥料生產過程中的造粒條件作為設定參數，不再進一步試驗。

(2)造粒后成品中K2O的質量分數大于50%，顆粒強度大于15 N，水的質量分數小于1%。生產工藝在產品質量達到國家標準《農業用硫酸鉀》(GB/T 20406—2017)中顆粒狀硫酸鉀優等品指標的基礎上，克服了擠壓造粒和團聚造粒方法的缺點，使生產圓顆粒硫酸鉀成為可能。

(3)該生產工藝簡單，成球合格率高(一般在60%以上)，產量大，助劑用量少，氧化鉀養分含量高。